Молекулярные механизмы лучевого повреждения биосистем. Реакции клеток на облучение. Формы лучевой гибели клеток.

Молекулярные мех-мы лучевого повреждения биосистем

Наиболее биологически значимыми в облученной клетке являются изменения ДНК. Это повреждения, лежащее в основе одиночных и двойных разрывов цепочек ДНК: химическая модификация пуриновых и пиримидиновых оснований, их отрыв от цепи ДНК, разрушение фосфоэфирных связей в макромолекуле, распад дезоксирибозы. Кроме того, наблюдаются повреждения ДНК-мембранного комплекса, разрушение связей ДНК-белок, повышающее уязвимость ДНК при атаке вторичными радикалами и ферментами, сшивки ДНК-ДНК и ДНК-белок, нарушения вторичной, третичной и четвертичной структуры этого биополимера.

В липидной фракции в присутствии кислорода вследствие активации свободнорадикальных процессов накапливаются продукты перекисного окисления, в первую очередь перекиси и гидроперекиси ненасыщенных жирных кислот. В ряде случаев окислительные процессы в липидах могут принять цепной характер. Липиды являются структурными компонентами внутриклеточных мембран, и их повреждение приводит к существенному нарушению метаболических процессов в клетке, вносит значимый вклад в патогенез лучевого поражения. Некоторые продукты перекисного окисления липидов (гидроперекиси, перекиси, эпоксиды, альдегиды, кетоны) обладают выраженными радиомиметическими свойствами: под их влиянием в клетках возникают повреждения, во многом сходные с теми, которые вызываются самим облучением. Такие продукты получили наименование первичных радиотоксинов. Липидные радиотоксины, в частности, изменяют свойства внутриклеточных мембран, их проницаемость, способствуют высвобождению ферментов. Они нарушают регуляцию биохимических процессов, вызывают глубокие нарушения ультраструктуры клеток.

Активации процессов перекисного окисления липидов способствует снижение активности собственных антиокислительных систем клетки. Это обусловлено как радиационным разрушением естественных антиокислителей в клетке, которыми являются, в первую очередь, фосфолипиды, так и разрушением фосфолипидов в результате активации цепной окислительной реакции.

К первичным радиотоксинам относят также образующиеся в облученных клетках продукты окисления фенолов - хиноны и семихиноны.

Изменения обнаруживаются и в других молекулярных компонентах клетки. Наблюдаются повреждения азотистых оснований и разрывы цепей РНК, распад мукополисахаридов, в частности, гиалуроновой кислоты, нарушения первичной (вследствие избирательного поражения отдельных аминокислот) и вторичной структуры ферментов, изменения их функциональных свойств и химических характеристик и т.п.

Реакция клеток на облучение.

Молекулярные повреждения, возникшие на начальных стадиях, изменяют ход тех обменных процессов, которые осуществляются при участии поврежденных структур. Наиболее значимы изменения нуклеинового обмена, белкового обмена, окислительного фосфорилирования.

Практически сразу замедляется синтез ДНК. Активируются эндо- и экзонуклеазы, вследствие чего повышается ферментативный гидролиз молекул ядерной ДНК; увеличение проницаемости внутриклеточных мембран способствует поступлению ферментов во внутриядерное пространство, повышает доступность ядерной ДНК для ферментативной атаки. Распад ДНК приводит к повышению содержания в тканях полидезоксинуклеотдов. Повреждение мембран лизосом и выход за их пределы протеаз способствуют активации процессов протеолиза.

Нарушение метаболических процессов, в свою очередь, приводит к увеличению выраженности молекулярных повреждений в клетке. Этот феномен получил наименование «биологического усиления» первичного радиационного повреждения: повреждение казалось незначительного количества макромолекул, но значимых для клеточного метаболизма приводит к лавинообразному нарастанию дисметаболических расстройств и формированию структурных нарушенй в клетке.

Следует помнить, тем не менее, что наряду с процессами повреждения в клетке развиваются и репарационные процессы, следствием которых является полное или частичное восстановление структур и функций. Наиболее важной системой репарации является система ферментативной репарации повреждений ДНК

Две основные формы лучевой гибели клеток: репродуктивная (Если в результате облучения возникли повреждения ДНК нормальная репликация делается невозможной) и интерфазная (реализуется через универсальные механизмы некроза и апоптоза)