Введение к работе
Актуальность темы
Ионизирующая радиация (ИР) на сегодняшний день тесно связана с жизнедеятельностью человека и биоты за счет присутствия естественных радионуклидов, работы различных объектов атомной промышленности, аварий на них, использования ИР в медицинских целях и других источников излучения. Облучение биологических объектов зачастую не связано с высокими дозами ИР. Исследования влияния ионизирующей радиации в малых дозах на геном, мембраны и ферментные системы клеток начаты сравнительно недавно. Однако уже становится ясно, что в условиях длительного низкоинтенсивного облучения неприменимы старые критерии ожидаемых эффектов (Бурлакова Е.Б., 1996). Имеющиеся в литературе данные свидетельствуют о том, что такое влияние приводит к повреждениям генетического и мембранного аппарата, ігзменению метаболической активности антиоксидантных (АО) ферментов и клеток в целом, экспрессии различных генов, вероятности индукции апоптоза (Шевченко В.А., 1996; Зайнуллин ВТ., 1999, 2000; Мазурик В.К., 2005).
Однако кроме сложных биохимических и генетических критериев слабых радиационных воздействий необходимо изучение изменений физико-химических свойств ДНК, хроматина, мембран с помощью более простых и доступных методов по критериям, чувствительным к действию ИР в малых дозах. Одними из таких критериев является повреждение первичной структуры (образование разрывов) и изменения вторичной структуры ДНК (адсорбция на нитроцеллюлозных (НЦ) фильтрах)
В литературе дискутируется вопрос о возможных отрицательных биологических последствиях ионизирующего излучения в малых дозах, активно изучается вопрос нестабильности генома, индуцированной действием ИР (Безлепкин В.Г., Газиев А.И., 2000, 2001). Поэтому в настоящее время становится очевидной необходимость более глубокого исследования механизмов действия на биологические структуры ИР в малых дозах, а также методов защиты животных и человека. Данные проблемы еще далеки от разрешения, и некоторые актуальные задачи поставлены в настоящей работе.
Другим не менее важным вопросом является эффективность малых доз биологически активных веществ, в том числе пероксида водорода (Н202). Это соединение служит важным компонентом, образующимся из молекул воды под действием ИР (Тарусов Б.Н., 1965), и играет существенную роль в формировании эффектов малых доз радиации, что подтверждается результатами данной работы.
Кроме того, проводятся обширные исследования в области радиационной индукции и развития канцерогенеза (Дж. Гофман, 1994). В этой связи большой интерес представляет изучение развития спонтанного лейкоза у мышей линии AKR при воздействии на процесс как ИР в малых дозах, так и действия антиоксиданта фенозана.
Большой интерес представляет изучение возможностей радиационной защиты в низкодозовой области. В связи с тем, что вещества, обладающие радиопротекторными свойствами при высоких дозах ионизирующих излучений неэффективны в области малых доз ИР, возникает необходимость поиска новых, возможно принципиально отличающихся по механизму действия препаратов, активных в данной области (Кудряшов
Ю.Б., 1997). С этой точки зрения в настоящей работе рассматривается группа веществ с нетрадиционным для классических радиопротекторов характером действия - 2,5-дифенил-І,3-оксазол (ДФО) и его производные.
Цель и задачи исследования
Цель работы заключалась в изучении влияния низкоинтенсивной ионизирующей радиации (ИР) в малых дозах на структурное состояние ДНК селезенки мышей и лимфоцитов крови человека; поиске возможных радиозащитных средств в этой области доз. Основными задачами исследования являлись:
-
Сравнение структурных изменений ДНК (разрывов и адсорбции на НЦ фильтрах) селезенки при облучении мышей с разной радиочувствительностью, а именно гибридов резистентной линии Fl(CBAxC57Bl) и мышей радиочувствительной линии AKR при у-облучении в дозе 1,2 сГр (0,6 сГр/сут). Проведение измерения эффектов через 1 и 30 суток после облучения.
-
Оценка влияния активных форм кислорода на структурные повреждения ДНК при облучении малыми дозами ИР.
-
Изучение изменения структурных характеристик ДНК селезенки мышей линии AKR при развитии спонтанного лимфоидного лейкоза и влияния облучения в дозе 1,2 сГр на скорость развития этого процесса.
-
Сравнение структурных характеристик ДНК лимфоцитов крови здоровых доноров (18 чел) и онкологических больных (18 чел).
-
Исследование радиозащитных свойств антиоксиданта фенозана по изменению структурных характеристик ДНК при его введении в концентрациях 10"4 и 10'14 моль/кг до облучения мышей линий Б1(СВАх C57BI) в дозе 1,2 сГр.
-
Изучение потенциальных радиопротекторных свойств ДФО и его производных, способных поглощать энергию ионизирующего излучения, в области малых доз ИР.
Научная новизна работы
При сравнении действия общего облучения ионизирующей радиацией в малых дозах на структурное состояние ДНК селезенки мышей трех линий с различной радиочувствительностью было обнаружено изменение изученных параметров ДНК. Впервые выявлена корреляция радиочувствительности мышей с направленностью изменений структурных характеристик ДНК по измерению адсорбции на НЦ. Получены данные, свидетельствующие о возможном участии пероксида водорода в изменении структурного состояния ДНК при действии малых доз ИР. Впервые обнаружены изменения структурных характеристик ДНК после введения мышам Н202 в малой концентрации. В эксперименте in vitro выявлена зависимость эффекта воздействия пероксида водорода на структуру ДНК от исходного состояния биополимера. Эти различия выявлены как между ДНК мышей F1 и AKR, так и между ДНК интактных и облученных мышей AKR.
Исследование радиозащитных свойств антиоксиданта фенозана показало возможность модификации этим соединением влияния ИР в малых дозах на структуру ДНК. Обнаружены пролонгированные радиозащитные свойства фенозана по отношению к структуре ДНК как в дозе 10"4 моль/кг, так и в малой дозе 10"14 моль/кг.
Впервые изучено действие ИР в дозе 1,2 сГр (0,6 сГр/сут) на структурные характеристики ДНК при развитии лейкоза у мышей AKR и выявлены более ранние структурные изменения ДНК, чем при спонтанном развитии заболевания. Введение фенозана, напротив, нормализует состояние структуры ДНК, что согласуется с известным фактом замедления этим препаратом развития лейкоза AKR.
В работе обнаружен более высокий уровень разрывов ДНК селезенки у мышей линии AKR по сравнению со здоровыми животными гибридами Fl(CBAx С57 В1) и ДНК лимфоцитов крови у онкологических пациентов по сравнению со здоровыми лицами. В связи с этим высказано предположение о повышенной степени поврежденное ДНК при канцерогенезе.
Изучение соединений группы 2,5-дифенилоксазола в качестве радиопротекторов с нетрадиционным характером действия показало наличие у них как радиопротекторных, так и радиосенсибилизирующих свойств в зависимости от используемых концентраций и уменьшения генотоксичности с помощью фенозана.
Научная и практическая значимость работы
Результаты проведенных исследований имеют важное теоретическое и практическое значение для понимания роли повреждений ДНК в феномене радиочувствительности животных, влияния ИР в малых дозах на ДНК в организме животных, зависимости степени радиационного повреждения ДНК от ее исходного состояния. Полученные результаты свидетельствуют о возможности модифицировать эффект облучения с помощью соединений различных классов. Данные, полученные в работе, позволяют предложить антиоксидант фенозан для дальнейшего исследования этого препарата в качестве радиопротектора пролонгированного действия в области малых доз ИР. Результаты сравнительных исследований состояния структуры ДНК онкологических пациентов и здоровых лиц позволили выявить информативные показатели для оценки фактора риска канцерогенеза.
Апробация диссертации и публикации.
Основные результаты исследования по теме диссертации представлены в 14 печатных работах, из них 3 - статьи в журналах и 11 - тезисов докладов.
Материалы диссертации докладывались и обсуждались: ІП Международный симпозиум «Механизмы действия сверхмалых доз» (Москва, декабрь 2002); Международная молодежная конференция ИБХФ РАН-ВУЗы «Биохимическая физика» (Москва, октябрь 2003, ноябрь 2006); III Съезд биофизиков России, (Воронеж, июнь 2004); «Фундаментальные науки - медицине» (Москва, декабрь 2004, декабрь 2005, ноябрь 2006, декабрь 2007); «Медико-биологические проблемы противолучевой и противохимической защиты» (Санкт-Петербург, май 2004); V Съезд по радиационным исследованиям (Москва, 2006); VII Международная конференция «Биоантиоксидант» (Москва, 2006).
Объем и структура диссертации.
