Введение к работе
Актуальность исследования. Адаптация, ее пределы и механизмы на
протяжении многих лет, особенно, если речь идет о человеке, остается
одной из самых существенных биологических проблем. Особенно
актуально эта проблема звучит в настоящее время, когда в результате
технологического прогресса в биосфере (среде обитания человека)
возросло число и размеры стрессовых факторов, к которым относятся и
факторы, вызывающие наследственные и злокачественные изменения
клеток. В последние 10-15 лет исследование и понимание этой проблемы
перешло на принципиально новый уровень в связи с открытием так
называемых, регулонов, представляющих собой группы генов, выражение
которых происходит координирование в ответ на то или иное стрессовое
воздействие. К числу наиболее известных и изученных относятся т.н. SOS-
ответ, обнаруженный в клетках прокариотов и элементы которого
присутствуют и в клетках эукариотов, в том числе в клетках
млекопитающих. Адаптивный ответ в отношении действия алкилирующих
мутагенов, группа генов теплового шока и генов, выражение которых
связано с возникновением в клетках свободных радикалов кислорода. В
результате индукции этих генов существенным образом меняется
клеточный метаболизм, поскольку они включены в контроль таких важных
процессов, какими являются репарация, репликация и рекомбинация ДНК,
метилирование ДНК, индукция профагов, мутагенез, клеточное деление, в
случае многоклеточных организмов - регуляция гормональной активности
и т.д. Без сомнения, к выше перечисленным явлениям относится также
радиоадаптивный ответ, заключающийся в уменьшении чувствительности
клеток к действию ионизирующей радиации по критерию величины выхода
хромосомных аберраций, в результате предварительного воздействия
ионизирующим излучением в существенно меньших по величине дозах.
Актуальность исследования радиоадаптивного ответа тем более очевидна,
т.к. это явление впервые продемонстрировано в клетках человека. Однако,
несмотря на то, что сам факт существования радиоадаптивного ответа
в настоящее время не вызывает сомнений /Wolff, 1998/, его механизм
остается неизвестным. В настоящей работе впервые для исследования
механизма радиоадаптивного ответа использовались клетки доноров,
страдающих четырьмя наследственными заболеваниями. При
исследовании механизмов генетических процессов и их значимости наиболее продуктивным, до настоящего времени, и перспективным, по крайней мере, в ближайшем будущем является метод анализа мутантов, дефектных по отдельным этапам изучаемого процесса. Этот метод чрезвычайно интенсивно используется в модельных системах любой сложности, начиная от микроорганизмов и заканчивая высшими, в том
числе млекопитающими. Однако, понятны те трудности, с которыми мы сталкиваемся, когда речь идет о человеке. В работе использованы клетки больных гомоцистинурией, шизофренией, синдромом Элерса - Данлоса, синдромом Марфана, которые, как ранее было показано /Засухина и др,1982, Sinelschikova et al,1987/ являются дефектными в отношении процесса репарации ДНК, поскольку в литературе интенсивно обсуждается вопрос о роли этого процесса в развитии радиоадаптивного ответа /Wolff,1978; Wojewodska et al,1995/.
В условиях, когда практически вся популяция человека, в большей или меньшей степени, подвергается мутагенному воздействию в результате загрязнения окружающей среды не требует специального обоснования актуальность проблемы особенностей действия мутагенов и, в частности, ионизирующего излучения в малых дозах, особенно если речь идет о человеке.
Цели и задачи исследования. Цель настоящей работы заключается в
исследовании механизма радиоадаптивного ответа в отношении
индуцированных jf- квантами хромосомных аберраций в лимфоцитах
человека с использованием клеток клинически здоровых доноров и страдающих наследственными заболеваниями, клетки которых дефектны по отдельным этапам процесса репарации ДНК. В процессе работы решались следующие конкретные задачи:
1 .Исследование частоты и спектра индуцированных jf- квантами и 8-метоксипсораленом структурных мутаций хромосом в лимфоцитах здоровых доноров и страдающих различными наследственными синдромами.
2.Исследование адаптивного ответа и защитного действия интерферона
в лимфоцитах клинически здоровых доноров и доноров, страдающих
различными наследственными синдромами при индукции хромосомных
аберраций ft- лучами в дозе 2 Гр и 8 - метоксипсораленом
активированным УФ - светом.
3.Проведение сравнительного анализа радиоадаптивного ответа и
защитного эффекта интерферона в условиях раздельного и совместного
их протекания в лимфоцитах человека по отношению к fi-
индунированньш хромосомным аберрациям.
4.Исследование особенностей протекания радиоадаптивного ответа у лиц, постоянно проживающих в условиях повышенного фона радиации в результате аварии на ЧАЭС.
Научная новизна. В работе впервые исследованы особенности радиоадаптивного ответа в клетках доноров, страдающих следующими наследственными синдромами: гомоцистинурия, шизофрения, синдром Элерса - Данлоса, синдром Марфана. В результате установлено, что в случае гомоцистинурии оказывается полностью подавленным
радиоадаптивный ответ. В этом же исследовании показано отсутствие корреляции между эффективностью репарационного процесса и наличием либо отсутствием радиоадаптивного ответа, который, по-видимому, осуществляется на предшествующей репарации первичных повреждений ДНК стадии, а именно, на этапе индукции первичных повреждений ДНК.
Проведенный в работе сравнительный анализ механизма радиоадаптивного ответа и защитного действия интерферона показал, что эти два события не являются независимыми в клетке, напротив, радиоадаптивный ответ феноменологически подобен одной из двух, "нерепарационной" компоненте защитного действия интерферона. Последний наряду с этой "нерепарационной" компонентой включает в себя и компоненту, связанную с эффективностью процесса репарации ДНК.
Практическая значимость. Ряд полученных в работе результатов имеют непосредственное отношение к проблеме количественной оценки потенциальной генетической опасности и популяционного риска для человека в условиях загрязнения окружающей среды различными факторами физической и химической природы, многие из которых являются мутагенами и канцерогенами. К этим результатам относится сам факт наличия и практически постоянный уровень радиоадаптации по отношению не только к индуцированным ионизирующим облучением хромосомным аберрациям, но и к аберрациям, возникающим на базе моноаддуктов и межнитевых сшивок ДНК при действии 8 - МОП активированного УФ - светом. К результатам такого рода относятся также высокий полиморфизм популяции человека по типу и наличию либо отсутствию радиоадаптивного ответа. Причем, получены указания на то, что длительное проживание в условиях повышенного радиоактивного фона способствует фенотипической реализации этого полиморфизма, в результате его уровень возрастает.
Самостоятельное практическое значение имеет характеристика наследственных дефектов у лиц, страдающих исследоваїпшми в работе синдромами по уровню мутабельности и защитному действию нтерферона, а также наличию либо отсутствию радиоадаптивного ответа. Особый интерес в этом плане представляет собой, по-видимому, гомоцистинурия, в случае которой наследственный дефект прямо или косвенно, но полностью блокирует протекание радиоадаптивного ответа.
Полученные цитогенетические характеристики исследованных наследственных синдромов могут быть использованы для проведения дифференциального диагноза различных заболеваний.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были представлены в качестве тезисов на I съезде Вавиловского общества генетиков и селекционеров (ВОГИС) в г. Саратове (1994), в качестве доклада на 3-ем съезде по радиационным исследованиям (радиобиология,
радиоэкология, радиационная безопасность) в г. Москве (1997) и на межлабораторном семинаре по Генетической безопасности в Институте общей генетики им.Н.И.Вавилова, Москва, май 1998г.
Публикации. Основные материалы исследований, представленные в диссертационной работе, изложены в шести публикациях: двух тезисах докладов и четырех журнальных статьях.
Структура и объем диссертации. Материал диссертации, состоящей из введения, обзора литературы, изложения материалов и методов, экспериментальной части, обсуждения, заключения и выводов, представлен на 145 машинописных страницах, включая 9 таблиц и 5 рисунков. Список литературы включает 48 наименований работ отечественных и 180 наименований работ зарубежных авторов.