Стволовые клетки человека адаптируются к «медленному» воздействию радиации

Исследователи из ряда российских институтов, включая МФТИ, выяснили, как длительное ионизирующее излучение воздействует на стволовые клетки человека. Оказалось, что в стволовых клетках происходит задержка клеточного цикла и это позволяет чинить вызванные радиацией двойные разрывы ДНК с меньшими ошибками. Науке предстоит выяснить, как это влияет на функционирование организма, в частности, на риск заболеть раком. Статья опубликована в Oncotarget .


Когда статистика бессильна


Ионизирующее излучение — это то, что в народе называют радиацией. Оно бывает разных видов: рентгеновское излучение, гамма-излучение, потоки различных частиц. Ионизирующее излучение способно превратить нейтральные атомы и молекулы в заряженные ионы. Воздействие радиации на организм неизбежно: за счёт естественного радиационного фона средний житель планеты получает ежегодно около 3 мГр (миллигрей). А при рентгеновском обследовании — от 0,001 мГр до 10 мГр в зависимости от типа процедуры. Однако передозировка опасна: при дозе более 1 Гр (1 Гр=1000 мГр), полученной за короткий промежуток времени, возникает острая лучевая болезнь.


Чтобы обеспечить радиационную безопасность, нужно уметь оценивать риски, которые несёт с собой ионизирующее излучение. Из обследований людей, подвергшихся облучению, достоверно известно только то, что высокие дозы радиации увеличивают риск раковых заболеваний. На основании этого регулирующие органы приняли линейную модель, согласно которой даже маленькое превышение дозы ведёт к увеличению риска рака. Однако в экспериментах малые дозы облучения либо не приводили к отклонениям, либо даже оказывали положительное действие — увеличение продолжительности жизни и снижение частоты раков. Кроме того, необходимо учитывать мощность дозы. Одна и та же доза, полученная за длительный промежуток времени, наносит меньший ущерб, чем в случае кратковременного облучения. О том, как именно учитывать мощность дозы, ведутся непрекращающиеся споры. В реальных ситуациях люди чаще подвергаются небольшому и длительному облучению, поэтому важно понять, как длительное ионизирующее излучение воздействует на организм.


Двойные разрывы ДНК


Одно из негативных воздействий радиации — образование так называемых двойных разрывов, когда рвутся обе цепи ДНК. Клетка способна восстанавливать повреждённые участки, это называется репарацией ДНК. Разрыв одной цепи восстанавливается по последовательности второй цепи, двойные разрывы восстанавливаются другими способами, и при этом велик риск ошибки. Если системы репарации не починят такие разрывы или починят неправильно, это может привести к онкологическим заболеваниям. Поэтому исследования по воздействию радиации на живые клетки в основном концентрируются на двойных разрывах. С недавнего времени выяснилось, что в образовании опухоли основную роль играют стволовые клетки (клетки без определённой специальности), потому что они могут накопить мутации и передать их потомкам — специализированным клеткам. Однако воздействие длительного облучения на стволовые клетки изучено очень слабо.


Учёные провели несколько экспериментов на стволовых клетках из десны. Клетки подвергали кратковременному и длительному воздействию рентгеновского излучения в одних и тех же дозах. Образование двойных разрывов отслеживали с помощью маркеров — скоплений окрашенных белков γH2AX и 53BP1. Оказалось, что при кратковременном облучении количество обоих маркеров возрастает линейно при увеличении дозы. А при длительном облучении — сначала линейно, а где-то на 1 Гр выходит на плато. То есть количество разрывов, дойдя до определённого значения, перестаёт возрастать. Наступает своеобразный баланс между образованием повреждений и их репарацией.





Рисунок. a) Окраска клеточного ядра, 53BP1, γH2AX и всего сразу; b) кратковременное облучение (мощность 5400 мГр/ч); c) длительное облучение (мощность 270 мГр/ч)

Ремонт ДНК



У клетки есть системы репарации, которые могут починить двойные разрывы ДНК. Однако после кратковременного облучения в больших дозах репарация 8 из 10 образованных двойных разрывов происходит с помощью воссоединения концов — относительно быстрого, но некорректного механизма. Из-за этого часто возникают хромосомные нарушения. Двойные разрывы ДНК, восстановленные некорректно, приводят к гибели клеток, активации онкогенов или подавлению активности антионкогенов. Другой механизм репарации двойных разрывов — гомологичная рекомбинация. Для восстановления разрыва используется похожая или идентичная молекула ДНК в качестве образца. Этот механизм даёт гораздо меньше ошибок, но он возможен только в определённых фазах клеточного цикла. Гомологичную рекомбинацию учёные отследили по маркеру — белку Rad51. В течение двух часов облучения количество Rad51 оставалось примерно на одном уровне, а потом линейно возрастало. Учёные предположили, что во время длительного облучения происходит активация гомологичной рекомбинации.




Деление клеток


В то время как одни стволовые клетки делятся, другие перестают делиться, и между ними сохраняется баланс. Учёные подсчитали количество двойных разрывов отдельно в делящихся и пассивных клетках. Клетки можно различить с помощью специального белка, который находится только в делящихся клетках. Оказалось, что число двойных разрывов растёт одинаково в делящихся и неделящихся клетках и в обоих видах клеток достигает постоянного значения.




Рисунок. Цикл клетки. Фаза G0 — фаза покоя, клетка не делится. Во время фазы G1 происходит подготовка к делению, содержимое клетки, кроме хромосом, удваивается. Во время фазы S с ДНК «снимается копия» — все 46 хромосом удваиваются. G2 — конечный этап подготовки к делению, то есть к митозу

Кроме того, выяснилось, что облучение не повлияло на долю делящихся клеток: она всегда была примерно 80%. Но проведя более подробное исследование, учёные обнаружили, что после четвёртого часа медленного облучения значительно вырастает доля клеток, которые находятся в фазах клеточного цикла S (синтез ДНК) и G2 (последняя подготовка к делению клетки). Во время этих фаз в клетке находится копия её ДНК, чтобы впоследствии клетка могла разделиться на две. Именно во время этих фаз и возможна гомологичная рекомбинация. Этим может объясняться возрастание маркера Rad51. То есть во время облучения происходит задержка клеточного цикла и увеличивается доля клеток в тех фазах, где возможна гомологичная рекомбинация. Таким образом, появляется возможность корректной репарации двойных разрывов.


«Мы показали, что продолжительное облучение мезенхимальных стволовых клеток приводит к их перераспределению по клеточному циклу. Это может влиять на биологический ответ на радиацию. Полученные нами результаты могут стать основой для дальнейших исследований двойных разрывов в стволовых клетках и их влияния на образование опухолей» , — комментирует работу Сергей Леонов , директор Физтех-школы биологической и медицинской физики.

Последние новости Подмосковья по теме:
Стволовые клетки человека адаптируются к «медленному» воздействию радиации

Стволовые клетки человека адаптируются к «медленному» воздействию радиации - МФТИ
Стволовые клетки человека адаптируются к «медленному» воздействию радиации - Долгопрудный
Исследователи из ряда российских институтов, включая МФТИ, выяснили, как длительное ионизирующее излучение воздействует на стволовые клетки человека.
08:43 28.07.2017 МФТИ
- Долгопрудный
Исследователи из ряда российских институтов, включая МФТИ, выяснили, как длительное ионизирующее излучение воздействует на стволовые клетки человека.
14:00 27.07.2017 Долгие Пруды
 
По теме
 
Знания. Технологии. Тенденции развития индустрии туризма в Российской Федерации. - РГУТиС 12-15 июня 2018 года в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Российский государственный университет туризма и сервиса» совместно с Торгово-промышленной палатой Российской Ф
18.06.2018
Для студентов и выпускников Ступинского филиала Московского областного медицинского колледжа № 2 наступает ответственная пора: 15 июня началась сессии и 18 июня стартует защита выпускных квалификационных работ,
18.06.2018
 
Учитель информатики Шатурского лицея Дмитрий Мелькин примет участие в форуме молодых педагогов России - Ленинская Шатура Учитель информатики и ИКТ Шатурского лицея Дмитрий Мелькин участвует в V Тихвинском форуме молодых педагогов России «Молодой учитель в реализации стратегических задач развития Российской Федерации».
18.06.2018
Встреча выпускников и студентов старших курсов Государственного социально-гуманитарного университета - Администрация г. Домодедово 15 июня в МАУ ДПО «Центр развития образования» состоялась встреча выпускников и студентов старших курсов Государственного социально-гуманитарного университета – будущих педагогов – с руководством Управления образования,
18.06.2018 Администрация г. Домодедово
Одиннадцатиклассники в понедельник будут сдавать единый госэкзамен по биологии и иностранным языкам, биологию выбрали более 20% выпускников, сообщается на официальном информационном портале Единого государственного экзамена.
18.06.2018 Газета Ключ
Замминистра обороны Николай Панков заявил, что планы оборонного ведомства по замене военных кафедр в вузах на унифицированные военные учебные центры не повлияют на военную подготовку студентов,
18.06.2018 Газета Новые Известия
Единая Дежурная Диспетчерская служба, ЕДДС, 112, безопасность, чп, чрезвычайное происшествие С 4 по 12 июня по линии Единой Дежурной Диспетчерской службы городского округа Ступино на номер «112» поступило 3444 звонков.
15.06.2018 Ступинская панорама
Прогулки с Татьяной Алексеевой: Выходной день - Орехово-Зуевская правда Пейзажи окрестностей Орехово-Зуева, сделанные известным орехово-зуевским фотографом Татьяной Алексеевой в эти июньские выходные Татьяна Алексеева Татьяна Алексеева Татьяна Алексеева Татьяна Алексеева Татья
18.06.2018 Орехово-Зуевская правда
БЕЛЫЕ АКАЦИИ И ЛЕТАЮЩИЕ КНИГИ - МГИК ЛИТО «Точки» А. В. Воронцова на Международной книжной выставке в Чехии   Литературное объединение «Точки» при Совете по прозе Союза писателей России, возглавляемое писателем,
18.06.2018 МГИК
XV Коломенская регата по академической гребле - Комитет по физической культуре и спорту 15-17 июня 2018 года на гребной базе СШОР по академической гребле прошла «ХV Коломенская регата по академической гребле среди юношей и девушек посвященная коломенцам, погибшим в локальных войнах и военных конфликтах».
18.06.2018 Комитет по физической культуре и спорту
Спорт как жизнь - Газета Родник Уютная квартира, на стенах медали и фото любимых учеников. Сразу понятно, что тут живет семья спортсменов.Отец и дочь успешно продолжают карьеру своегодеда-тренируют будущих чемпионов.
18.06.2018 Газета Родник
Клуб «Waraxe» присоединился к ОД «Русский характер» - Люберецкая панорама ЛЮБЕРЦЫ. 17 июня. INLUBERTSY.RU - К Люберецкому ОД «Русский характер» присоединился легендарный клуб по самообороне и ножевому бою «Waraxe» в лице своего руководителя Сергея Гуленкова, сообщает Люберецкое информагентство.
17.06.2018 Люберецкая панорама
Золотые знаки и удостоверения Комплекса ГТО вручили 14 июня в универсальном зале ФСК «Салют» выпускникам, которые выполнили все испытания.
18.06.2018 Долгие Пруды
Инсталляцию в виде футбольного мяча диаметром семь метров покажут посетителям музея «Новый Иерусалим» в Истре, арт-объект откроется 19 июня и будет доступен до 15 июля,
18.06.2018 Звенигородские ведомости
Совещание с запредами правительства 18 июня 2018 - Правительство Московской области Источник: Пресс-служба Губернатора Московской области, Антон Чернов Губернатор Подмосковья Андрей Воробьев на совещании с руководящим составом правительства Московской области в понедельник поручил продолжить работу п
18.06.2018 Правительство Московской области