Механизмы АО

Что касается механизмов развития адаптивного ответа, то до настоящего времени в этом вопросе нет окончательной ясности. Показано, что формирование адаптивного ответа коррелирует с появлением в клетке новых белков. Ингибиторы белкового синтеза, такие как циклокгексамид и хлорамфеникол, подавляют реакцию радиоадаптивного ответа

Характерно, что одни и те же белки образуются при возникновении адаптивного ответа под действием не только радиации и химических мутагенов, но и при воздействии другими разнородными повреждающими факторами: гормонами, тепловым шоком, тяжелыми металлами, окислительным стрессом и т. д.

Таким образом, можно сделать вывод о неспецифическом антистрессовом характере формирования адаптивного ответа под воздействием самых разнообразных повреждающих факторов.

Дальнейшие исследования на прокариотах показали активацию репарационной системы при формировании адаптивного ответа По-видимому, большое значение в этом процессе имеют механизмы безошибочной репарации, к которым относятся эксцизионная репарация оснований и эксцизионная репарация нуклеотидов. В норме эти виды репарации ответственны за ликвидацию простых повреждений ДНК, таких как модификации оснований и однонитевые разрывы ДНК. Однако не исключено, что при стимулирующем действии радиации возрастает их роль в репарации не только простых, но и более сложных нарушений. Облучение в малых дозах вызывает увеличение уровня репарации двунитевых разрывов ДНК по механизму гомологичной рекомбинации, также представляющему свободный от ошибок путь

Показано, что активация процесса репарации происходит с участием белка поли(АДФ-рибо-зо)полимеразы. Считают, что он имеет критическое значение для процесса формирования адаптивного ответа, поскольку при его ингибировании адаптивный ответ не наблюдается .

Неотъемлемой характеристикой адаптивного ответа является изменение экспрессии некоторых генов, которое может происходить в течение нескольких часов после облучения. В данном случае ионизирующая радиация является индуктором ряда неспецифических генов клеточного ответа на повреждение ДНК.

При изучении АО, возникающего под действием предобработки малыми концентрациями алкилирующих соединений, были определены ответственные за реакцию гены. По некоторым генам удалось провести секвенирование и установить первичную структуру белковых продуктов.

Центральную роль в процессе формирования клеточного ответа на ДНК-повреждающее действие радиации играет ген р53, продукт которого является фактором активации транскрипции для генов репарации, контроля клеточного цикла и апоптоза. Регуляция клеточного цикла в его контрольных точках осуществляется за счет активации продуктов специфических генов, среди которых первостепенное значение имеют PCNA, циклин D1, циклин A, xip8, xip5 и xipl3, белки p21/CIPl/WAFl и GADD45). Недавно гомолог гена р53 млекопитающих обнаружен у Drosophila melanogaster .

Кроме того, на начальном этапе облучения происходит индукция генов раннего ответа, к которым относятся c-jun, Egr-I, c-fos, и NF-кВ. Их функция заключается в транскрипционной активации генов, имеющих важное значение для адаптации клеток и тканей к повреждающему действию радиации. Потенциальные мишени для них представляют гены факторов роста и цитокинов, гены репарации ДНК. Продукты генов раннего ответа могут также участвовать в регуляции клеточного цикла и контроле процесса программируемой гибели клеток

Обнаружен ген DIRI, который, по-видимому, имеет специфическое значение в формировании адаптивного ответа. После облучения в малых дозах клеток L132 обнаружили временную репрессию данного гена (Robson et al, 1999). Исследование молекулярных и клеточных функций гена DIR1 выявило сходство его продукта с семейством белков теплового шока, известных как иммунофилины. Они участвуют в многочисленных клеточных функциях, включая генерализованную реакцию на повреждение ДНК и контроль клеточного цикла.

Дальнейший анализ функций гена DIR1 показал, что он также участвует в контроле клеточного цикла. Более того, продукт этого гена вовлечен в процесс регуляции уровня репарации ДНК. Показано, что репрессия DIR1 в клетках, обработанных рентгеновскими лучами в дозе 4 Гр, способствует значительному увеличению уровня репарации однонитевых разрывов ДНК, а после действия облучения в дозе 2 Гр приводит к возрастанию уровня выживших клеток.

Другим семейством генов, способных к неспецифической активации на действие облучения, являются мобильные генетические элементы (МГЭ). Наряду с аутоиндуцированной активацией в ответ на повреждение ДНК они способны увеличивать уровень перемещений с использованием многих универсальных белков внутриклеточной реакции на неблагоприятное воздействие, это прежде всего транскрипционный фактор NF-кВ.

В ряде работ анализировался выход хромосомных и изохромосомных разрывов при комбинированном воздействии облучения в адаптирующей дозе, а затем химическими мутагенами. Показано, что адаптивный ответ наблюдается по отношению к блеомецину, вызывающему двухнитевые разрывы ДНК, и митомицину С, вызывающему сшивки типа ДНК-ДНК. Авторы полагают, что накопление определенного количества повреждений такого типа, является одним из механизмов инициации адаптивного ответа. Действие алкилирующих агентов (метил- или этилметансульфоната) снимало проявление адаптивного ответа, а в ряде случаев повышало выход генетических нарушений.

При использовании в качестве адаптирующей дозы блеомецина либо перекиси водорода формируется адаптивный ответ к последующему, что указывает на возможную роль накопления разрывов ДНК, необходимого для запуска реакции адаптивного ответа.

Показано также, что обработка облученных в адаптирующих дозах клеток цис-платиной, вызывающей образование сшивок ДНК, снимает проявление адаптивного ответа.

Адаптивный ответ не наблюдается и в присутствии бензамида – ингибитора фермента АДФ – фосфорибозилтрансферазы, ответственный за репарацию разрывных дефектов ДНК и АДФ – рибозилирование белков. Активность АДФ – фосфорибозилтрансферазы значительно стимулируется при облучении

Коме того показано, что через 4 часа после облучения мышей дозой 0,01 Гр. происходит снижение активности тимидинкиназы в костном мозге на 40% с постепенным восстановлением исходной активности к 10 часу после облучения. В результате этих процессов наступает временное ингибирование синтеза ДНК, что вероятно, способствует ее репарации.

Существует мнение, что основными механизмами АО являются 1) индукция репарации ДНК и 2) клеточная селекция. Согласно этому представлению, пусковым механизмом запуска радиоадаптивной реакции является активация рецепторов факторов роста, в результате радиационно-индуцированных повреждений плазматической мембран клеток. В дальнейшем, происходит активация транскрипционных факторов C-Jun/AP-1 и p53, а также ряда других ферментов, выступающих в качестве посредников (в основном это цитоплазматические протеинкиназы) при передаче сигнала активирования рецепторов к этим факторам. Ключевым моментом гипотезы является то, что транскрипционные факторы C-Jun/AP-1 и p53 принимают участие как в апоптозе, так и в эксцизионной репарации ДНК. Это позволяет объединить две гипотезы возникновения АО: за счет индукции репарации ДНК и за счет клеточной селекции.