-1

На правах рукописи

ЛЮБИМОВА НАТАЛЬЯ ЕВГЕНЬЕВНА

ВЛИЯНИЕ НИЗКОДОЗОВОГО РАДИАЦИОННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

НА ВОЗРАСТНУЮ ДИНАМИКУ ЧАСТОТЫ СПОНТАННЫХ И

ИНДУЦИРОВАННЫХ IN VITRO ХРОМОСОМНЫХ АБЕРРАЦИЙ В

ЛИМФОЦИТАХ ЧЕЛОВЕКА.

03.00.01 – радиобиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва-2007 -2

Работа выполнена на базе Федерального государственного учреждения «Российский научный центр радиологии и хирургических технологий Федерального агентства по высокотехнологичной медицинской помощи»

(ФГУ РНЦ РХТ Росмедтехнология, Санкт-Петербург)

Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор Воробцова Ирина Евгеньевна

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук Рубанович Александр Владимирович Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН Доктор биологических наук Михельсон Виктор Михайлович Институт цитологии РАН Санкт-Петербург

Ведущая организация ФГУ Российский научный центр рентгенорадиологии Федерального Агентства по здравоохранению

Защита состоится 20 декабря 2007 г. в 15.30 на заседании диссертационного совета Д 501.001.65 при Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119899, Москва, Ленинские горы, МГУ, биологический факультет, аудитория №

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук Веселова Татьяна Владимировна

-3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

.

Актуальность проблемы. Использование в 20-м веке ионизирующей радиации в военных, промышленных и медицинских целях привело к повышению радиационной нагрузки на отдельные контингенты людей. Различные аварийные ситуации еще больше увеличили радиационный фон планеты и массовость облучения людей, что потребовало прогнозов в отношении возможных отдалённых медико-биологических эффектов для человеческой популяции. Последствия действия на человека ионизирующей радиации в относительно больших дозах достаточно хорошо изучены. Однако большинство радиационных воздействий от техногенных источников характеризуются малыми дозами и малыми мощностями доз. В этом случае трудно оценить риск негативных эффектов для здоровья человека с помощью прямых эпидемиологических наблюдений. Изучение нарушений, которые возникают в клетках в ответ на такое облучение, становится весьма актуальным, так как оно позволяет понять начальные этапы процессов, приводящих в дальнейшем к развитию опухолевых и неопухолевых форм отдаленной лучевой патологии.

A priori понятно, что повреждения ДНК не могут не отражаться на функциях клетки, на ее жизнеспособности, а следовательно, и на полноценности тканей и, в конечном итоге, на состоянии здоровья. Комплексная и мониторная оценка состояния клеточного генома людей, подвергшихся низкодозовому облучению, по уровню хромосомных аберраций (ХА) представляется продуктивным подходом к оценке потенциальной опасности этого воздействия для облученных людей.

Помимо морфологической характеристики генома облучённых людей по уровню ХА представляется актуальным для эпидемиологических прогнозов исследование его функциональной полноценности. Одним из подходов к решению этого вопроса является, на наш взгляд, изучение стабильности хромосом лимфоцитов при тестирующем облучении этих клеток in vitro. Исследования такого рода весьма немногочисленны (Бочков Н. П., Пилосов Р. А., 1968; Чудина А. П., 1968; Sasaki M. S. et al, 1970; Воробцова И. Е. и др., 1995 c; Колюбаева С. Н.

и др., 1995).

С увеличением срока между имевшим место низкодозовым облучением и сроком регистрации различных нарушений генома существенное значение для возраст обследуемых лиц. Известно, что в процессе естественного старения, так же как и после радиационного воздействия, в клетках увеличивается пул мутационных событий (Кузнецов А. И. и др., 1980; Воробцова И. Е. и др., 2000; Мельнов С. Б. и др., 2004; Воробцова И. Е. и др., 2004 a; Bender M. et al, 1989; Cole J. et al, 1991;

King C. M. et al, 1994; Tucker J. D. et al, 1994). Сравнительное исследование возрастной динамики уровня различных ХА у лиц, ранее облучённых, и контрольных позволит оценить вклад факторов «облучение» и «возраст» в наблюдаемые эффекты. При этом влияние этих факторов может быть неодинаковым на различные типы ХА: стабильные – нестабильные; спонтанные – индуцированные in vitro.

Установлено, что спонтанная частота ХА является показателем риска развития онкологических и других заболеваний у человека (Hagmar L. et al, 1994;

Smerhovsky Zs. et al, 2001; Воробцова И. Е., Семенов А. В., 2006), то есть существует связь между уровнем первичных нарушений в клетках (ХА, мутации, нестабильность) и состоянием здоровья. Выявление роли экзогенных (облучение) и эндогенных (возраст) факторов в возникновении этих нарушений и, как следствие, в формировании медико-биологических последствий низкодозового облучения для человека является актуальной задачей радиационной медицины. Представление о спонтанном уровне различных ХА (стабильных и нестабильных) необходимо и в практической радиобиологии для проведения корректной биодозиметрии как в ранние (по частоте нестабильных ХА), так и в отдаленные (по частоте стабильных ХА) сроки после облучения с учетом возрастного уровня этих аберраций.

установление закономерности влияния низкодозового радиационного воздействия и возраста на базовый уровень ХА в лимфоцитах человека и на стабильность их генома при облучении in vitro.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

1. Оценить спонтанную частоту нестабильных ХА, выявляемых рутинным методом, в лимфоцитах лиц, подвергавшихся в прошлом неконтролируемому низкодозовому радиационному воздействию (экспонированная группа), по 2. Сравнить уровень стабильных ХА, выявляемых методом FISH, у лиц экспонированной и контрольной выборок;

3. Оценить радиочувствительность (стабильность) генома лимфоцитов по частоте индуцированных ХА при облучении in vitro в дозе 1,5 Гр гамма-излучения у этих же групп людей;

4. Изучить влияние возраста на частоту указанных типов ХА в обеих группах.

Научная новизна и практическая значимость работы. Впервые в рамках одной работы проведено параллельное исследование влияния двух факторов:

экзогенного (низкодозового облучения) и эндогенного (возраста) на базовый уровень различных ХА (нестабильного и стабильного типов) в лимфоцитах человека и на стабильность их генома, оценённую по критерию частоты ХА, индуцированных гамма-излучением in vitro. Показано, что:

возрастное накопление ХА более выражено у лиц экспонированной группы по сравнению с контрольной, при этом в обеих группах уровень стабильных ХА увеличивается с возрастом быстрее, чем уровень нестабильных ХА;

в контрольной группе наблюдается тенденция к возрастному увеличению радиочувствительности лимфоцитов по критерию нестабильных ХА;

в экспонированной группе радиочувствительность лимфоцитов достоверно уменьшается с возрастом из-за разнонаправленного характера ее изменения у детей и взрослых: у детей радиочувствительность лимфоцитов повышена по сравнению с детьми контрольной группы, а у взрослых – снижена по сравнению с соответствующей контрольной группой;

низкодозовое облучение людей меняет возрастную динамику как спонтанных ХА, так и индуцированных in vitro.

Теоретическое значение работы. Полученные результаты свидетельствуют о том, что низкодозовое облучение ускоряет процесс естественного старения человека, оцениваемого по уровню стабильных и нестабильных ХА в лимфоцитах крови, и меняет возрастную динамику стабильности генома, оценённую по частоте индуцированных in vitro ХА.

Практическая значимость результатов.

установлении факта неконтролированного облучения человека, особенно если установление факта облучения осуществляется на основе уровня стабильных ХА.

Тестирующее облучение лимфоцитов человека in vitro может быть использовано в качестве экспресс-метода для выявления скрытой нестабильности генома.

Нестабильность генома детей, подвергавшихся низкодозовому облучению, может служить основанием для отнесения их к группе повышенного риска развития негативных медицинских последствий, в частности канцерогенных.

Положения, выносимые на защиту.

1. У лиц, подвергавшихся в прошлом неконтролируемому радиационному воздействию в низких дозах, повышена базовая частота нестабильных и стабильных ХА и ускорена их возрастная динамика по сравнению с контрольными донорами.

2. Выявлен разнонаправленный характер изменения радиочувствительности лимфоцитов у лиц разного возраста экспонированной группы: у детей радиочувствительность лимфоцитов повышена по сравнению с детьми контрольной группы, у взрослых – снижена по сравнению с соответствующим возрастным контролем.

Апробация работы. Предварительная защита диссертации состоялась на заседании Проблемной комиссии отдела клинической радиобиологии ФГУ РНЦРХТ Росмедтехнологий. Работа была апробирована на V международном экологическом форуме стран Балтийского региона «Экобалтика-2004» (16-18 июня 2004 г., Санкт-Петербург, Россия); Всероссийской научно-практической конференции «Чернобыль: 20 лет спустя «Социально-правовые и медицинские проблемы граждан, пострадавших в радиационных авариях и катастрофах» (5- апреля 2006 г., Санкт-Петербург, Россия); V Съезде по радиационным исследованиям (радиобиология, радиоэкология, радиационная безопасность) (10- апреля 2006 г., Москва, Россия); Международной научно-практической конференции (23-25 мая 2007 г., Киев, Украина); Международной конференции «Новые направления в радиобиологии» (6-7 июня 2007 г., Москва, Россия); VI Европейском конгрессе “Healthy and active ageing for all Europeans” (5-8 июля 100-летию со дня рождения М.Е. Лобашева «Системный контроль генетических и цитогенетических процессов» (10-13 ноября 2007 г., Санкт-Петербург, Россия).

Публикации. Основные положения диссертации отражены в 9 публикациях:

2 статьях, 7 тезисах докладов.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, методической части, результатов исследования и обсуждения, заключения, выводов и списка цитированной литературы.

Диссертация изложена на 160 страницах машинописного текста, содержит таблиц и 7 рисунков. Список цитированной литературы включает 198 источников, из них 125 иностранных.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

.

1. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

1.1. Характеристика обследованных групп людей.

Рутинный цитогенетический анализ проведен у двух групп людей – контрольной и так называемой «экспонированной», то есть подвергавшейся в прошлом низкодозовому радиационному воздействию (в дозах до 50 сГр).

Контрольная группа (128 человек) состояла из детей (ДК) и взрослых (ВК) обоего пола в возрасте от 3 до 72 лет, постоянно проживавших в Санкт-Петербурге, без профессиональных контактов с источниками ионизирующего излучения, не имевших в течение трёх месяцев до обследования острых заболеваний и диагностических рентгенологических процедур за полгода перед обследованием.

Экспонированная группа (282 человека) включала в себя категории лиц: взрослые (ВЭ) и дети (ДЭ) от 2 до 45 лет, эвакуированные из зон, загрязнённых радионуклидами; ликвидаторы последствий аварии на Чернобыльской АЭС (Л) в возрасте от 23 до 66 лет; лица, подвергавшиеся радиационному воздействию в результате аварий на ядерных предприятиях, атомных подводных лодках и при испытании ядерного оружия, так называемые «ветераны подразделения особого риска» (ВТ) в возрасте 28-71 лет. Срок от момента облучения до момента цитогенетического анализа составлял 1-45 лет.

гибридизации in situ (FISH-метод) был проведен у 27 ветеранов «подразделений особого риска» (ВТ) в возрасте от 45 до 76 лет и у 26 здоровых доноров (ВК) в возрасте от 45 до 72 лет.

На каждого человека заполняли анкету, содержащую, кроме паспортных данных, сведения о профессии и профессиональной вредности, вредных привычках (для взрослых), перенесенных заболеваниях и принимаемых лекарственных препаратах; у лиц, участвовавших в ликвидации последствий аварии на ЧАЭС, тридцатикилометровой зоне, зарегистрированной дозе; у эвакуированных – о месте и времени проживания в загрязненной радионуклидами зоне; у ветеранов – сведения о характере выполняемой работы при возникновении чрезвычайной радиационной ситуации, зарегистрированной дозе.

1.2. Приготовление метафазных препаратов лимфоцитов крови.

Культивирование лимфоцитов крови осуществляли по стандартной методике (Moorhead P. S. et al, 1960). Для определения доли клеток, находящихся на стадии первого митотического деления, проводили FPG-окрашивания по методу, описанному (Kulka U. et al, 1995). Рутинный цитогенетический анализ выполняли на световом микроскопе «Бимам» (ЛОМО, Россия) в проходящем свете под обследованного подсчитывали не менее 200 клеток для определения спонтанного уровня ХА и не менее 100 клеток для определения уровня индуцированных ХА.

Учитывали следующие типы аберраций хромосом: дицентрические и кольцевые хромосомы (нестабильные хромосомные обмены – НХО), парные фрагменты (ПФ), одиночные фрагменты (ОФ). Анализировали только метафазы первого митотического деления.

1.3. Облучение образцов крови.

Кровь облучали в бакпечатках при комнатной температуре в среде без ФГА в дозе 1,5 Гр гамма-излучения 137Cs при мощности дозы 0,31±0,001 Гр/мин.

1.4. Окраска препаратов метафазных хромосом методом флуоресцентной гибридизации in situ.

в работе (Воробцова И. Е. и др., 2000), а коммерческих хромосом-мишеней 1, 4, 8, по протоколу, рекомендованному фирмой «Cambio» (Великобритания).

Препараты анализировали на флуоресцентном микроскопе Axioplan (Carl Zeiss) при суммарном увеличении х1000. Анализировали только метафазы первого митоза, содержащие шесть окрашенных хромосом-мишеней. Регистрировали реципрокные и терминальные транслокации, инсерции, дицентрические хромосомы при анализе на каждого человека не менее 1000 клеток. По частоте ХА с участием окрашенных хромосом-мишеней рассчитывали геномную частоту событий по формуле, рекомендованной (Lucas J. N. et al, 1992).

1.5. Статистическая обработка результатов.

При анализе результатов рутинного анализа для каждой группы рассчитывали среднюю частоту хромосомных аберраций на 100 клеток. Достоверность межгрупповых отличий оценивали при помощи t-критерия Стьюдента. При оценке влияния различных факторов на частоту ХА использовали корреляционный анализ Спирмана, регрессионный анализ с использованием метода наименьших квадратов, двухфакторный дисперсионный анализ. Для статистической обработки данных использовали программные пакеты «Statistica for Windows 6.0», Statgraphics Plus 5.1, GraphPad Prism 4.0.

2. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Влияние низкодозового облучения на спонтанную частоту нестабильных ХА.

Результаты сравнения контрольной и экспонированной групп по частоте ХА представлены в таблице 1. В большинстве экспонированных групп частота ХА превышает контрольную. У детей группы ДЭ частота маркеров радиационного воздействия (НХО) повышена в два раза по сравнению с детьми контрольной выборки; частота ОФ также превышает контрольную, однако различия не достоверны. В группе взрослых общая частота ХА достоверно повышена во всех группах, у ВЭ – за счёт частоты ОФ, у Л – за счёт аберраций хромосомного типа (НХО и ПФ), у ВТ – за счёт всех типов аберраций. Наибольшая частота ХА десятилетия (от 15 до 45 лет). Таким образом, на нескольких контингентах лиц, подвергавшихся в прошлом низкодозовому облучению, продемонстрировано литературными данными. Поскольку цитогенетический анализ проводили в отдалённые сроки после лучевого воздействия, представленные результаты могут свидетельствовать либо о длительном сохранении первично индуцированных ХА (повышение частоты НХО), либо об их более частом возникновении de novo, то есть о нестабильности облучённого генома (повышение частоты ПФ и ОФ).

Таблица 1. Спонтанная частота хромосомных аберраций (на 100 клеток) у людей различных групп.

группа

ДК ДЭ ВК ВЭ Л ВТ

кол-во людей кол-во клеток всего НХО 0,07±0,03 0,15±0,03* 0,11±0,02 0,13±0,06 0,17±0,02* 0,55±0,10*