Формы лучевой гибели клеток

Важнейшим радиобиологическим эффектом является гибель клеток. Различают две основные ее формы: репродуктивную, т.е. непосредственно связанную с процессом деления клетки, и интерфазную, которая может произойти в любой фазе клеточного цикла.

Репродуктивная форма гибели клеток

Как указывалось ранее, радиационное повреждение уникальных молекул ядерной ДНК имеют особо важное значение для развития лучевого процесса. Однако, если дело идет о ДНК в неделящих­ся клетках, повреждение "немых" участков ее цепей может и не сказаться существенно на функциях этих клеток.

Для пролиферирующих же клеток значение повреждения ДНК трудно переоценить. Необходимым подготовительным этапом к делению клетки является репликативный синтез ДНК, схема которого показана на рисунке. Двойная спираль ДНК разделяется на две самостоятельные нити, и на каждой из образовавшихся одиночных цепей, став­шими матрицами, достраивается парная к ней путем последовательного присоединения нуклеотидов, комплементарных матричным. В конце концов, генетическая ин­формация удваивается, и клетка оказывается готовой к делению.

Если в результате облучения возникли пов­реждения ДНК, например, двойные разрывы или сшивки, нормальная репликация делается невозможной. При формировании хромосом повреждения ДНК проявляются возникновением мостов, фрагментов и других типов хромосомных аберраций, многие из которых ле­тальны, поскольку невозможно равномерное распределение генетического материала между дочерними клетками. Эта форма гибели клеток в митозе получила наименование репродуктивной ги­бели.

Количество повреждений ДНК, возникающих в результате об­лучения достаточно велико. Так, например, при облучении в дозе 1 Гр, в каждой клетке человека возникает около тысячи одиноч­ных и ста-двухсот двойных разрывов. Каждое из этих событий могло бы иметь фатальные последствия, если бы не существовало упоминавшихся ранее систем, способных ликвидировать большинство возникших повреж­дений ДНК. Клетки, успевшие репарировать повреждения ДНК до вступления в фазу митоза, способны к нормальному делению. Вызываемое облучением торможение про­цессов подготовки к делению объективно может благоприятно сказаться на судь­бе клетки, поскольку в результате увеличивается время, необходимое для репарации лучевого повреждения. Сейчас большинство исследователей считает, что непосредс­твенной причиной репродуктивной гибели клеток являются нерепа­рированные повреждения ДНК, прежде всего, двойные разрывы це­пей и повреждения ДНК-мембранного комплекса. Морфологически клетки, погибающие по репродуктивному типу, можно выявить в ана- или метафазе митоза, обнаружив в них хромосомные аберрации.

Интерфазная форма гибели клеток

По интерфазному типу могут погибать как неделящиеся клетки, так и делящиеся, но находящиеся вне фазы митоза. Чаще всего для возникновения интерфазной гибели требуется облучение в достаточно высокой дозе. Для некоторых типов клеток (миоциты, нейроциты) это десятки и даже сотни грей. В то же время такие клетки, как лимфоциты, тимоциты, ооциты могут погибнуть уже после воздействия в дозах порядка десятых и даже сотых долей грея.

Механизмами интерфазной гибели клеток могут быть некроз и апоптоз. Исходным событием для некроза клеток, подвергшихся облучению, является чаще всего вызванное активацией перекисного окисления липидов повреждение внутриклеточных мембран. Повреждение мембран нарушает работу связанных с мембранами ферментов, подавляет процесс окислительного фосфорилирования; повышение проницаемости мембран приводит к нарушению градиентов концентраций низкомолекулярных веществ в клетке, выходу лизосомальных протеаз и нуклеаз в цитоплазму и проникновению их в ядро. Угнетается клеточное дыхание. В результате всех этих процессов развивается деградация нуклеопротеидных комплексов в ядре, происходит расплавление или (реже) пикноз ядра, цитолиз с выходом содержимого клетки за пределы клеточной мембраны.

В случае апоптоза происходит межнуклеосомная деградация хроматина, проявляющаяся позднее фрагментацией ядра. Распадается и цитоплазма, участки которой, окружающие осколки ядра получили наименование "апоптотических телец". По существующим представлениям процесс апоптоза запускается включением программы самоуничтожения клетки. Происходит активация участков генома, которые контролируют синтез ферментов, участвующих в деградации хроматина. Эту активацию могут вызывать стимулы, возникающие под влиянием разных факторов, в том числе и вызванных облучением повреждений мембранных структур, ядерного хроматина. Таким образом, апоптоз- это генетически опосредуемая прог­раммированная форма клеточной гибели. Механизм апоптоза особенно характерен для интерфазной гибели лимфоидных клеток, клеток кроветворной ткани.

Как при репродуктивной, так и при интерфазной формах гибели клетки наблюдается разрушение генетического материала. Однако, в первом случае это разрушение происходит в результате прямого или непрямого действия радиации на уникальные структуры ядерной ДНК. В инициировании интерфазной гибели существенная роль принадлежит повреждениям иных структур - внутрик­леточных мембран, ферментов, нарушению клеточного метаболизма, и лишь на конечных этапах поражается геном.