Природа радіаційної смерті клітин

Чутливість ядра клітини приблизно на шість разів вище чутливості протоплазми.

Відомо, що зі всіх внутрішньоядерних структур за життєздатність клітини відповідає ДНК. Остання бере участь у формуванні хромосом і транспорті генетичної інформації. Опромінення викликає різні перетворення в ДНК: розриви молекули ДНК, утворення лужно-лабільних зв'язків, втрату основ і зміну їхнього складу, зміни послідовності нуклеотидів, зшивання ДНК-ДНК і ДНК-білок, порушення комплексів ДНК з іншими молекулами.

Розрізняють поодинокі розриви ДНК, коли зв'язок між окремими атомними з’єднаннями порушується в одній із ниток двохниткової молекули ДНК і подвійні, коли розрив відбувається відразу в сусідніх ділянках двох ланцюгів, що призводить до розпаду молекули. При будь-якому розриві порушується зчитування інформації з молекули ДНК і просторова структура хроматину.

Поодинокі розриви не призводять до порушення молекули ДНК, тому що розірвана нитка міцно втримується на місці водневими, гідрофільними й іншими видами зв’язків і протилежною ниткою ДНК і, крім того, структура досить добре відновлюється потужною системою репарації. Багато радіобіологів вважають, що поодинокі розриви самі по собі (якщо вони не переходять у подвійні) не є причиною смерті клітин.

При дозах опромінення до 20 Гр подвійні розриви є наслідком одночасного ушкодження обох ниток ДНК.

Зі збільшенням дози опромінення, зростає ймовірність переходу поодиноких розривів у подвійні. При дії поодинокоіонізуючих випромінювань (гамма, рентгенівського, швидких електронів) 20-100 поодиноких розривів зумовлюють один подвійний. Щільноіонізуючі випромінювання викликають значно більше число подвійних розривів безпосередньо після опромінення, а також аберації хромосом.

Крім утворення розривів, в опроміненої ДНК порушується структура основ, насамперед тиміну, що збільшує число генних мутацій. Відзначається зшивання між ДНК і білками нуклеопротеїнового комплексу.

Чутливим до випромінювання є ДНК-мембранний комплекс - складне структурне утворення в ділянці з'єднання ниток ДНК із ядерною мембраною. Розпад цього комплексу й деградацію ДНК можна виявити після опромінення культури клітин у дозі 2 Гр.

Нарешті, важливим наслідком опромінення є зміна епігеномної (не пов'язаної з ядерним матеріалом) спадковості клітини, носіями якої є різні цитоплазматичні органели. При цьому знижується функціональна активність нащадків опромінених клітин. Ймовірно, саме це і є причиною віддалених наслідків опромінення.

Однак головною причиною репродуктивної смерті клітин при опроміненні є ушкодження їхнього генетичного апарата.

Пострадіаційне відновлення (репарація) клітин

Багато радіаційних ушкоджень відновлюються. Феномен пострадіаційної репарації зумовлений тим, що при опроміненні в клітинах виникають ушкодження, які зазвичай призводять до клітинної смерті, але за певних умов пошкодження можуть бути усунуті системами ферментативної репарації. Такі ушкодження називають потенційними. Їхня доля двояка - або вони піддаються репарації й тоді клітина виживає, або реалізуються й тоді клітина гине.

За часом здійснення розрізняють дореплікативну, постреплікативну й реплікативну репарації.

Дореплікативна репарація (до етапу подвоєння ДНК) може відбуватися шляхом з'єднання розривів, а також за допомогою видалення (ексцизії) ушкоджених основ. У з'єднанні поодиноких розривів беруть участь кілька ферментів - лігаза, ендонуклеаза, екзонуклеаза, ДНК-лігаза, які забезпечують остаточний акт репарації - лігазне з'єднання.

Постреплікаційна репарація - це процес, при якому клітина зберігає життєздатність, незважаючи на наявність дефектів ДНК.

Реплікативна репарація - відновлення ДНК у процесі її реплікації здійснюється шляхом видалення у ході реплікації пошкоджень у зоні точці росту ланцюга, або шляхом елонгації, оминаючи ушкодження.