Природа радиационной гибели клеток.

Чувствительность ядра клетки примерно на шесть порядков выше чувствительности протоплазмы.

Известно, что из всех внутриядерных структур ответственной за жизнеспособность клетки является ДНК. Последняя участвует в формировании хромосом и переносе генетической информации. Облучение вызывает различные превращения в ДНК: разрывы молекулы ДНК, образование щелочно-лабильных связей, потерю оснований и изменение их состава, изменения нуклеотидных последовательностей, сшивки ДНК-ДНК и ДНК-белок, нарушения комплексов ДНК с другими молекулами.

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

Одиночные разрывы не приводят к поломкам молекулы ДНК, так как разорванная нить прочно удерживается на месте водородными, гидрофильными и другими видами взаимодействий и противоположной нитью ДНК и, кроме того, структура довольно хорошо восстанавливается мощной системой репарации. Многие радиобиологи считают, что одиночные разрывы сами по себе (если они не переходят в двойные) не являются причиной гибели клеток.

При дозах облучения до 20 Гр двойные разрывы являются следствием одновременного повреждения обеих нитей ДНК.

С увеличением дозы облучения, возрастает вероятность перехода одиночных разрывов в двойные. При действии редкоионизирующих излучений (гамма, рентгеновского, быстрых электронов) 20-100 одиночных разрывов обусловливают один двойной. Плотноионизирующие излучения вызывают значительно большее число двойных разрывов непосредственно после облучения, а также аберрации хромосом.

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

Чувствительным к излучению является ДНК-мембранный комплекс - сложное структурное образование в области соединения нитей ДНК с ядерной мембраной. Распад этого комплекса и деградацию ДНК можно обнаружить после облучения культуры клеток в дозе 2 Гр.

Наконец, важным последствием облучения является изменение эпигеномной (не связанной с ядерным материалом) наследственности клетки, носителями которой являются различные цитоплазматические органеллы. При этом снижается функциональная активность потомков облученных клеток, вероятно, именно это может быть одной из причин отдаленных последствий облучения.

Однако главной причиной репродуктивной гибели клеток при облучении является повреждение их генетического аппарата.

Пострадиационное восстановление (репарация) клеток.

Многие радиационные повреждения восстанавливаются. Феномен пострадиационной репарации обусловлен тем, что при облучении в клетках возникают и такие повреждения, которые обычно приводят клетку к гибели, но при определенных условиях поврежедения могут быть устранены системами ферментативной репарации. Такие повреждения называют потенциальными. Их судьба двоякая - либо они репарируются и тогда клетка выживает, либо реализуются и тогда клетка гибнет.

По времени осуществления различают дорепликативную, пострепликативную и репликативную репарации.

Дорепликативная репарация (до этапа удвоения ДНК) может происходить путем воссоединения разрывов, а также с помощью удаления (эксцизии) поврежденных оснований. В воссоединении одиночных разрывов участвуют несколько ферментов - лигаза, эндонуклеаза, экзонуклеаза, ДНК-лигаза, которые обеспечивают заключительный акт репарации - лигазное воссоединение.

Пострепликационная репарация - это процесс, при котором клетка сохраняет жизнеспособность, несмотря на наличие дефектов ДНК.

Репликативная репарация - восстановление ДНК в процессе ее репликации осуществляется удалением в ходе репликации повреждений в зоне точки роста цепи, либо путем элонгации, минуя повреждения.