Репарация лучевых повреждений

Одновременно в ответ на возникшие первичные повреждения в облучен­ной клетке активируются репарационные системы, деятельность которых направлена на устранение возникших повреждений. Наиболее важной из них является система ферментативной репарации повреждений ДНК. Повреждения биомолекул других типов чаще всего не являются фаталь­ными для клетки: продукты их распада могут быть удалены из клетки, а функцию инактивированных соединений могут взять на себя сохранив­шиеся молекулы того же строения. Молекулы ДНК уникальны, и в слу­чае повреждения их функция не может быть продублирована. При репли­кации нарушенных матриц будут воспроизводиться дефектные копии — будут синтезироваться аномальные продукты, например ферменты с из­мененными характеристиками. Поэтому возникшие в результате облуче­ния повреждения ДНК, во избежание развития тяжелых для клетки по­следствий, должны быть репарированы таким образом, чтобы исходное строение этого чрезвычайно сложно устроенного биополимера было точно восстановлено. В клетке существуют различные системы, способные ре-парировать большинство нарушений структуры ДНК, связанных с по­вреждением одной из комплементарных цепей, и даже значительную часть повреждений, захватывающих обе нити. Однако избыточная ак­тивность ферментов, обеспечивающих такую репарацию, может иногда привести к утяжелению повреждения генома клетки. Так, репарация по­вреждений ДНК представляет собой весьма энергоемкий процесс, в ходе которого расходуется значительное количество АТФ. Кроме того, в процессе репарации интенсивно потребляется АДФ, что снижает продукцию АТФ клетками. Возникающий в результате дефицит макроэргов может отрицательно сказаться на функциях особенно чувствительных к нему нервных клеток.

Существование в клетках механизмов и ферментных систем, обеспе­чивающих репарацию большинства начальных повреждений ДНК, эво-люционно обусловлено необходимостью поддержания стабильности ге­нома в условиях постоянно возникающих повреждений ДНК в результате воздействия естественного радиационного фона, присутствия в среде хи­мических мутагенов, случайно возникающих в процессе жизнедеятельно­сти клеток нарушений и сбоев. Если бы не было таких механизмов, жизнь была бы невозможна.

Судьба облученной клетки

Судьба облученной клетки определяется соотношением эффективности процессов биологического усиления и репарации. Чем выше доза облуче­ния, тем выше вероятность того, что в результате процессов биологиче­ского усиления появятся необратимые изменения, приводящие к гибели клетки, ее злокачественному перерождению, нарушению пролифератив-ной активности, ограничению дифференцировочных потенций, сниже­нию функциональных возможностей и т. п. Чем ниже доза, чем меньше повреждений возникло в клетке, тем вероятнее восстановление от воз­никших повреждений, сохранение жизнеспособности и основных функ­ций клетки.

Во всех делящихся клетках сразу после облучения временно прекра­щается митотическая активность («радиационный блок митозов»). Резкое снижение митотического индекса и, как следствие, прекращение увели­чения количества клеток наблюдается как в культурах in vitro, так и при облучении многоклеточного организма. Длительность задержки деления тем больше, чем выше доза (обычно не дольше суток). Может наблюдать­ся задержка перехода из фазы G] в S и из фазы G2 в М.

Подавление синтеза ДНК не может рассматриваться как причина тор­можения митотической активности: последняя снижается ранее, чем на­чинает обнаруживаться уменьшение включения в ДНК меченых предше­ственников. Блок митозов объясняют нарушением процессов, регулирую­щих клеточное деление. В частности, может иметь значение нарушение образования веретена, обеспечивающего расхождение хромосом в митозе.

Задержка деления в клетках активно пролиферирующих тканей (та­ких, например, как костный мозг) является существенной причиной их опустошения после облучения.

К функциональным нарушениям в клетках могут быть отнесены и та­кие проявления, как снижение фагоцитарной активности нейтрофилов после облучения, изменения активности некоторых ферментов в этих клетках. При дозах облучения, превышающих несколько десятков грей, важным послелучевым эффектом является нарушение функциональной активности нервных клеток, связанное с дефицитом макроэргов, в резу­льтате расходования их предшественников в процессе репарации разры­вов ДНК.

Формы лучевой гибели клеток

Важнейшим радиобиологическим эффектом является гибель клеток. Раз­личают две основные ее формы: репродуктивную, т. е. непосредственно связанную с процессом деления клетки, и интерфазную, которая может произойти в любой фазе клеточного цикла.