Природа лучевого поражения клеток

Учебные материалы по биологии / Природа лучевого поражения клеток

Страница 4

Приведенные примеры, перечень которых можно было бы продолжить, наглядно демонстрируют несравненно большую радиочувствительность ядра по сравнению с цитоплазмой, однако они не отвергают роль последней в радиационном поражении ядерного аппарата.

Интерфазные поражения. В опытах на насекомых было показано, что гибель клетки до деления связана с подавлением синтеза нуклеиновых кислот. Эти данные позволили авторам рассматривать интерфазную форму гибели как разновидность одного из необратимых повреждений ядра, называемых в радиационной генетике доминантными деталями. Однако упоминавшаяся выше широко известная интерфазная форма поражения клеток млекопитающих, в частности лимфоцитов, морфологически выражающаяся в виде пикнотизации ядра, согласно данным Э. Я. Граевского, может быть предотвращена воздействием ряда агентов (гипертонический раствор, агматин, соли синильной кислоты), после чего облученный лимфоцит сохраняет жизнеспособность, что противоречит возможности отнесения такой формы поражения ядра к доминантным леталям.

Облучение вызывает разрывы молекулы ДНК, образование щелочно-лабильных связей, потерю оснований и изменения их состава, изменения нуклеотидных последовательностей, сшивки ДНК - ДНК и ДНК - белок, нарушения комплексов ДНК с другими молекулами.

Различают одиночные разрывы, когда связь между отдельными атомными группировками нарушается в одной из нитей двунитчатой молекулы ДНК, и двойные, когда разрыв происходит сразу в двух цепях, что приводит к распаду молекулы на куски. При любом разрыве нарушаются считывание информации с молекулы ДНК и пространственная структуру хроматина.

Одиночные разрывы не приводят к поломкам молекулы ДНК, так как ее куски прочно удерживаются на месте водородными, гидрофобными и другими связями с противоположной нитью ДНК, и, кроме того, структура довольно хорошо восстанавливается мощной системой репарации. С увеличением дозы излучения, кроме того, возрастает вероятность перехода одиночных разрывов в двойные, так как увеличивается возможность того, что отдельные разрывы в противоположных цепях возникают друг против друга. При действии излучений с небольшой плотностью ионизации (у- и рентгеновское излучение, быстрые электроны) 20-100 одиночных разрывов вызывают один двойной. Плотноионизирующие излучения вызывают значительно больший процент двойных разрывов. Такие виды лучевого поражения макромолекул удается регистрировать непосредственно после облучения в виде хромосомных аберраций. (Расчеты показывают, что уже при дозе 1 Гр в каждой клетке человека повреждается 5000 оснований молекул ДНК, возникает 1000 одиночных и 10-100 двойных разрывов, каждый из которых может стать причиной возникновения аберрации).

Исходя из этих представлений, выживаемость клеток во многих случаях может быть хорошо описана с помощью так называемой линейно-квадратичной модели, предложенной К. Г. Чедвиком и Г. П. Линхаутсом. Разрабатывая модель авторы исходили из того, что при облучении клеток летальными являются двойные разрывы ДНК, которые появляются либо в результате одновременного разрыва обеих спиралей ДНК одной ионизирующей частицей, либо в результате совпадения двух независимо образовавшихся одиночных разрывов комплементарных спиралей, оказавшихся напротив друг друга. Согласно модели выживаемость клеток S/S0 равна ехр (-αD-β D, где D - поглощенная доза, а а и β - параметры, характеризующие вероятность индукции и репарации двойных и одиночных разрывов ДНК в рассматриваемых клетках.

Кроме образования разрывов, в облученной ДНК нарушается структура оснований, прежде всего тимина, что увеличивает число генных мутаций. Отмечается образование сшивок между ДНК и белком нуклеопротеидного комплекса.

Помимо структурных нарушений ДНК в облученной клетке имеет место нарушение регуляции, прежде всего выдачи в цитоплазму информации с ДНК, а также функционирования многочисленных внутриклеточных мембран. В этом проявляется роль внеядерных органелл, а также сложных взаимоопределяющих влияний ядра и цитоплазмы.

Многие сложные процессы клеточного метаболизма проходят именно на мембранах, так как они позволяют обеспечить нужное пространственное разделение реагирующих молекул. По мере увеличения дозы гамма - излучения наблюдается подавление механизмов активного и пассивного транспорта, нарушается проницаемость ионов калия. (по Кудряшеву). Нарушаются ДНК-мембранные взаимодействия, происходит денатурация и деструкция макромолекул, нарушение их функций в облученных клетках (Владимиров, 1972). Основным свойством гамма - лучей является их способность разрушать слаженность биологических реакций, их взаимосвязь, порядок, повреждать регуляторные функции системы. Живая система лишившись «контроля» перестает существовать (Хансон, Комар, 1985).