Μελέτη της επίδρασης της ιοντίζουσας ακτινοβολίας σε λεμφοκύτταρα γυναικών φορέων μεταλλάξεων των γονιδίων BRCA1 και BRCA2

Abstract

Ionizing radiation damages DNA by inducing base damage, and single- and double-strand breaks (DSB). DSBs are the most critical lesions and their misrepair could lead to substantial chromosomal instability. The cell has complex signal transduction, cell-cycle checkpoints and repair pathways to respond to the DNA damage. Homologous recombination (HR) and DNA non-homologous end-joining (NHEJ) are the two major DSB repair mechanisms. These two mechanisms act at different phases of the cell cycle. Whereas NHEJ contributes substantially to DSB repair in all cell cycle phases, HR contributes modesty in G1 and progressively more as cells move through the cycle into G2. BRCA1 and BRCA2 are tumor-suppressor genes and they have been implicated in a number of diverse cellular processes, among them the DNA repair and the cell-cycle control mechanisms. BRCA1 and BRCA2 co-localize with Rad51 at the nuclear foci formed to repair DSB by HR, and they are required for the S phase and G2/M checkpoint arrest in response to DNA damage. Given the biological role of BRCA1 and 2 genes, heterozygous carriers of germ line mutations might have increased radiosensitivity. Given concerns about the possible risks of breast screening with mammography in unaffected mutation carrier women and the potentially damaging effects of high dose radiotherapy in normal breast tissue, it is important to assess whether there is evidence for increased radiosensitivity in such mutation carriers. In the present study an evaluation of the radio-induced damage in G2 phase of the cell cycle, after 1 Gy irradiation, in lymphocytes from BRCA1 and 2 heterozygotes is presented. The radiation induced damage was evaluated by assessing the mean number of chromatid breaks per mitosis from 20 BRCA+/- females (15 with malignancy history and 5 healthy carriers) and comparing it with the corresponding number of breaks from 21 BRCA+/+ age matched unaffected controls never diagnosed with a malignancy. BRCA1 and 2 mutation carriers had a significantly higher number of mean chromatid breaks per cell compared to their matched controls using the G2 phase radiosensitivity assay (p=0.006) as well as a significantly higher maximum number of breaks (p= 0.0001). In subgroup analysis both healthy carriers and carriers with cancer history are more radiosensitive compared to controls (p= 0.002 and p= 0.025 respectively). Age was not associated with increased radiosensitivity (p= 0.868) Τo assess radiosensitivity, previous in vitro studies have used different assays for DSB repair capacity in BRCA1 and BRCA2 mutation carriers. The findings of these studies are inconsistent, probably due to small numbers of patients and the type of assay performed. We have provided strong evidence for radiosensitivity in these individuals and our results are in agreement with the most resent published studies. However, the analysis of larger groups of BRCA+/+ and BRCA1+/? individuals should be carried out to obtain definitive conclusions.

Η ιοντίζουσα ακτινοβολία προκαλεί βλάβες στο DNA μέσω της καταστροφής βάσεων και των θραύσεων μονής και διπλής έλικας. Οι θραύσεις διπλής έλικας είναι οι πιο σημαντικές βλάβες και αν δεν επιδιορθωθούν μπορεί να οδηγήσουν σε σημαντική χρωμοσωμική αστάθεια. Τα κύτταρα διαθέτουν σύνθετα μονοπάτια εντοπισμού και επιδιόρθωσης των γενετικών βλαβών. Ο ομόλογος ανασυνδυασμός και η σύνδεση μη ομόλογων άκρων είναι οι κυριότεροι μηχανισμοί επιδιόρθωσης των θραύσεων διπλής έλικας και δρουν σε διαφορετικές φάσεις του κυτταρικού κύκλου. Ενώ η σύνδεση μη ομόλογων άκρων συνεισφέρει στην επιδιόρθωση των βλαβών σε όλες τις φάσεις του κυτταρικού κύκλου, ο ομόλογος ανασυνδυασμός συνεισφέρει ελάχιστα στην G1 και προοδευτικά όλο και περισσότερο καθώς το κύτταρο κινείται προς την G2. Τα BRCA1 και BRCA2 είναι ογκοκατασταλτικά γονίδια και εμπλέκονται σε διάφορες κυτταρικές διεργασίες, μεταξύ των οποίων η επιδιόρθωση του DNA και οι μηχανισμοί ελέγχου του κυτταρικού κύκλου. Οι πρωτεΐνες BRCA1 και 2 σχηματίζουν μαζί με τη RAD51 ένα σύμπλοκο απαραίτητο για την επιδιόρθωση των θραύσεων διπλής έλικας με ομόλογο ανασυνδυασμό και είναι απαραίτητες για τη διακοπή του κυτταρικού κύκλου στα σημεία ελέγχου S και G2/M ως ανταπόκριση σε βλάβη του DNA. Με βάση τα παραπάνω, είναι βιολογικά πιθανόν οι ετερόζυγοι φορείς κληρονομικών μεταλλάξεων στα γονίδια BRCA1 και 2 να παρουσιάζουν αυξημένη ακτινοευαισθησία. Με δεδομένους τους πιθανούς κινδύνους που θα συνεπαγόταν ο πληθυσμιακός μαστογραφικός έλεγχος για τις υγιείς φορείς τέτοιων μεταλλάξεων και τη δυνητικά βλαβερή επίδραση της ακτινοθεραπείας στο φυσιολογικό μαζικό αδένα, είναι σημαντικό να ερευνήσουμε εάν υπάρχουν στοιχεία για αυξημένη ακτινοευαισθησία των ατόμων αυτών. Στην παρούσα μελέτη παρουσιάζεται η αξιολόγηση των οφειλόμενων στην ακτινοβόληση κατά τη G2 φάση χρωμοσωμικών βλαβών σε λεμφοκύτταρα ετερόζυγων φορέων μεταλλάξεων στα BRCA1 και 2. Οι οφειλόμενες στην ακτινοβολία βλάβες αξιολογήθηκαν με υπολογισμό του μέσου όρου χρωματιδικών θραύσεων ανά μίτωση σε 20 BRCA+/- γυναίκες (15 με ιστορικό κακοήθειας και 5 υγιείς φορείς) και σύγκριση με τους αντίστοιχους μέσους όρους 21 αντιστοιχισμένων προς την ηλικία υγιών μαρτύρων BRCA+/+. Οι φορείς μεταλλάξεων στα BRCA1 και 2 παρουσίασαν στατιστικά σημαντικά μεγαλύτερο μέσω αριθμό χρωματιδικών θραύσεων (ΧΘ) ανά μίτωση σε σχέση με την ομάδα ελέγχου (p=0.006) και μεγαλύτερο μέγιστο αριθμό ΧΘ ανά μίτωση (p= 0.0001). Στην ανάλυση υποομάδων τόσο οι υγιείς φορείς BRCA+/- όσο και αυτές που είχαν ιστορικό καρκίνου του μαστού ή/και των ωοθηκών παρουσιάζουν μεγαλύτερη ακτινοευαισθησία από τους μάρτυρες (p= 0.002 και p= 0.025 αντίστοιχα). Η ηλικία δεν φαίνεται να σχετίζεται με την ακτινοευαισθησία (p= 0.868). Προηγούμενες in vitro μελέτες έχουν χρησιμοποιήσει διάφορες τεχνικές προκειμένου να υπολογίσουν την ακτινοευαισθησία των φορέων BRCA μεταλλάξεων με βάση τη δυνατότητα επιδιόρθωσης των θραύσεων διπλής έλικας. Τα αποτελέσματα των μελετών αυτών είναι συχνά αντικρουόμενα, πιθανόν λόγο του περιορισμένου αριθμού περιστατικών ή/και των τεχνικών που χρησιμοποιήθηκαν. Η παρούσα μελέτη παρέχει ισχυρά στοιχεία για αυξημένη ακτινοευαισθησία των BRCA+/- ατόμων και έρχεται σε συμφωνία με τις πιο πρόσφατες βιβλιογραφικές αναφορές. Παρόλα αυτά, η ανάλυση μεγαλύτερου αριθμού περιστατικών είναι απαραίτητη για να βγάλουμε οριστικά συμπεράσματα.