Содержание к диссертации
Введение
I. Об эндогенных факторах радиорезистентности .. 7-20
1. Эндогенные липидные радиосенсибилизаторы . 8-12
2. Биогенные шины как эндогенные радиопротекторы 12 - 20
А. Радиорезистентность клеток и уровень биогенных аминов 14-17
Б. О некоторых молекулярных механизмах противолучевого действия биогенных
аминов 17 - 20
II. Действие УФ излучения на клетки 21-28
1. Летальное действие коротковолнового УФ излучения 21 - 23
2. Инактивирующее действие длинноволнового УФ излучения 24 - 28
III. Комбинированное действие ионизирующей радиации и УФ излучения различных длин волн 29-40
1. Радиационный синергизм 29-32
2. Радиационный антагонизм 33-40
ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 41-49
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ ЭКСПЕРИЖГГОВ 49-118
I. Изучение комбинированного действия ионизирующей радиации и УФ света на дрошкевые клетки Р. guilliermondii 49 - 75
1. Действие ионизирующей радиации и УФ света различных длин волн на клетки P. guiiiier- mondіі различной плондпости 49-54
2. Сочетанное действие ионизирующей радиации и 7Ф света различных длин волн на клетки P. guilliermondii 54-75
А. Влияние длинноволнового УФ света на выживаемость дрожжевых клеток P. guilliermondii, облученных коротковолновым излучением (254 нм) 54-60
Б. Влияние длинноволнового YQ света на выживаемость дрожжевых клеток P. gu-
iiiiermondii, облученных рентгеновским излучением 60-75
П. Исследование некоторых компонентов эндогенного фона радиорезистентности в дрожжевых клет ках Р. guilliermondii 75 - 118
1. Определение содержания серотонина в различных по радиочувствительности клетках р. guilliermondii 75 - 82
2. Определение содержания гистамина в различных по радиочувствительности клетках р. guilliermondii 82 - 86
3. Исследование уровня эндогенных радиопротекторов и радиосенсибилизаторов в условиях
фотозащиты у дрожжей P. guilliermondii ... 86 - 118
1) Отработка режима облучения для биохимических анализов 86 - 89
2) Исследование уровня биогенных аминов в условиях фотозащиты у дрожжей р. guilliermondii 89 - 103
3) Исследование влияния экзогенно добавленного серотонина на радиоустойчивость дрожжевых клеток P. guilliermondii к поражающему действию ионизирующей и коротковолновой УФ радиации 103 - 115
4) Исследование содержания гидроперекисей лишщов в условиях фотозащиты у
дрожжей P. guilliermondii 116 -118
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 119 - 120
ВЫВОДЫ 121
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 122-139
- Эндогенные липидные радиосенсибилизаторы
- Летальное действие коротковолнового УФ излучения
- Радиационный синергизм
Введение к работе
В последнее время исследование сочетанного действия различных видов излучений электромагнитного спектра приобретает все большее значение. Ванное место принадлежит изучению эффектов комбинированного действия разных длин волн ультрафиолетового /УФ/ спектра между собой и с ионизирующей радиацией. Актуальность исследования подобных взаимодействий объясняется прежде всего условиями реальной экологической ситуации, когда имеет место одновременное облучение различными видами радиации. Считается также, что такого рода исследования, с одной стороны, способствуют выяснению механизмов действия каждого вида излучения в отдельности, а с другой - позволяют ответить на вопрос, как индуцируемые повреждения могут быть модифицированы.
Известно, что в зависимости от последовательности воздействий использованных доз, интервала времени между облучениями и ряда других факторов наблюдается либо усиление летальных эффектов (синергизм), либо их ослабление (антагонизм) (тУгге11Д978). Бо- а льшои интерес представляют случаи радиацішноиндуцированнои защиты (одной из форм раддиационного антагонизма). Так, в фотобиоло-гических исследованиях было показано, что предварительная обработка ДЛИННОВОЛНОВЫМ УФ светом защищает клетки Escherichia coli ОТ ЛетаЛЬНОГО ДеЙСТВИЯ КОРОТКОВОЛНОВОГО УФ ИЗЛуЧеНИЯ (Jagge^,
I960). В основе этого эффекта, получившего название "фотозащи-ты", лежит индуцируемая длинноволновым УФ светом задержка роста клеток, обеспечивающая более эффективную работу репарационных систем по ликвидации повреждений, вызываемых коротковолновым УФ. В последнее время эффект фотозащиты показан также у некоторых штаммов дрожжей (Фрайкин и др., 1976). Особенностью фотозащиты у дрожжей является то, что она наблюдается при дозах длинноволнового УФ света, не вызывающих задержку роста клеток, и для ее проявления необходим температурозависимый интервал времени меж-ду воздействиями длинноволнового и коротковолнового УФ света. По мнению исследователей обнаруживших этот эффект, в процессе фотозащиты происходит фотоиндуцированный синтез какого-то соединения, защищающего клетки от летального действия коротковолнового УФ. Однако вопрос о природе гипотетического соединения исследован не был. Не исследовалась также возможность проявления эффекта фотозащиты от поражающего действия ионизирующей радиации.
В связи с этим мы поставили перед собой задачу исследовать возможность модификации длинноволновым УФ светом поражения, вызываемого у дрожжевых клеток ионизирующей радиацией. Предстояло также выяснить характер метаболических изменений, индуцируемых в клетках длинноволновым УФ светом. При этом, основываясь на гипотезе эндогенного фона радиорезистентности (Кудряшов, Гончаренко, 1969; Гончаренко, 1978), представлялось целесообразным изучить влияние длинноволнового УФ света на метаболизм биологически активных соединений, выполняющих функцию внутриклеточных радиопротекторов и радиосенсибилизаторов .
В результате проведенных исследований обнаружен эффект фотозащиты от поражающего действия ионизирующей радиации у дрожжевых клеток, установлена зависішость величины эффекта от длины волны и дозы длинноволнового УФ света, а также интервала времени между последовательными облучениями. Расширен круг объектов, на которых проявляется эффект фотозащиты от коротковолнового УФ света (254 нм), за счет дрожжей из рода Pichia .
Впервые изучено влияние длинноволнового УФ света на скорость протекания триптофангидрокеилазной реакции, являющейся лимитирую- щим звеном в цепи синтеза серотонина, Установлено, что проявление фотозащиты у дрожжевых клеток P. guiiiiermondii от поражающего действия рентгеновского излучения, а также коротковолнового УФ света, причинно связано с увеличением уровня эндогенного серотонина.
Показано, что одним из возможных путей реализации защитного действия повышенного уровня серотонина, является непосредственное действие амина на содержание липидных радиосенсибилизаторов (гидроперекисей липидов), регулирующих течение первичных лучевых реакций.
Полученные данные об увеличении радиорезистентности дрожжевых клеток в условиях облучения длинноволновым УФ светом являются подтверждением важной биологической роли взаимодействия эффектов, индуцируемых ионизирующей радиацией и неионизирующими излучениями, что следует учитывать в связи с широким внедрением источников излучений в промышленности, медицине и других областях.
Эндогенные липидные радиосенсибилизаторы
В исследованиях первичных радиобиологических изменений основное внимание уделяется изучению субстратов, радиационное повреждение которых приводит к дальнейшему развитию лучевого пора-Кения, и выяснению природы пусковых химических реакций, ведущих к структурным изменениям. Установлено (Тарусов, 1957, 1962, 1966; Кудряшов, 1957, 1966; Куравлев, 1965; Эмануэль, Липчина, 1958; Эмануэль, Лясковская, 1961; Бурлакова и др., 1978; Коломийцева, 1982), что наиболее вероятной для развития первичных лучевых процессов является реакция окисления липидов - структурных компонентов клеточных мембран.
Было сделано предположение (Кудряшов, 1966 а,б, 1970; Кудряшов, Гончаренко, 1969) о том, что исходный уровень продуктов перекисного окисления липидов играет важную роль в развитии первичных процессов лучевого поражения. Так, в частности, был получен фактический материал, свидетельствующий о способности продуктов перекисного окисления липидов осуществлять непрямой механизм первичного действия ионизирующей радиации (Кудряшов, 1966 а, б; Ба-лтбарздыс, 1966; Кравцов, 1976). Однако эти результаты были получены на модельных системах. Проведение подобных исследований на биологических объектах связано с большими трудностями, вследствие чего о первичных реакциях лучевого поражения биологических систем можно судить на основании косвенных данных, а именно при исследовании кислородного эффекта или химической модификации поражения, а также используя метод "привитой сополимеризации", разработанный Козловым (1962, 1970). Применяя вышеперечисленные подходы, удалось установить (Балтбарздыс и др., 1966), что на ранней стадии лучевого поражения резко возрастает своеобразно радикальная активность продуктов перекисного окисления лшіидов. Последующее развитие окислительных прцессов такне происходит при участии перекисных радикалов. Как на начальных, так и на дальнейших стадиях необходимо участие кислорода.
Имеется экспериментальный материал, свидетельствующий о способности продуктов перекислого окисления липидов осуществлять ра-диосенсибилизирующий эффект на различных биологических системах и объектах в процессе облучения ионизирующей радиацией (Гончаренко, Кудрлшов и др., 1964; Деев, 1970; Кравцов, 1976; Гурович и др., 1976.).
Так, облучение эритроцитов в присутствии окисленной олеиновой кислоты вызывало усиление гемолиза, которое происходило за счет образования продуктов перекисиого окисления в облученной смеси (Ку-дряшов, 19666; Деев, 1970; Гончаренко, 1973). Исследования, проведенные на клетках асцитной карциномы Эрлиха (Лабзина и др., 1966; Лабзина, 1969) и клетках корневой меристемы проростков Сге -pis саріііагі8(Граевская, 1970) показали, что при сотіестном действии перекисей и облучения, поражающий эффект, оцениваемый по выходу хромосомных аберраций имеет наибольшее значение в случае предварительного воздействия липидных перекисей. Величина эффекта в этом случае пропорциональна концентрации перекисей. В модельных опытах с ДНК также было установлено радиосенсибилизирую-щее действие липидных перекисей (Вилюман, 1969). Автор обнаружил, что повреждения ДНК, оцениваемые по количеству одиночных разрывов и наблюдаемые при совместном применении перекисных продуктов и радиации, происходят в результате радиосенсибилизирую-щего эффекта.
Летальное действие коротковолнового УФ излучения
В настоящее время достаточно хорошо изучено летальное действие коротковолнового УФ излучения на различные виды микроорганизмов, вирусы, фаги, простейшие, клетки млекопитающих и др. (Самойлова, 1967; Еестяников, 1979; Rice , Hoff , 1981). Установлено, что основная мишень, ответственная за летальный эффект данного вида радиации, - молекула ДІЖ. Наиболее характерным подтверждением этого является совпадение спектров летального, мутагенного и ан-тимитотического действия УФ излучения со спектрами поглощения нуклеиновых кислот ( swenson, 1976). Изучение природы фотохимических изменений, возникающих в молекуле ДНК в результате облучения УФ светом коротковолновой области, посвящено значительное число исследований (Конев, Волотовский, 1971; Смит, Хэнеуолт, I972;Smith , I964;Kittler ,Lober , 1977;Coohill , Jacobson » 1981). Мы ограничимся рассмотрением некоторых наиболее важных представлений по этому вопросу.
При облучении УФ светом происходят фотохимические реакции с участием, в основном, пиримидиновых оснований, чувствительность которых к действию коротковолнового УФ на порядок выше, чем пуринових (Ваккер, I965;Morgan iCallis . 1976). Структурные повреждения молекулы ДНК связаны с образованием димеров тимина, цитози-на, урадила и смешанных димеров этих оснований (Setiow,Carrier , 1963, Ellison, Childs, 1981), а также гидратацией урацила и цито-зина (Setiow, 1968), внутримолекулярными и межмолекулярными поперечными сшивками ДНК (Завильгельский и др., 1964), сшивками ДНК-белок (Сирота, Сигаева, 1982), разрывами цепи ДНК (Hamlet et al., 1982). - 22 Наибольшее биологическое значение имеют тишновые дилеры, которые, как показано в ряде исследований, составляют три четверти от общего числа повреждений, ответственных за летальное действие УФ радиации (setlow, 1963,Setlow -Carrier f I963;Tyrrell 1978; Rothman,Setlow , 1979). Реакция фотодимеризации тимииа является фотообратимой и происходит при облучении более коротковолновыми лучами УФ диапазона (235 им). Более подробное изучение показало, что как реакция димеризации основании, так и обратная реакция, приводящая к восстановлению мономеров не связаны с функционированием ферментных систем, а имеют фотохимическую природу (Fuchtbauer,Mazur , 1966).
В процессы димеризации могут вовлекаться молекулы тшлина также из противоположных нитей ДНК, что приводит к образованию внутримолекулярных поперечных сшивок (Завильгельскш и др., 1964). Это было показано в экспериментах по выявлению неразошедшихся нитей облученной ДНК при денатурации. Образование ковалентних сшивок приводит к возникновению локальных денатурированных участков в молекуле ДНК, причем количество сшивок пропорционально числу участков денатурации (Завильгельский, 1965). Изучение возбужденных состояний пиримидиновых оснований ДНК показало, что наиболее вероятными предшественниками дилеров тшлина являются основания в первом триплетном возбужденном состоянии. Так, установлено, что кислород и парамагнитные ионы, являющиеся эффективными триплетними тушителями, замедляют фотодимеризацию тимина (Beukers, Berends, I960). Аналогичное влияние на скорость протекания димеризации оказывает профлавин, вероятно вследствие миграции энергии возбуждения с триплетного уровня тшлина на синглетный уровень красителя Csetlow» Carrier» 1967).
Радиационный синергизм
Первое наблюдение синергических летальных взаимодействий было сделано при исследовании эффектов комбинированного действия ионизирующей и коротковолновой УФ радиации на дрожжевых клетках (uretz, I955;Eikind , Sutton , 1959). Позднее изучение синергизма проводилось Шнайдером и Кифером (Schneider,Kiefer , 1976)на трех штаммах дрожжей Saccharomyces cerevisiae - диком Time и двух радиочувствительных мутантах (rad-2 и rad-9). Использовались о-час-тицы и Ага и рентгеновские лучи. Коротковолновое УФ излучение с длиной волны 254нм вызывало сенсибилизацию клеток всех штаммов к последующему ai и рентгеновскому облучению, что приводило к си-нергическим эффектам. При обратном порядке облучения синергизм проявлялся только в экспериментах на дрожжевых клетках "дикого типа".
Синергическое взаимодействие между ионизирующей и УФ радиацией было отмечено также на бактериальных клетках (Bhaumik, Bhat tacharjee, 2S68; Kartignoni» Smith I973) Эффект синергизма не зависел от очередности воздействий, если клетки находились в момент облучения в минеральной среде, однако при облучении в питательной среде комбинация УФ свет затем рентгеновские лучи вызывала, как правило, большую гибель клеток, чем при обратной последовательности действия (Bhaumik, Bhattacharjee» 1968). Синергизм отсутствовал, когда в клетках s. 00 ± ингибировали репарационные процессы или использовали дефектные по репарации мутанты (Baptist , Haynes , 1972; Hartignoni , Smith » 973; Smith , Kartig noni , 1976). Это свидетельствует о том, что репарационные процессы играют существенную роль в возникновении синергизма.
В последние годы активно изучаются эффекты, индуцируемые экологическим длинноволновым УФ светом в диапазоне длин волн от 320 до 380нм. Используя его в комбинации с другими видами воздействия, также можно наблюдать синергизм. Показано, что длинноволновой 7Ф свет (365нм) сенсибилизирует клетки з .coli к действию коротковолнового ІФ (254нм), а УФ лучи длин волн 365нм и 334 нм - и к последующему облучению ионизирующей радиацией (iiamabhadran ,Jagger , 1975; Tyrrell, 1978). 3 последнем случае возникковениє синергизма обусловлено ингибированиеы reo-А и ree-B - зависимого пути репарации ДНК (Tyrrell, 1976). Степень сенсибилизации зависела от дозы длинноволнового УФ, причем синергизм проявлялся в большей степени при облучении клеток в аэробных, чем в анаэробных условиях.
