1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Радиационная биология. Радиоэкология
  4. T. 62, № 5, 2022

Радиационная биология. Радиоэкология, 2022, T. 62, № 5, стр. 555-558

КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ ПОДХОД К ОЦЕНКЕ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ НЕСТАБИЛЬНОСТИ ДРОЖЖЕВЫХ КЛЕТОК

В. Г. Петин 1, *, А. В. Рубанович 2

1 Медицинский радиологический научный центр им. А.Ф. Цыба – филиал Национального медицинского исследовательского центра радиологии Министерства здравоохранения Российской Федерации
Обнинск, Россия

2 Институт общей генетики РАН им. Н.И. Вавилова
Москва, Россия

* E-mail: vgpetin@yahoo.com

Поступила в редакцию 13.04.2022
Принята к публикации 29.06.2022

Полный текст (PDF)

Аннотация

Представлен обзор опубликованных результатов по генетической нестабильности дрожжевых клеток, количественно определяемой задержкой формирования колоний выжившими после облучения клетками. Показано, что генетическая нестабильность определяется плоидностью клеток независимо от их радиочувствительности и способности клеток восстанавливаться от радиационных повреждений. Показано, что ОБЭ α-частиц 239Pu практически одинакова как для выживаемости клеток, так и для генетической нестабильности диплоидных и гаплоидных дрожжевых клеток.

Ключевые слова: генетическая нестабильность, ионизирующее излучение, выживаемость, дрожжевые клетки, гаплоидные и диплоидные клетки

Данное сообщение, посвященное краткому анализу результатов, опубликованных по генетической нестабильности, основано на монографии [1]. В этой работе генетическую нестабильность количественно оценивали задержкой формирования колоний выжившими после облучения клетками. В последние десятилетия опубликовано много данных, свидетельствующих об отдаленных эффектах радиации, включая индуцированную геномную нестабильность в виде различных нарушений генетического аппарата в потомках многократно поделившихся клеток, подвергавшихся облучению как in vitro, так и in vivo [1–3]. Во многих публикациях наряду с термином “геномная нестабильность” используют термин “хромосомная нестабильность”, а в общем виде – “генетическая нестабильность”. К проявлениям генетической нестабильности наряду с дестабилизацией хромосом, соматическими мутациями, гетерогенности среди потомства облученных клеток относят и отсроченную репродуктивную гибель клеток, которая феноменологически проявляется задержкой формирования колоний выжившими после облучения клетками. Закономерности этого феномена (эффект “дорастания”) изучены для гаплоидных и диплоидных дрожжевых клеток [4–6]. В этих работах показано, что количественно определяемая таким образом генетическая нестабильность достигает 100% для диплоидных и лишь 20% для гаплоидных штаммов. Недостатком этих работ было использование негомозиготных гаплоидных и диплоидных штаммов дрожжей. Кроме того, авторы не использовали радиочувствительные мутанты. Был сформулирован вывод, что генетическая нестабильность связана с репарацией ДНК повреждений, которая в большей степени характерна для диплоидных, а не гаплоидных дрожжевых клеток [6]. Однако многие новые результаты демонстрируют необходимость замены этой парадигмы [1]. В этой работе в качестве количественного теста генетической нестабильности авторы использовали процент колоний, образованных позже контроля. Материалы и методы, с помощью которых получены описываемые ниже результаты, детально описаны [1].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Таблица 1 включает количественные параметры, характеризующие радиочувствительность (ЛД90, Гр) дрожжевых клеток Saccharomyces cerevisiae дикого типа и их радиочувствительных rad-мутантов, ОБЭ α-частиц для выживаемости и генетической нестабильности клеток, а также максимальную генетическую нестабильность, определяемую выходом на плато кривой зависимости доли колоний, сформированных позже контроля, от дозы ионизирующего излучения.

Таблица 1.

Количественные параметры, характеризующие радиочувствительность гаплоидных и диплоидных дрожжевых клеток Saccharomyces cerevisiae, их генетическую нестабильность и ОБЭ α-частиц для выживаемости и генетической нестабильности (± указывает SE) Table 1. Quantitative parameters characterizing radiosensitivity of haploid and diploid yeast cells of Saccharomyces cerevisiae, their genetic instability and RBE of α-particles for survival and genetic instability (± indicates SE)

Штамм Генотип ЛД90, Гр ОБЭ α-частиц для выживаемости клеток ОБЭ α-частиц для генетической не-стабильности клеток Максимальная генетической нестабильности, %
S288C RAD 160 ± 15 2.1 ± 0.3 1.8 ± 0.2 30
XS800 RAD/RAD 930 ± 28 4.5 ± 0.4 4.7 ± 0.3 100
XS774-4d rad51 65 ± 5 2.1 ± 0.2 1.8 ± 0.1 20
XS806 rad51/rad51 150 ± 12 2.5 ± 0.1 2.5 ± 0.3 100
g160/2d rad52 132 ± 14 2.7 ± 0.3 2.0 ± 0.4 20
XS1898 rad52/rad52 220 ± 19 2.7 ± 0.4 1.6 ± 0.2 100
g218/7c rad54 45 ± 6 2.4 ± 0.1 2.0 ± 0.3 20
L9 rad54/rad54 93 ± 11 1.8 ± 0.1 2.6 ± 0.3 100

Видно, что ОБЭ α-частиц для выживаемости диплоидного штамма дикого типа (RAD/RAD) составляет 4.5 ± 0.4 и не отличается от ОБЭ 4.7 ± 0.3 для генетической нестабильности. Значения ОБЭ для всех гаплоидных штаммов и радиочувствительных диплоидных rad-мутантов идентичны для выживаемости клеток и для их генетической нестабильности, случайно варьируя в диапазоне 1.8–2.7. Приведенные данные указывают на участие систем пострадиационного восстановления в механизме формирования ОБЭ. Ранее эти данные были получены для выживаемости клеток [7, 8], а для генетической нестабильности они впервые описаны в работе [1].

Из табл. 1 видно, что максимальная генетическая нестабильность гаплоидных дрожжевых клеток, характеризующихся экспоненциальными кривыми выживаемости, с ростом дозы ионизирующего излучения достигает 20–30%, остальные 70–80% клеток образуют на питательной среде колонии одновременно с контролем. Кривые выживаемости диплоидных дрожжевых клеток дикого типа (RAD/RAD), способных к репарации ДНК повреждений, имели сигмоидную форму, и их максимальная генетическая нестабильность составляла 100%. Очевидно также, что максимальная генетическая нестабильность радиочувствительных диплоидных мутантов, дефектных по репарации ДНК повреждений, также составляла 100%. Аналогичные данные получены при облучении штаммов дикого типа и их УФ-чувствительных мутантов (табл. 2).

Таблица 2.

Радиобиологические параметры гаплоидных и диплоидных дрожжевых клеток разного генотипа после облучения УФ-светом (± указывает SE) Table 2. Radiobiological parameters of haploid and diploid yeast cells of different genotypes after exposure to UV light (± indicates SE)

Штамм УФ-чувствительный локус ЛД 1%, Дж/м2 Максимальная генетическая нестабильность, %
S288C RAD 600 30
XS800 RAD/RAD 985 100
XC6 rad6 76.3 40
XS1956 rad6/rad6 405 100
21-LMG-3031 rad18 155.0 55
XS1924 rad18/rad18 645 100
T1 RAD/RAD 630 100
LMG318 rad2 64.2 50
T2 rad2/rad2 60 100

На основании экспериментальных данных, суммированных в табл. 1 и 2, можно констатировать, что генетическая нестабильность дрожжевых клеток детерминируется плоидностью клеток, а не их способностью к репарации. Действительно, независимо от качества и вида излучения как резистентные, так и радио- и УФ-чувствительные диплоидные штаммы, в отличие от гаплоидных, демонстрируют 100% генетическую нестабильность, когда все выжившие после облучения клетки формировали на питательной среде колонии позже контроля.

На основании приведенных данных можно сделать вывод, что механизм различного проявления генетической нестабильности гаплоидными и диплоидными дрожжевыми клетками, выживающими после облучения, не связан со способностью клеток восстанавливаться от радиационных повреждений, а может быть связан с некоторыми хромосомными повреждениями, например, делециями или даже потерей хромосом, – событиями, которые в большей степени смертельны для гаплоидных, а не диплоидных клеток. Именно поэтому генетическая нестабильность гаплоидных клеток проявляется в значительно меньшей степени, чем диплоидных независимо от их радиочувствительности или способности клеток восстанавливаться от радиационных повреждений.

Список литературы

  1. Евстратова Е.С., Петин В.Г. Радиобиологические эффекты и генетическая нестабильность клеток. М.: ГЕОС, 2021. 296 с. [Evstratova E.S., Petin V.G. Radiobiological Effects and Genetic Instability of Cells. M.: GEOS, 2021. 296 p. (In Russ.)]

  2. Saenko A.S., Zamulaeva I.A. Features of somatic gene mutagenesis in different age groups of persons exposed to low dose radiation // Multiple stressors: a Challenge for the Future / Eds C. Mothersill, I. Mosse, C. Seymour. Springer, 2007. P. 343–349.

  3. Zheng D.-O., Zhang K., Wu X.-C. Global analysis of genomic instability caused by DNA replication stress in Saccharomyces cerevisiae // PNAS. 2016. V. 113. № 50. P. 8114–8121.

  4. Капульцевич Ю.Г., Корогодин В.И., Петин В.Г. Анализ радиобиологических реакций дрожжевых клеток. I. Кривые выживания и эффект дорастания // Радиобиология. 1972. Т. 12. № 2. С. 267–271. [Kapultsevich Yu.G., Korogodin V.I., Petin V.G. Analysis of radiobiological reactions of yeast cells. I. Survival curves and the effect of the delayed colony formation // Radiobiology. 1972. V. 12. № 2. P. 267–271. (In Russ.)]

  5. Капульцевич Ю.Г. Количественные закономерности лучевого поражения клеток. М.: Атомиздат, 1978. 232 с. [Kapultsevich Yu.G. Quantitative Patterns of Radiation Damage to Cells. M.: Atomizdat, 1978. 232 p. (In Russ.)]

  6. Корогодин В.И. Феномен жизни. Избранные труды. Т. 1. М.: Наука, 2010. С. 290–312. [Korogodin V.I. Phenomenon of life. Selected works. V. 1. M.: Nauka, 2010. P. 290–312. (In Russ.)]

  7. Петин В.Г. Генетический контроль модификаций радиочувствительности клеток. М.: Энергоатомиздат, 1987. 204 с. [Petin V.G. Genetic Control of Cell Radiosensitivity Modifications. M.: Energoatomizdat, 1987. 204 p. (In Russ.)]

  8. Красавин Е.А. Проблемы ОБЭ и репарация ДНК. М.: Энергоатомиздат, 1989. 192 с. [Krasavin E.A. Problems of RBE and DNA Repair. M.: Energoatomizdat, 1989. 192 p. (In Russ.)]

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Радиационная биология. Радиоэкология

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал