Радиационное поражение ДНК Радиационно-генетические эффекты Радиопоражаемость азотистых

Радиационное поражение ДНК Радиационно-генетические эффекты

Радиопоражаемость азотистых оснований +++ Тимин Цитозин Гуанин Аденин ---

Пиримидины • Образование гидратов, гликолей, перекисей • Димеризация • Распад колец (+NH 3) • Дезаминирование (Ц У) Пурины • Распад колец • Образование производных пуринов • Дезаминирование (ксантины) • Окисление • Алкилирование ОН • e-aq Н •

Радиолиз азотистых оснований ПОТЕРИ МОДИФИКАЦИИ Образование гидроперекисей Образование гликолей Размыкание колец НАРУШЕНИЕ КОМПЛЕМЕНТАРНОСТИ Дезаминирование Образование 5 оксипроизводных и димеров пиримидинов Образование ксантина, гипоксантина и 8 -оксипроизводных из пуринов МУТАЦИИ

Классификация мутаций Генные - изменение структуры гена: транслокации, дупликации и инверсии различных частей гена; делеции, вставки и замены (точковые мутации – транзиции и трансверсии) одного или нескольких нуклеотидов, Хромосомные - изменения структуры хромосом (делеции, дупликации, инверсии, транслокации) Геномные - изменение числа хромосом (полиплоидия, анеуплоидия),

Структура ДНК-ДНП ВОДОРОДНЫЕ СВЯЗИ ЭФИРНАЯ СВЯЗЬ N-ГЛИКОЗИДНАЯ СВЯЗЬ ФУРАНОЗНОЕ КОЛЬЦО

Радиационные изменения ДНК-ДНП • • • Модификация азотистых оснований Одно- и двунитевые разрывы ДНК Образование щелочно-лабильных сайтов (АП-сайты + потенциальные разрывы) Изменение нативности Сшивки ДНК-белок, а также другие меж- и внутримолекулярные сшивки

Модификации азотистых оснований Дезаминирование Образование 5 оксипроизводных и димеров пиримидинов Образование ксантина, гипоксантина и 8 -оксипроизводных из пуринов А Т Ц Г ТОЧКОВЫЕ МУТАЦИИ

Транзиции и трансверсии 4 : 8 А Т Ц Г

РЕПЛИКАЦИЯ 1 ИИ С G T A ТРАНЗИЦИИ РЕПЛИКАЦИЯ 2

Образование разрывов ДНК Прямое/Непрямое действие ДВОЙНЫЕ РАЗРЫВЫ множественные ДВОЙНЫЕ РАЗРЫВЫ прямые ОДИНОЧНЫЕ РАЗРЫВЫ 0, 01 Гр – 10 о. р. ДВОЙНЫЕ РАЗРЫВЫ косые 10 о. р. : 1 д. р. Прямое/Непрямое действие

Щелочно-лабильные сайты Нестабильные участки в структуре ДНК, появляющиеся в результате атаки свободными радикалами и АФК дезоксирибозы и АО. Гидролиз таких лабильных участков ускоряется в присутствии щелочи, что приводит к размыканию фуранозного кольца (появлению потенциальных разрывов) и формированию АП-сайтов, что в итоге способствует увеличению числа однонитевых разрывов

Образование истинных и потенциальных ОР ОР ЩЛС

Денатурация ДНК частичная / полная АТ > ГЦ ОР 1 : 19 Н-св

Образование сшивок ДНК • Внутримолекулярные • Межмолекулярные • ДНК - белок

Радиопоражанмость структур ДНК G Структура Доза 300 ДНП 5 Гр 18 / 10 ДНК (чд/пд) 10 -50 Гр 3 Пиримидины 1, 5 Пурины 0, 75 ОР 0, 37 Сшивки 0, 15 ДР 300 Гр

Репарация ДНК ПРЯМАЯ РЕПАРАЦИЯ Репарация метилированных оснований (метилтрансферазы) Репарация АП-сайтов (инсертазы) Репарация однонитевых разрывов (полинуклеотидлигазы) Репарация димеров – фотореактивация (фотолиазы) ЭКСТИЗИОННАЯ РЕПАРАЦИЯ Репарация оснований (BER) Репарация нуклеотидов (NER) Мисмэтч - репарация ПОСТРЕПЛИКАТИВНАЯ РЕПАРАЦИЯ Гомологичная рекомбинация Негомологичная рекомбинация SOS - репарация

Радиационная генетика Г. Надсон, Г. Филиппов/ 1925 г. Г. Меллер, Л. Стедлер / 1927 -1928 гг. Н. В. Тимофеев-Ресовский, Ф. Крик / 1940 -1960 Н. П. Дубинин /1970 – н. в.

Принципы действия радиации на наследственость Принцип удваивающей дозы введен в Стохастичность генетических • Принципполученныепороговой дозы; 1956 году эффектов → Картером Дозы, отсутствия организмом в Уоддингом и течение жизни накапливаются, • не существует абсолютно безопасных Принцип накопления дозы вее Удваивающая доза больше которая поэтому, чем — доза, течение жизни особи; для продолжительность, тем более живых организмов доз излучения увеличивает в 2 раза уровень и любое радиационное воздействие спонтанных мутаций. тяжелые последствия как для • Принцип удваивающей дозы. может вызвать потомства следует Величина удваивающей дозы для организма, так и его генетические изменения у потомков острого облучения - 2 Зв, ожидать для хронического облучения 4 Зв

Основные положения радиационной генетики 3 Все типы ИИ вызывают мутации Мутации у всех живых организмов + Соматические мутации 4 Все типы мутаций 5 Качественных различий нет 6 Количественные различия 7 Зависимость мутаций от дозы 1 2 [Н. В. Тимофеев-Ресовский]

Радиационный мутагенез Генные мутации «Потери» и модификации оснований Хромосомные мутации Разрывы, денатурация и сшивки Геномные мутации Все типы повреждений ДНК + изменения сократительных белков.

ГЕННЫЕ МУТАЦИИ ИНДИКАТОРЫ В БЛИЖАЙШИЕ СРОКИ • Мутации по локусу Т-клеточного рецептора (TCR) • Мутации по локусу гипоксантингуанин-фосфорибозилтрансферазы (ГГФРТ) ИНДИКАТОРЫ В ОТДАЛЕННЫЕ СРОКИ • Мутации по локусу гликофорина А

Частота мутаций Y = a + b D (n=1) a – частота спонтанных мутаций b - константа

ХРОМОСОМНЫЕ МУТАЦИИ ИНДИКАТОРЫ В БЛИЖАЙШИЕ СРОКИ нестабильные хромосомные аберрации (дицентрики и кольца) микроядера ИНДИКАТОРЫ В ОТДАЛЕННЫЕ СРОКИ стабильные хромосомные аберрации (транслокации)

Хромосомные аберации КОЛЬЦО ФРАГМЕНТ ДИЦЕНТРИК

Частота мутаций Y = c + d D (n>1) 2 c – частота спонтанных мутаций d - константа

Клеточный цикл и мутации хроматидные хромосомные

ОБЭ и ОГЭ ОБЭ Излучение ОГЭ 20 альфа 10 -60 10 протоны 5 -10 3 -10 нейтроны 5 -10 1 электроны 2 1 гамма 1

Последствия повреждения ДНК Репарация Ошибочная репарация Без репарации Мутация ГИБЕЛЬ НОРМА РАК

Источники информации Книги, учебники Н. В. Тимофеев. Ресовский Введение в молекулярную радиобиологию М. , 1981 Web sites Практикум, Тесты, Лекции, Семинары МЕДИЦИНСКИЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ПОРТАЛ «Основы общей радиобиологии» www. rsmu. ru