Стволовые клетки человека адаптируются к радиации

Ученые выяснили, как длительное ионизирующее излучение действует на стволовые клетки человека. Оказалось, что клеточный цикл в них задерживается, что позволяет «чинить» вызванные радиацией двойные разрывы ДНК с меньшим количеством ошибок. Статья на эту тему опубликована в журнале Oncotarget.

Чтобы защититься от радиации, нужно уметь оценивать риски от ионизирующего излучения. Из обследований облученных людей достоверно известно только то, что высокие дозы радиации увеличивают риск раковых заболеваний. Однако в экспериментах малые дозы облучения либо не приводили к отклонениям, либо оказывали положительное действие: увеличивали продолжительность жизни и снижали частоты онкологических заболеваний.

Одно из негативных воздействий радиации — образование так называемых двойных разрывов, когда рвутся обе цепи ДНК. Клетка способна восстанавливать поврежденные участки (это называется репарацией ДНК). Разрыв одной цепи восстанавливается по последовательности второй, а двойные разрывы восстанавливаются другими способами, при этом у организма велик риск ошибиться. Если системы репарации не починят такие разрывы или починят неправильно, это может привести к онкологическим заболеваниям. Поэтому исследования по воздействию радиации на живые клетки в основном концентрируются на двойных разрывах. С недавнего времени выяснилось, что в образовании опухоли основную роль играют стволовые клетки (клетки без определенной специальности), потому что они могут накапливать мутации и передавать их потомкам — специализированным клеткам. Однако воздействие длительного облучения на стволовые клетки изучено слабо.

Российские ученые провели несколько экспериментов на стволовых клетках из десны. Клетки подвергали кратковременному и длительному воздействию рентгеновского излучения в одних и тех же дозах. Образование двойных разрывов отслеживали с помощью маркеров — скоплений окрашенных белков γH2AX и 53BP1.

Оказалось, что при кратковременном облучении количество обоих маркеров при увеличении дозы возрастает линейно. При длительном же облучении график сначала возрастает линейно, а потом выходит на «плато», то есть количество разрывов, дойдя до определенного значения, перестает возрастать. Наступает своеобразный баланс между образованием повреждений и их репарацией.

Ученые предположили, что во время длительного облучения происходит активация гомологичной рекомбинации (когда для восстановления разрыва используется похожая или идентичная молекула ДНК в качестве образца). При этом механизме ошибок получается гораздо меньше, но он возможен только в определенных фазах клеточного цикла. Гомологичную рекомбинацию ученые отследили по маркеру — белку Rad51.

В то время как одни стволовые клетки делятся, другие перестают делиться, и между ними сохраняется баланс. Ученые подсчитали количество двойных разрывов отдельно в делящихся и пассивных клетках. Оказалось, что число двойных разрывов растет одинаково в делящихся и неделящихся клетках и в обоих видах клеток достигает постоянного значения.

Кроме того, выяснилось, что облучение не повлияло на долю делящихся клеток: она всегда составляла примерно 80%. Проведя более подробное исследование, ученые обнаружили, что после четвертого часа медленного облучения значительно вырастает доля клеток, которые находятся в фазах клеточного цикла S (синтез ДНК) и G2 (последняя подготовка к делению клетки). Во время этих фаз в клетке находится копия ее ДНК, чтобы впоследствии клетка могла разделиться на две. Именно во время этих фаз и возможна гомологичная рекомбинация. Этим может объясняться то, что количество маркера Rad51 растет.

То есть во время облучения происходит задержка клеточного цикла и увеличивается доля клеток в тех фазах, где возможна гомологичная рекомбинация. Таким образом, появляется возможность корректной репарации двойных разрывов.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.