МЕХАНИЗМЫ ФОРМИРОВАНИЯ «ЭФФЕКТА СВИДЕТЕЛЯ»
Учреждение образования «Международный государственный экологический институт
Имени А. Д. Сахарова»
Белорусского государственного университета.
 |
Факультет экологической медицины
Кафедра экологической медицины и радиобиологии
Контрольная работа №2
Тема: «Немишенные эффекты в радиобиологии: эффект свидетеля»
По дисциплине: «Молекулярная и клеточная радиобиология с основами гигиены»
Студентки 4 курса ФЭМ Группы43072
Свито Екатерины Иосифовны
Зачетной книжки: 43073-09
Преподаватель:
Старший преподаватель кафедры
Экологической медицины и
радиобиологии _________ И.В. Пухтеева
Минск 2018
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ. 3
ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ «ЭФФЕКТА СВИДЕТЕЛЯ». 4
МЕХАНИЗМЫ ФОРМИРОВАНИЯ «ЭФФЕКТА СВИДЕТЕЛЯ». 6
МЕТОДЫ ИССДЕДОВАНИЯ «ЭФФЕКТА СВИДЕТЕЛЯ». 9
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 11
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.. 12
ВВЕДЕНИЕ
Мир живых клеток так же запрограммирован на использование малейшего шанса сохранить жизнь, как и мир высокоорганизованных живых существ. Тем поразительнее выглядело открытие полвека назад сразу в нескольких научных лабораториях мира странного феномена, который получил название «байстендер эффект», то есть эффект стоящего рядом. Обнаружилось, что если культуру клеток облучить, например, двумя десятками альфа-частиц, каждая из которых из-за низкой проникающей способности может поразить только по одной клетке, то пострадавших окажется не 20, а в несколько раз больше! Каким-то необъяснимым образом пораженные клетки посылают губительный сигнал своим соседкам, увеличивая масштаб беды. Что это за сигнал, с какой целью принимается самоубийственное решение, кто или что отдает такую команду – внятного ответа до сих пор не получено. Если отвергнуть нелепую мысль о социальном поведении живых клеток, которые действуют так «из вредности», желая захватить с собой на тот свет ненавистных соседок, то остается искать объяснение только с позиций, что феномен каким-то образом помогает живым организмам так вот странно бороться с последствиями радиационного удара. Интересно, что современные методы исследований феномена, ясности не добавили.
|
|
|
ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ «ЭФФЕКТА СВИДЕТЕЛЯ»
В течение долгого времени считалось, что биологические эффекты ионизирующего излучения в клетках млекопитающих являются прямым следствием репарируемого или нерепарируемого повреждения ДНК в облученных клетках. Классическая догма радиобиологии, вытекающая из теории мишени, постулирует, что генетические повреждения наблюдаются только в момент кратковременного поражения ядерной ДНК в результате прямого действия ионизирующей радиации либо короткоживущих радикалов, а биологические последствия такого воздействия проявляются в одном - двух клеточных поколениях. Однако в последнее время было описано большое количество явлений, которые не могут быть объяснены классической догмой, таких, например, как явление наследования «геномной нестабильности» в ряду клеточных поколений и, в частности, так называемый «байстэндер эффект» («bystander effect» —эффект свидетеля, эффект соседства).
|
|
|
Радиационно-индуцированный байстэндер эффект (РИБЭ) — это феномен, при котором клеточные повреждения (хромосомные аберрации, апоптоз, микроядра, мутации и т.д.) фиксируются в необлученных клетках, находящихся рядом с облученными. Изучение РИБЭ имеет большое значение, так как благодаря ему могут быть существенно пересмотрены представления о механизмах действия низкоинтенсивных воздействий на организм человека и их роль в генезе соматической патологии.
Считается, что впервые о РИБЭ сообщили Парсон и соавторы в 1954 году, которые показали, что у детей, подвергавшихся облучению селезенки при лечении лейкемии, наблюдалось повреждение костного мозга. Однако еще в 1940 году появились сведения о том, что инактивация клеток может быть как результатом ионизации в пределах данной клетки, так и ионизации ее окружения. Позднее было показано, что α-частицы, проходящие рядом с хроматидой, так же как и проходящие через нее, обладают значительной способностью к формированию хроматидных и изохроматидных разрывов и хроматидных обменов. В 1962 году было показано, что плазма крови крыс и овец, облученных в дозе 1,2—1,6 Гр, введенная интактным крысам, взначительно большей степени способствовала развитию опухолей, чем плазма от необлученных животных. В 1967 году Hollowell и Littlefield показали, что плазма пациентов, перенесших облучение, может вызывать хромосомные повреждения в культуре лимфоцитов. В 1968 году они же показали, что плазма облученных в высоких дозах пациентов была способна индуцировать в необлученных лимфоцитах различные виды аберраций, включая дицентрики, хроматидные и хромосомные разрывы. Эмерит и соавторы описали наличие радиационно-индуцированных кластогенных факторов в плазме пациентов, перенесших радиотерапию. Они предположили, что фактор имеет низкомолекулярный вес (1—10 кДа) и его секреция приводит к активации перекисного окисления липидов и окислительному стрессу. Было также показано, что в плазме пациентов с хроническими воспалительными заболеваниями, анемией Фанкони, а также при отравлении асбестом тоже наблюдалась кластогенная активность.
|
|
|
|
|
|
Повторно повышенный интерес к изучению описываемого явления возник в 1992 году, когда впервые был показан индуцированный α-частицами РИБЭ в клеточной культуре. При этом наблюдалась повышенная частота обменов между сестринскими хроматидами в 30% клеток культуры китайского хомячка, причем только около 0,1—1% клеточных ядер было облучено. Этот эксперимент показал, что биологический эффект α-частиц проявился в большем числе клеток, чем предполагалось согласно расчетам (при слабом потоке α-частиц вероятность прохода трека частицы через клетку меньше единицы). Для объяснения этого предположили, что мишень для генетического повреждения гораздо больше клеточного ядра или самой
клетки. Такой же результат был получен на фибробластах человека. Позднее было показано, что в клетках-реципиентах при низкоинтенсивном облучении α-частицами наблюдается и повышенная частота специфических генных мутаций. РИБЭ может индуцироваться не только α-частицами. Было показано, что облучение клеток в культуре или ткани очень малыми дозами (1 сГр—5 Гр) 60Со может также привести к секреции факторов, которые вызывают в необлученных клетках увеличение частоты клеточной гибели путем апоптоза или некроза, снижению колониеобразующей способности и индукции белков, участвующих в контроле клеточной гибели. Эти факторы, возможно, белковой природы, поскольку они термолабильны и не теряют эффекта при замораживании и последующем размораживании. Также при воздействии на облученные клетки ингибиторами синтеза белков РИБЭ не формируется.
МЕХАНИЗМЫ ФОРМИРОВАНИЯ «ЭФФЕКТА СВИДЕТЕЛЯ»
Несмотря на то, что в последние несколько десятков лет достигнут большой прогресс в изучении феноменологии РИБЭ, механизм его до сих пор не известен. В литературе рассматриваются 2 возможных механизма его формирования:
· через межклеточные контакты (опосредуется действием белка р53 и индуцируемого им CDKN1A/p21 — белка, вовлеченного в контроль точек рестрикции клеточного цикла),
· а также через секрецию во внеклеточную среду специфических факторов (это могут быть цитокины или факторы, увеличивающие внутриклеточный уровень различных форм активного кислорода).
Также было показано, что первый механизм не обязателен для формирования РИБЭ. Впервые доказательства p53 - опосредованного механизма при РИБЭ были получены при исследовании клеток легочного эпителия крыс, облученных малыми дозами α-частиц. Роль межклеточных взаимодействий в этом сигнальном пути была показана позднее, при исследовании эффекта конфлюэнтности культуры первичных фибробластов человека после воздействия малых доз α-частиц. После предварительной обработки клеток линданом, ингибитором межклеточных контактов, повышенный уровень экспрессии белков p53 и р21waf1 не наблюдался. Также отмечалось изменение экспрессии генов, контролирующих клеточный цикл, таких как p34cdc2, гена циклина В и rad51. При флуоресцентном анализе in situклеток, в которых приблизительно 2% ядер было облучено малыми дозами α-частиц, наблюдалось увеличение экспрессии p21waf1 в одних клетках и снижение — в других. Эти результаты свидетельствуют в пользу того, что клеточный контакт является критическим моментом для развития повреждения.
Второй механизм РИБЭ опосредован факторами, экскретируемыми клетками. Этот механизм не зависит от межклеточных взаимодействий. Было показано, что культуральная среда клеток, облученных низкими дозами α-частиц, перенесенная необлученным клеткам, может индуцировать увеличение обменов между сестринскими хроматидами. Индуцирующие РИБЭ факторы непосредственно продуцируются только облученными клетками, с культур которых и собирается среда. В этих экспериментах РИБЭ наблюдался минимум через 24 часа после облучения. Факторы, индуцирующие РИБЭ в культуральной среде доноров, также вызывают увеличение внутриклеточного уровня кислородных радикалов, включая супероксид и гидроксил водорода, которые считаются критическими посредниками в развитии повреждения.
Эффект свидетеля не имеет линейной зависимости от дозы — он максимально индуцируется при воздействии очень малых доз, что предполагает наличие инициирующего механизма активации общего клеточного ответа на повреждение неядерной клеточной мишени. На диплоидных фибробластах человека, облученных α-частицами, было показано участие долговременных р53 -зависимых межклеточных контактов в трансдукции сигнала при его формировании. Также были выявлены и краткосрочные эффекты при переносе облученной α-частицами культуральной среды, не содержащей клеток к интактным клеткам. Однако это, скорее всего, результат формирования свободных радикалов компонентами сыворотки. Действие РИБЭ очень схоже с цитокин-опосредованными эффектами, которые также могут опосредоваться межклеточной передачей сигнала. При воздействии сигнала, индуцирующего РИБЭ, в клетках могут наблюдаться такие процессы, как индукция апоптоза, геномная нестабильность, усиление клеточного роста либо нарастание частоты генных мутаций, которые, как считалось ранее, могут наблюдаться только при прямом действии радиации. Обнаруживались также повреждения на уровне белков, связанные с РИБЭ и генерализованным стрессорным ответом.
Выраженный байстэндер эффект был показан на иммортализованной культуре кератиноцитов, у которых отсутствует белок р53. С другой стороны, в раковых клетках кишечника SW40, имеющих р53 дикого типа, формируется очень сильный РИБЭ, в то время как в раковых клетках простаты РС3, мутантных по р53, — слабый или вообще отсутствующий. Вполне вероятно, что наличие аллели генар53 дикого типа облегчает передачу сигнала, а при его отсутствии сигнал передается альтернативным путем. Существуют данные, свидетельствующие о генетической предетерминации биологического ответа на действие радиации. Так, например, генетически отличающиеся линии мышей отвечают на воздействие радиации по-разному. Также в сравнительных радиобиологических исследованиях были обнаружены значительные колебания в радиочувствительности различных животных. Параллельно с этим, на примере клеток уроэпителия человека были показаны значительные колебания в секреции факторов, вызывающих эффект свидетеля, в клеточную среду. При этом, в клетках, облученных ионизирующей радиацией с низкими ЛПЭ, сигнал и ответ формируются независимо. Например, среда от облученных кератиноцитов может снизить колониеобразующую способность реципиентов — фибробластов MSU 1.1 в 4 раза сильнее, чем колониеобразующую способность самих кератиноцитов. Однако среда от облученных фибробластов не влияет на колониеобразующую способность как кератиноцитов, так и самих фибробластов. Таким образом, культура фибробластов отвечает на сигнал, но не может продуцировать его. В других экспериментах было показано, что среда клеток, мутантных по G6PD и не отвечающих снижением колониеобразующей способности на байстэндер сигнал, подавляет способность формировать колонии у других клеточных линий. Таким образом, клетки могут продуцировать сигнал, но не обязательно на него отвечать. Кроме того, было показано, что один и тот же сигнал может вызывать различные эффекты в разных клеточных культурах.
Несмотря на то, что специфические факторы или сигналы, вызывающие РИБЭ, до сих пор не идентифицированы, было предположено, что в нем могут участвовать экстраклеточный сенсор повреждения TGF 1 и фактор индукции апоптоза (AIF), секретируемый митохондриями в ответ на окислительный стресс. Несмотря на то, что AIF действует внутриклеточно, он может активировать высвобождение дополнительных внеклеточных цитотоксических факторов в культуральную среду.
Дата добавления: 2019-11-25; просмотров: 377; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!