Μελέτη των αλλοιώσεων οι οποίες επάγονται στο γενετικό υλικό των κυττάρων Chinese hamster (cricetulus griseus) μετά από έκθεση σε ακτίνες –γ και μονοενεργειακές δέσμες πρωτονίων

Abstract

The present study aimed to investigate the relationship between radiation quality and the induction of biological lesions in V79 cells, and to estimate microdosimetric and other parameters relevant to radiotherapy. It also sought to establish the relationship between different types of lesions induced by irradiation. The modification of the induced damage by the cell's repair mechanisms was also investigated. Experimental results show that inactivation of the cell's mitotic apparatus and induction of chromosomal aberrations is increased for the cells irradiated with protons. The values for RBED which were computed for cell inactivation were found to be RBED =2.4 and 1.3 for protons of energy 3.0 and 7.4 MeV, respectively. The value for RBED which was computed for chromosomal aberrations, was RBED= 1.3 for protons of energy 7.4 MeV. Increased efficiency of proton irradiation in induction of biological lesions can be attributed to the increased energy deposition at sensitive sites of the cell (nucleus) in comparison with y-rays. lt was found that the parameter of LET might be used to describe the relationship between radiation quality and induced biological damage. Investigation of the correlation between various types of chromosomal aberrations and inactivation of the mitotic apparatus of the cell led to the conclusion that aberrations in chromosomes consists of the main but not the only reason for cell inactivation. This conclusion resulted in the suggestion of two non-excluding one another hypotheses: a) Radiation induces lesions which are not related to chromosomes but contribute to cell inactivation. b) Radiation induces several lesions in the genetic material of the cell, which are not observable with the aid of the techniques used, thus they were not counted in the total number of chromosomal aberrations. Finally, the involvement of cellular repair mechanisms in modifying the initial radiation-induced damage was investigated. It was observed, with the estimation of cell survival, that a percentage of induced lesions is repairable under certain growth conditions (cells at a non-proliferating stage). Incubation of the cells in the presence of the inhibitor 3-AB was found to prevent the repair of induced damage. Examining the relationship between DSB rejoining and cellular damage (chromosomal aberrations and cell survival) revealed that an increase in the latter in the event of DNA repair inhibition is not accompanied by a corresponding reduction in the percentage of rejoined DSBs. It is hypothesised that an increase in cellular damage is the result of DSBs' misrepair.

Η παρούσα μελέτη είχε ως στόχο να διερευνήσει τη σχέση μεταξύ της ποιότητας της ακτινοβολίας και της πρόκλησης βιολογικών βλαβών σε κύτταρα V79, καθώς και να εκτιμήσει μικροδοσομετρικές και άλλες παραμέτρους οι οποίες έχουν εφαρμογή στην ακτινοθεραπεία. Επιδίωξε επίσης να καθορίσει τη σχέση μεταξύ διαφορετικών τύπων βλαβών που προκαλούνται από την ακτινοβολία. Διερευνήθηκε επίσης η τροποποίηση των επαγομένων βλαβών από τους μηχανισμούς επιδιόρθωσης των κυττάρων. Τα πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν ότι η αδρανοποίηση του μιτωτικού μηχανισμού των κυττάρων και η πρόκληση χρωμοσωμικών ανωμαλιών αυξάνεται στα κύτταρα που ακτινοβολούνται με πρωτόνια. Οι τιμές RBED που υπολογίστηκαν για την αδρανοποίηση των κυττάρων ήταν RBED =2,4 και 1,3 για πρωτόνια ενέργειας 3,0 και 7,4 MeV αντίστοιχα. Η τιμή για το RBED που υπολογίστηκε για τις χρωμοσωμικές ανωμαλίες ήταν RBED= 1,3 για πρωτόνια ενέργειας 7,4 MeV. Η αυξημένη αποτελεσματικότητα της ακτινοβολίας πρωτονίων στην πρόκληση βιολογικών βλαβών μπορεί να αποδοθεί στην αυξημένη απόθεση ενέργειας σε ευαίσθητα σημεία του κυττάρου (πυρήνας) σε σύγκριση με τις ακτίνες γ. Διαπιστώθηκε ότι η παράμετρος LET μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να περιγράψει τη σχέση μεταξύ της ποιότητας της ακτινοβολίας και της προκληθείσας βιολογικής βλάβης. Η έρευνα της συσχέτισης μεταξύ διαφόρων τύπων χρωμοσωμικών ανωμαλιών και της αδρανοποίησης του μιτωτικού μηχανισμού του κυττάρου οδήγησε στο συμπέρασμα ότι οι ανωμαλίες στα χρωμοσώματα αποτελούν τον κύριο αλλά όχι τον μοναδικό λόγο για την αδρανοποίηση του κυττάρου. Αυτό το συμπέρασμα οδήγησε στην πρόταση δύο υποθέσεων που δεν αποκλείουν η μία την άλλη: α) Η ακτινοβολία προκαλεί βλάβες που δεν σχετίζονται με τα χρωμοσώματα αλλά συμβάλλουν στην αδρανοποίηση του κυττάρου. β) Η ακτινοβολία προκαλεί διάφορες βλάβες στο γενετικό υλικό του κυττάρου, οι οποίες δεν είναι παρατηρήσιμες με τη βοήθεια των τεχνικών που χρησιμοποιούνται, και ως εκ τούτου δεν υπολογίστηκαν στον συνολικό αριθμό των χρωμοσωμικών ανωμαλιών. Τέλος, διερευνήθηκε η συμμετοχή των κυτταρικών μηχανισμών επιδιόρθωσης στη τροποποίηση της αρχικής βλάβης που προκλήθηκε από την ακτινοβολία. Με την εκτίμηση της επιβίωσης των κυττάρων, παρατηρήθηκε ότι ένα ποσοστό των προκληθέντων βλαβών είναι επιδιορθώσιμο υπό ορισμένες συνθήκες ανάπτυξης (κύτταρα σε στάδιο μη πολλαπλασιασμού). Η επώαση των κυττάρων παρουσία του αναστολέα 3-AB βρέθηκε ότι εμποδίζει σε σημαντικό βαθμό την επιδιόρθωση της προκληθείσας βλάβης. Η εξέταση της σχέσης μεταξύ της επανασύνδεσης των DSBs και της κυτταρικής βλάβης (χρωμοσωμικές ανωμαλίες και επιβίωση των κυττάρων) αποκάλυψε ότι η αύξηση της τελευταίας σε περίπτωση αναστολής της επιδιόρθωσης του DNA δεν συνοδεύεται από αντίστοιχη μείωση του ποσοστού των επανασυνδεδεμένων DSBs. Προτείνεται ότι η αύξηση της κυτταρικής βλάβης είναι αποτέλεσμα της εσφαλμένης επιδιόρθωσης των DSBs.