Радіобіологія

Л. Ейдус виявив так званий відтермінований кисневий ефект, який полягає в тому, що інактивація біологічних макромолекул, опромінених в аноксичних умовах, може посилюватись під впливом кисню, якщо його вводити в середовище через деякий час після опромінення. Наявність кисневої післядії свідчить про те, що за умов опромінення в безкисневому середовищі в макромолекулах виникають киснечутливі ушкодження, що можуть зберігатися тривалий час. Ці ушкодження належать до потенційних, бо вони реалізуються лише за наявності кисню. Потенційні киснечутливі ушкодження є стабільними вільнорадикальними станами молекул, і їх можна реєструвати методом ЕПР. На прикладі міозину було визначено, що час, протягом якого зберігаються потенційні киснезалежні ушкодження значний - багато годин. Оскільки інтенсивність прояву відтермінованого кисневого ефекту з часом ослаблюється, є підстави вважати, що потенційні киснечутливі ушкодження макромолекул розпадаються. У складніших системах, наприклад, у клітинах або багатоклітинних організмах, кисневий ефект проявляється не тільки в зростанні радіочутливості, яку визначають, досліджуючи виживання, а і на рівні різних молекулярно-біологічних або метаболічних процесів. Індукована випромінюванням деградація ДНК у клітинах бактерій у 2-4 рази сильніша в присутності кисню, ніж у аноксичних умовах. Наявність кисню в клітинах впливає і на ефективність репарації ДНК. Внаслідок опромінення виникають як киснезалежні так і кисненезалежні ушкодження:

M > M₃ > (+ SH) > M_H > репарація > виживання

М > M₃ > (+ О₂) > МО₂ > загибель

М > M_H > загибель

М > M_H > репарація > виживання

Де M_H - кисненезалежні ушкодження;

M₃ - киснезалежні ушкодження;

SH - речовина, що запобігає киснезалежному ушкодженню.

У клітинах містяться тіолові сполуки, які забезпечують ліквідацію ушкоджень макромолекул, зокрема ДНК. Використання глутатіондефектного мутанту E. coli дало змогу оцінити роль внутрішньоклітинного глутатіону у радіостійкості клітин і вивчити киснезалежну й кисненезалежну (аноксичну) компоненти радіочутливості. Як з'ясувалося, у відсутності глутатіну істотно зростає значення аноксичної компоненти ураження. Використовуючи зазначені закономірності, були отримані нові радіопротектори - похідні амінотіолів:

1) цистеамінфосфат (WR 638);

2) S-2-(3-амінопропіламіно)-етилфосфат (WR 2721);

3) дитіотреїтол.

Ці радіопротектори впливають на киснезалежну компоненту радіаційного ушкодження. Дія кофеїну, цистеїну, мізонідазолу, аскорбінової кислоти, азиду Na, каталази також проявляється через цю саму компоненту.

Гіпотези про два типи радіаційних ушкоджень

Криві виживання клітин свідчать про те, що й за умови відсутності кисню в середовищі відбувається ушкодження клітин внаслідок опромінення. Крім того, кисневий ефект далеко не завжди проявляється при опроміненні клітин іонізуючою радіацією з високим значенням ЛПЕ. Плавність кривих виживання вказує на те, що кінетика кисневого ефекту подібна до кінетики конкурентного механізму першого порядку. Це дає підстави для припущення про наявність двох типів ушкоджень молекулярних структур у радіочутливих мішенях клітини:

1) попередників киснезалежних - проявляються лише за наявності кисню, можливо, внаслідок непрямої дії вільних радикалів або безпосереднього одиничного акту іонізації мішені;

2) кисненезалежних - проявляються незалежно від наявності чи відсутності кисню в клітині і реалізуються внаслідок прямої дії на біологічно важливі молекули або численних актів іонізації в клітині.

Запропонована гіпотеза не пояснює ефектів опромінення сухих органічних матеріалів, а також низки біологічних систем у випадку дії випромінювання з високими значеннями ЛПЕ. Кисневий ефект є дуже контрасним радіобіологічним явищем і має такі характеристики:

1) значення 1/D₀ зменшується в умовах аноксії в 2-3 рази;

2) для прояву ефекту необхідна наявність кисню в момент опромінення;

3) деякі гази запобігають прояву кисневого ефекту;

4) деякі гази посилюють радіобіологічний ефект;

5) інтенсивність появу кисневого ефекту варіює зі зміною ЛПЕ.

Кисень в живих клітинах

Під час дослідження кисневого ефекту на культурі клітин вміст кисню можна змінювати створенням середовища відповідного складу. Звичайне повітря замінюють азотом або сумішшю азоту і кисню. В нормі ж концентрація кисню в клітинах організму залежить від шляху його транспорту й поглинання. Ці процеси забезпечують підтримання постійної концентрації кисню в клітинах. Кисневий гомеостаз є дуже важливою умовою нормальної життєдіяльності будь-якого організму. В його забезпеченні у тварин і рослин беруть участь зовсім різні системи.

Ступінь аерації, яку визначають через парціальний тиск кисню в тканині або окремих клітинах, для представників різних філогенетичних відділів живих істот значно відрізняється. Крім того, концентрація кисню в різних тканинах організму певного виду також неоднакова. Наприклад, у кролика парціальний тиск кисню в печінці втроє нижчий, ніж у корі головного мозку. В тканинах тварин середні значення парціального тиску кисню становлять 1,33 - 2,66 кПа (13,5 - 27 мкМоль/л). У ссавців є система дуже жорсткої регуляції вмісту кисню в окремих тканинах, в яких підтримується оптимальна його концентрація, оскільки для генерації енергії потрібна постійна участь кисню в реакціях дихального циклу. Регуляція припливу кисню здійснюється на всіх етапах кисневого постачання, починаючи від функціонування легень і завершуючи перенесенням кисню крізь капіляри. Внаслідок регуляції середній парціальний тиск кисню в окремо взятих тканинах є сталим. Проте є способи зниження парціального тиску в тканинах. Наприклад, можна створити гіпоксивні умови в тканинах, різко зменшуючи вміст кисню в повітрі застосуванням так званих гіпоксичних газових сумішей. За масової частки кисню в повітрі 15 % спостерігається кисневий ефект - зростання ККП. Ефективним способом зменшення вмісту кисню в тканинах є обмеження кровопостачання перев'язуванням судин або застосуванням судинозвужуючих засобів. Внаслідок цієї так званої циркуляторної гіпоксії також спостерігається кисневий ефект. Вміст кисню в тканинах можна змінювати варіюванням температури тіла: внаслідок його охолодження масова частка кисню зменшується і радіостійкість тканин підвищується. Обмеження транспорту кисню блокуванням функції гемоглобіну або поглинанням кисню в дихальних процесах також є захистом від променевого ураження завдяки кисневому ефекту. Вміст кисню в тканинах можна підвищити збільшенням його концентрації в повітрі. Це так звана гіпербарична гіпероксія, що спричинює зростання радіочутливості клітин. Ефект зростання радіочутливості клітин внаслідок підвищення парціального тиску кисню використовується у променевій терапії при пухлинах. Багато клітинних ліній пухлин у культурі утворюють сфероїди (на відміну від нормальних клітин), які в процесі проліферації характеризуються поверхневим ростом одноклітинного шару. У сфероїдах частина клітин перебуває в стані гіпоксії, що зумовлює їхню підвищену радіостійкість. Властивості клітин сфероїдів і клітин пухлин щодо реакцій на опромінення однакові. Тому сфероїди часто використовують у радіобіологічних експериментах. Наявність у пухлинних тканинах гіпоксивних клітин, які характеризуються підвищеною радіостійкістю, ускладнює інгібіювання росту пухлини опромінюванням, бо за рахунок таких клітин, які не втратили проліферативної активності, може знову розпочатися розвиток пухлини.

РЕПАРАЦІЯ

Формально-аналітична характеристика репараційних процесів у клітинах

Розкриття механізмів репарації ДНК у клітинах - видатна подія в розвитку біології. Значення репарації ДНК виходить далеко за межі проблеми радіобіології, оскільки цей процес забезпечує високу надійність, неушкоджуваність геному, здатність клітин відновлювати інформацію, закодовану в ДНК, що спотворена під впливом будь-яких факторів.

В ліквідації індукованих опроміненням ушкоджень ДНК проявляються механізми, що сформувалися по ходу еволюції як засоби підтримки стабільності генетичного апарату клітини.

За неоднакових умов опромінення - різних потужностей доз, використання кількаразового опромінення, а також за різних фізіологічних станів опроміненого організму - ступінь радіаційного ураження клітин може істотно відрізнятися. Наприклад, проліферативна загибель клітин внаслідок гострого опромінення відбувається значно активніше, ніж за тривалого опромінення в тій самій дозі. Чисельні факти, які свідчать про залежність ефекту опромінення від умов передавання дози, дають підстави вважати, що клітини можуть позбавлятися первинних молекулярних ушкоджень, тобто відновлюватися від радіаційного ураження. Цей процес ліквідації молекулярних ушкоджень названо післярадіаційним відновленням або репарацією (від лат. reparacio - відновлюю).

Репарація полягає в повній або частковій ліквідації ушкоджень, зменшенні їх числа. Завдяки цьому клітина знову набуває здатності нормально розвиватися без будь-яких наслідків опромінення, якщо повністю були виправлені всі дефекти молекул. Виправлятися можуть і соматичні і генеративні радіаційні ушкодження клітин. Аналіз дозових залежностей радіаційних ефектів дає змогу зробити висновок, що виправленню підлягають ушкодження клітин двох типів - сублетальні і потенційно летальні.

Сублетальні ушкодження клітин

У випадку фракціонування дози опромінення радіаційний ефект може виявлятися меншим, ніж за режиму гострого опромінення. Наприклад, якщо біологічний об'єкт опромінювали двічі через певний час у дозі 0,5 D₅₀, то виживання буде більшим, ніж за одноразового опромінення в дозі D₅₀.

Зменшення ефективності опромінення у випадку передавання дози кількома порціями через певні часові інтервали називають ефектом фракціонування.

Ефект фракціонування можна пояснити так: ушкодження, яких зазнала клітина внаслідок опромінення першою фракцією дози мають певним чином провзаємодіяти з ушкодженнями, що з'явилися після опромінення наступними фракціями, аби сформувався ефект, тест-реакція біологічної системи (як тест-реакцію найчастіше використовують виживання клітин).

Такі ушкодження, для реалізації яких у тест-реакції потрібні взаємодії з іншими такими самими ушкодженнями, називають сублетальними.

Поняття “взаємодія сублетальних ушкоджень” введено з формальних міркувань. Справді, якби не було взаємодії сублетальних ушкоджень, і кожне з цих ушкоджень незалежно реалізувалося в тест-реакцію (загибель клітин), то важко було б очікувати появу ефекту фракціонування.

Репарація ДНК від сублетальних ушкоджень

Ефект фракціонування свідчить про те, що з часом відбувається репарація клітини від сублетальних ушкоджень. У типових випадках кінетика такої реакції описується експотенціальною залежністю:

q = e - ^Дt/ф

де: q - середнє число сублетальних ушкоджень на клітину;

Дt - числовий інтервал між фракціями;

ф - середня тривалість існування сублетальних ушкоджень, що характеризує час “утечі” ушкодження від взаємодії з іншими сублетальними ушкодженнями.

За цією залежністю обчислюють період піввиправлення сублетальних ушкоджень. За допомогою параметра ф виявляються аналогії між репарацією від сублетальних ушкоджень і ліквідацією певних вражень макромолекул або складніших клітинних структур. Наприклад, часові параметри репарації від сублетальних ушкоджень збігаються з кінетикою виправлення променевих ушкоджень хроматид. Є така особливість залежностей, що характеризують ефект фракціонування: зі збільшенням значення Дt виживання клітин підвищується і досягає сталого рівня, коли вже не залежить від Дt. Здебільшого, насичення кривої ефекту фракціонування не досягає значення повного виживання клітин. Різниця між повним виживанням і виживанням, яке відповідає стану насичення ефекту. Фракціонування характеризує нерепарабельну компоненту сублетальних ушкоджень. Ефект фракціонування відображає репарацію від сублетальних ушкоджень у тому випадку, коли за проміжок часу між фракціями дози Дt стан клітин не змінився (наприклад, не настала інша фаза клітинного циклу, коли змінилася радіостійкість клітин). Якщо ж за час опромінення фізіологічний cтан клітини зміниться, то криві з насиченням можуть і не спостерігатися. Іноді, коли після першої фракції дози клітини спонукають до поділу і їхня радіочутливість зростає, решта фракцій дози спричинюють зменшення виживання. Цей факт відображає не ефект фракціонування дози, а вплив першої фракції дози, що модифікує радіочутливість клітин.

Ефект фракціонування дози у випадку опромінення іонізуючою радіацією з високим значенням ЛПЕ

Неефективність репарації від сублетальних ушкоджень у випадку дії щільноіонізуючого випромінювання пояснюють ось чим: щільність сублетальних ушкоджень, які виникають внаслідок опромінення, настільки велика, що взаємодії між ними, неохідні для реалізації променевого ураження, відбуваються дуже швидко, і сублетальні ушкодження не встигають виправлятися.

Репарація від сублетальних ушкоджень і кисневий ефект

Щодо впливу гіпоксії на репарацію від сублетальних ушкоджень спільної думки немає: одні досліди з фракціонуванням дози свідчать про незалежність репарації від гіпоксії, інші ж, навпаки, вказують на наявність зв'язку між оксигенацією клітин та ефективністю репарації від сублетальних ушкоджень.

Величина D_q як міра репарації клітини від сублетальних ушкоджень

Досліди з фракціонуванням можливі лише на обмеженій кількості біологічних систем, наприклад, на клітинах, що культивуються в штучних умовах, а на складніших системах важко кількісно оцінити міру збереження проліферативної здатності відповідних тканин. Проте, використання кількісних значень D_q за умов фракціонування дози вможливлює оцінювання репарації від сублетальних ушкоджень і в складних системах. Величина D_q характеризує ширину плеча на кривій виживання клітин і показує ступінь відновлення клітини від сублетальних ушкоджень. Крім того, величина D_q вказує на неефективні витрати енергії випромінювання до того моменту, коли в клітинах нагромадяться необоротні ушкодження. Ця величина репрезентує різницю між сумою двох однакових доз радіації, розділених у часі кількома годинами, і дозою одноразового опромінення, які спричинюють однакове зменшення виживання клітин.

Ефект потужності поглинутої дози і репарація

Пролонговане випромінювання можна інтерпритувати як фракціоноване з нескінченним числом фракцій дози та інтервалом між ними, що прямує до нуля, то слід очікувати зменшення ефекту опромінення внаслідок зниження потужності поглинутої дози. Цей ефект виявляється в радіобіологічних експериментах і називається ефектом потужності поглинутої дози. Цей ефект, який відображає виживання клітин, спостерігається в межах потужностей доз 1 Гр/хв до 1 сГр/хв. У міру зменшення потужності дози дедалі більше сублетальних ушкоджень виправляються, оскільки нагромадження радіаційних ушкоджень триває довше. За потужностей поглинутої дози менших за 1 сГр/хв спостерігається незначний ефект потужності дози, оскільки більшість сублетальних ушкоджень ліквідується за час експозиції, і залишкова загибель клітин зумовлена нерепарабельними ушкодженнями. Існування нижньої межі потужностей доз, за яких спостерігається ефект потужності поглинутої дози, пояснюється тим, що загальна картина ефекту маскується клітинними поділами, які можуть здійснюватися протягом тривалого часу опромінення за дуже малих потужностей доз. Верхня межа ефекту потужностей дози 1 Гр/хв лімітується спроможністю репараційної системи. У випадку опромінення культури клітин у дозах, що перевищують це значення, ефект може не спостерігатися, якщо він зумовлений відновленням від сублетальних ушкоджень. Проліферація клітин певним чином впливає на прояв ефекту потужності дози, якщо потужність дози опромінення менша за 0,6 Гр/хв. При цьому слід враховувати, що зупинка поділу клітин за малих потужностей доз залежить від дози, яка припадає на клітинний цикл. Наприклад, за потужностей дози 0,2 Гр/год зупиняються поділи клітин у культурі HeLa, де клітинний цикл триває близько 24 год., а для клітин хом'яка, в яких клітинний цикл триває 12 год., потужність дози має становити 0,4 Гр/год. У клітинній популяції у випадку пролонгованого опромінення може підтримуватися стаціонарний стан, якщо кількість загиблих у генерації клітин дорівнює кількості утворених. Такі стаціонарні стани відновлюваних клітинних популяцій були виявлені в деяких дрібних тварин. Потужність дози, за якої встановлюється стаціонарний стан клітинної популяції, неоднакова для різних видів і тканин. Певно, найрадіочутливішими є тканини сперматогенезу і оогенезу. У самців щурів репродуктивна функція зберігається протягом десяти або навіть більше генерацій у разі хронічного опромінення за потужності дози 2 сГр на добу.

Фактори, які визначають реакцію відновлювальних тканин на пролонговане опромінення:

1) Якщо криві дозової залежності виживання стовбурових клітин, які входять до складу клітинної популяції, внаслідок гострого опромінення мають широке плече - є підстави очікувати підвищену радіостійкість популяції до пролонгованого опромінення;

2) Радіочутливість клітинної популяції залежить від тривалості клітинного циклу, якщо пролонгованого опромінення зазнають кілька клітинних генерацій. За цих умов для визначення виживання клітин показовішою є доза, нагромаджена протягом клітинного циклу, а не потужність дози. За даної потужності дози у випадку пролонгованого опромінення клітини з тривалим клітинним циклом зазнають більшого ушкодження, ніж клітини з коротким клітинним циклом, оскільки в першому випадку за клітинний цикл нагромаджується більша доза, ніж у другому.

3) Має значення здатність деяких тварин адаптуватися до пролонгованого опромінювання. Так, клітини еритроїдної лінії крові мають властиву для норми клітинну репродукцію у випадку опромінення з потужністю дози 0,45 Гр на добу після початкового періоду адаптації.

Потенційно летальні ушкодження клітин

Ще у 1967 році було показано, що якщо витримувати опромінені клітини дріжджів на воді, коли бідні поживні умови гальмують поділ клітин, то виживання клітин істотно зростає. Цей феномен пояснюється тим, що внаслідок опромінення в клітинах виникають ушкодження, які залежать від умов, в яких одразу після опромінення опиняються клітини, в подальшому можуть позначитися (або і не позначитися - і таке буває) на виживання клітин. Інакше кажучи, залежно від умов, створених для опромінених клітин, відповідні ушкодження можуть або виправлятися або ні. (Тут зазначу, що всі явища в цьому світі можуть або бути або не бути, тільки небуття може абсолютно не бути. Цікаво, як воно цього досягло?) Такі ушкодження і називають потенційно летальними. Підвищення виживання клітин у так званому “голодному” середовищі пов'язують з репарацією від потенційно летальних ушкоджень. Репарацію клітин від потенційно летальних ушкоджень найповніше було досліджено на культурах клітин прокаріот і еукаріот in vitro. Було виявлено, що дріжджі відновлюються після ушкоджень випромінюванням при інкубації їх на воді - їхнє виживання збільшується в сотні або й тисячі разів. Для дикого штаму E. coli найсприятливішими щодо репарації ушкоджень виявилося мінімальне поживне середовище за температури 37⁰С або з додаванням інгібітора білкового синтезу - хлорамфеніколу. Для клітин еукаріот репарації від потенційно летальних ушкоджень сприяє введення в поживне середовище інгібіторів синтезу протеїну або культивування за відсутності факторів росту. Виживання еукаріотичних клітин може бути підвищене в 5-10 разів. Репарація клітин від потенційно летальних ушкоджень залежить не лише від складу поживного середовища, а від теиператури, за якої витримують культуру клітин після опромінення: за температур, які істотно нижчі від фізіологічного оптимуму, створюються умови, що вповільнюють поділ клітин, уможливлюють репарацію від потенційно летальних ушкоджень. Досліди, в яких людські і тваринні клітини (наприклад, клітини печінки, фібросаркоми, кінчика вуха кролика чи крайньої плоті слона) опромінювали за умов фракціонування дози і витримували на “голодному” середовищі, свідчать про те, що потенційно летальні ушкодження нетотожні сублетальним (так, так, не дивуйтеся!), а отже репарації від цих двох типів ушкоджень є адитивними процесами. Навіть за найсприятливіших умов для репарації від потенційно летальних ушкоджень і сублетально летальних ушкоджень не всі ці ушкодження виправляються. Інакше кажучи, завжди є нерепарабельні компоненти променевого ураження, внаслідок чого відновлення клітин не може бути повним, що виявляється за достатньо високих доз опромінення. За малих значень доз нерепарабельність частини ушкоджень характеризується фмовірністю виходу ушкоджень на одиницю поглинутої дози. Відсутність порогового значення доз у радіобіологічних ефектах пояснюється наявністю нерепарабельних компонент потенційно летальних і сублетальних ушкоджень. Зіставивши формальні уявлення про механізми репарації від сублетальних ушкоджень і потенційно-летальних ушкоджень клітин з конкурентними механізмами репарації ДНК, можна дійти висновку, що сублетальні ушкодження - це однониткові розриви ДНК, а потенційно летальні - двониткові розриви ДНК.

За хімічною процедурою виявлення розрізняють луголабільні та лугостабільні ушкодження ДНК. До луголабільних належать ушкодження основ, які у випадку обробки препарату ДНК проявляють себе як однониткові розриви (частина їх за дії іонізуючого випромінювання досягає 70 %) - денатуровані й депіримідизовані ділянки ДНК. До лугостабільних ушкоджень належать утворення в ДНК тимідинових гліколів (двохатомних спиртів), серед яких такі продукти перетворення тимідину як 5,6-діокси-5,6-дигідротимін. Зазначені ушкодження молекули ДНК виникають у клітинах і в ізольованому хроматині або в ДНК внаслідок дії не лише іонізуючих випромінювань, а й під впливом низки хімічних речовин. Деякі з цих ушкоджень можуть виникати спонтанно під впливом суто внутрішніх факторів.

Пряме відновлення ДНК. Фотореактивація

Прямим відновленням ДНК від молекулярних ушкоджень називають хімічні реакції, внаслідок яких відновлюється структура макромолекули, що порушилася внаслідок радіаційно-хімічних перетворень. Наприклад, внаслідок взаємодії з продуктом радіолізу води ОН* дезоксигуанінмонофосфат перетворюється на окислений або на відновлений аддукт. У першому випадку ОН* приєднується до С₄ атома, в другому випадку - до С₅ - С₆. Якщо в середовищі міститься антиоксидант, наприклад, аскорбінова кислота, то відбувається молекулярне відновлення аддуктів до цГМФ. Інактивація клітин внаслідок дії ультрафіолетових променів зменшується під впливом світла в діапазоні близького ультрафіолету або видимого світла. Вперше було виявлено у бактерій, у дослідах з якими встановлено, що виживання клітин, які після інактивувальної дії ультрафіолету зазнали впливу видимого світла, сильно збільшується. Невдовзі з'ясувалося, що явище фотореактивації дуже поширене в живому світі і спостерігається не лише у прокаріот, а і в еукаріот.

Розрізняють:

1) неферментативну фотореактивацію - фотореактивацію без участі ферментів;

2) ферментативну фотореактивацію - фотореактивацію, яка контролюється ферментами - фотоліазами.

Фотореактивація є проявом репарації від індукованих ультрафіолетовими променями молекулярних ушкоджень ДНК, насамперед, циклобутанових димерів піримідинів. У клітині, де в ДНК виникли димери, не може відбуватися реплікація ДНК - і це може стати причиною загибелі клітин.

Неферментативна фотореактивація.

Це спонтанний перехід фотохімічно змінених молекул у вихідний стан. Цей перехід пов'язаний з мономеризацією димерів піримідинів. Швидкості спонтанної мономеризації різних піримідинових димерів сильно відрізняються, проте час їх напіврозпаду близький із тривалістю поділу бактеріальних клітин, тому реактивація цього типу проявляється лише у випадку, коли під впливом того чи іншого фактора процес поділу клітин загальмований. Зростання виживання клітин, зумовлене подовженням терміну спонтанної мономеризації піримідинових димерів, тотожне явищу репарації від потенційно летальних ушкоджень.

Під впливом світла мономеризація піримідинових димерів посилюється. Цей процес називається фотомономеризацією. Проте пряме фоторозщеплення димерів піримідинів найефективніше відбувається під дією променів з довжиною швилі л = 239 нм, коли водночас виникають піримідинові димери. Тому при прямому фоторозщепленні димерів під впливом світла все ж встановлюються рівноважні концентрації піримідинових димерів, за яких клітина втрачає проліферативну здатність. Тому у відновленні життєздатності опромінених ультрафіолетом клітин головну роль відіграє ферментативна фотореактивація.

Ферментативна фотореактивація

Відбувається завдяки активності ферменту фотоліази, що розщеплює циклічні бутанові піримідини. Ефективність роботи фотоліази дуже висока. 90 % ушкоджень ДНК (індукованих ультрафіолетом) ліквідується. Виживання бактерій завдяки фотореактивації зростає з 7 до 90 %. Кінетика фотореактивації відповідає закону Міхаеліса-Ментен і є багатоступеневою. Фотоліаза спочатку утворює стабільний комплекс із субстратом (ДНК), що опромінений ультрафіолетом і має димери піримідинів. Фотоліаза впізнає саме піримідинові димери з дуже високою точністю. Далі, після поглинання фотона видимого світла або близького ультрафіолету, комплекс фотоліази з ДНК зазнає дисоціації, у складі якої піримідинових димерів не залишається.

Фотореактивуючий фермент виявлено в багатьох видів живих організмів: від бактерій до людини. Синтез фотоліази кодується геном phr. У різних організмів молекули фотоліази різні: у бактерій вони не мають субодиниць, у дріжджів (S. cerevisiae) - складаються з двох субодиниць - розміром 60 і 85 kD. Фотоліазу виявлено і в лейкоцитах та фібробластах людини.

Синтез фотоліази індукується світлом, тому в спектрі дії фотореактивації ДНК розрізняють дві компоненти: спектри дії біосинтезу ферменту і власне фотореактивації. В спектрі дії фотореактивації максимум виявляють в області довжин хвиль 330-450 нм. Для різних організмів цей максимум припадає на різні довжини хвиль, наприклад, для дріжджів - на 385 нм, для бактерій Streptomyces griseus - 436 нм. Фотореактивація характеризується високим квантовим виходом, значення якого сягає одиниці. Спектр поглинання ізольованої фотоліази відрізняється від спектру дії фотореактивації. Максимум припадає на 418 нм. Це пояснюється тим, що в процесі мономеризації циклобутанових димерів піримідинів крім фотоліази, беруть участь додаткові речовини з хромофорними групами. Фотореактивація відбувається лише в тому випадку, коли світло потрапляє на ядро клітини, і опромінення пластид або цитоплазми не супроводжується виправленням ушкоджень ДНК ядра. Механізм дії фотореактивуючого ферменту фотоліази полягає в забезпеченні міграції збудженого стану на один з піримідинів у димері, що полегшує подальшу мономеризацію димеру. Для прояву ферментативної активності фотоліази необхідне приєднання кофактора небілкової природи з низькою молекулярною масою. Цей кофактор має хромофорну групу, яка визначає поглинання фотореактивуючого світла з відповідними довжинами хвиль. Щодо безпосередньої участі фотоліази в мономеризації піримідинових димерів, гіпотетично механізми її такі:

1) Забезпечення міграції збудженого стану на один із піримідинів у димері, чим полегшується мономеризація:

PP + hн > PP^* > 2P

2) Забезпечення іонізації димерів, якій відповідає зростання імовірності мономеризації:

PP + hн > PP⁺ + е^- > 2P

3) Формування комплексу з перенесенням заряду в системі донор електрона - акцептор електрона - сенсибілізатор і димер. У цьому має брати участь відповідний кофактор:

С + PP > (С, РР) + hн > С + Р + Р

Фотореактивація РНК

Ушкодження, що індукуються дією ультрафіолету у молекулах РНК, виправляються ферментативною фотореактивацією. Після опромінення РНК вірусу тютюнової мозаїки ультрафіолетом ступінь інактивації вірусу внаслідок дії видимого світла зростає. З листя, інфікованого цим вірусом, виділено відмінний від фотоліази ДНК фермент, який здатний забезпечити фотореактивацію РНК вірусу. Подібний процес виявлений у багатоьх видів живих організмів.

Темнова (ексцизійна) репарація ДНК

Відновлення ДНК (що зазнало впливу ультрафіолету) в темряві супроводжується появою в середовищі коротких фрагментів ДНК з піримідиновими димерами. Це свідчить про те, що відновлення структури ДНК зумовлене не мономеризацією димерів, а відщепленням їх зі структури макромолекули з одночасним відновленням нерозривності ДНК. Механізм темнової репарації слідуючий. Темнова репарація ДНК відбувається у кілька етапів. Починається процес з того, що фермент, який називається ультрафіолетзалежна ендонуклеаза впізнає ушкодження і розрізає нитку ДНК з боку 5^/-кінця від димеру. Внаслідок розриву валентного зв'язку звільнюється 3^/-ОН і 5^/-РО₄ кінці. Фермент споріднений з піримідиновими димерами, що й зумовлює велику швидкість впізнавання ним ушкоджень ДНК. Процес розривання зв'язку називається інцизією. Внаслідок інцизії виникають вільні кінці ДНК, які через наявність димеру не зв'язані локально в подвійну спіраль, тому може відбутися гідроліз ДНК під впливом екзонуклеази. У подвійній спіралі виникає пробіл, навпроти якої розташована неушкоджена ділянка ДНК. Цей процес відщеплення фрагмента ДНК під впливом екзонуклеази називається ексцизією. Внаслідок ексцизії в середовищі з'являються фрагменти, до складу яких входять димери піримідинів, що не розкладаються ні в каріоплазмі, ні в цитоплазмі - нема відповідних ферментів.

Інша назва темнової репарації - інцизійно-ексцизійна (або просто ексцизійна). Насправді для зазначеної репарації темрява не потрібна - просто нема необхідності в наявності світла. Наявність неушкодженої ділянки ДНК навпроти пробілу обумовлює синтез ДНК за допомогою ДНК-полімерази, яка називається репаративною ДНК-полімеразою. Завершується процес ДНК-лігазою, яка відновлює безперервність ДНК. Якщо під час фотореактивації виправляються ушкодження у формі піримідинових димерів, то внаслідок ексцизійної репарації виправляються різні типи ушкоджень ДНК (модифіковані основи, однониткові розриви, депіримідизація ДНК та інші). Ексцизійна репарація депуринізованої ДНК здійснюється з участю специфічних репарувальних ендонуклаз, які утворюють розриви поруч з місцями, де відбулася депуринізація. Ці ферменти - АП-ендонуклеази (апуринедонуклеази).

Усунення помилкового спарювання основ

Виявлено, що помилкове спарювання основ теж здатне виправлятися. Це ушкодження виправляється системою, що рухається услід за реплікацією ДНК. Механізми такої репарації не з'ясовані.

Репарація в різних частинах хроматину

Репарацію в різних частинах хроматину, що має різні механізми, можна певним чином класифікувати. Так можна виділити:

1) Глобальну репарацію - повільну репарацію ДНК від різних ушкоджень в різних частинах хроматину.

2) Привілейовану репарацію - швидку репарацію від ушкоджень у потенційно активних генах і в генах, що експресуються.

3) Транскрипційну репарацію - репарацію ДНК у генах, що зазнають процесу транскрипції.

Репараційні процеси нерандомізовано розподілені в геномі, що зумовлює певну ієрархічність репарації. Деякі типи ушкоджень ДНК, індукованих ультрафіолетом або хімічними агентами, вилучаються переважно в зоні транскрипційно-активних генів. Це пояснюється тим, що репарація відбувається дуже активно саме в момент транскрипції. Гени, в транскрипції яких бере участь РНК-полімераза ІІ, спряжено підпадають репарації. Було показано, що в гризунів мутації під впливом ультрафіолету здебільшого виникають внаслідок фотоушкоджень генів, які не зазнали транскрипції. Ушкодження ДНК або блокують роботу ДНК-полімерази, і тоді вони є потенційно цитотоксичними, або не блокують, а спричинюють неправильне кодування, що є потенційно мутагенним ефектом. Виправлення цих ушкоджень здійснюється висококонсервативною системою ексцизійної репарації: ушкодження впізнаються ДНК-глікозилазами або АП-ендонуклеазами. Взаємодія ДНК-полімераз і глікозилаз з оксигенними ушкодженнями ДНК є високоспецифічними відносно контексту послідовностей (sequence context-specific). Наприклад, є такі послідовності, в яких ДНК-полімерази нехтують ушкодженнями, проходячи повз них, а отже клітини залишаються живими, але вони стають носіями можливих мутацій ушкодження. Було показано, що ДНК-полімерази минають послідовності, у яких із чотирьох прилеглих нуклеотидів три є тимінами.

Інгібітори репарації ДНК

Під впливом деяких речовин виживання опромінених клітин зменшується. При цьому позапланований синтез ДНК може істотно пригнічуватись. Такі речовини називають інгібіторами репарації. До специфічних інгібіторів репарації належать кофеїн та акрофлавін. Ці речовини, застосовані в концентраціях, які не є токсичними для опромінених клітин, зменшують виживання клітин, здатних до репарації ДНК, збільшують вихід мутацій у радіорезистентних клітин, пригнічують відновлення на непоживному середовищі. Механізми дії кофеїну та акрифлавіну різні. Вплив кофеїну пояснюють тим, що молекули цього інгібітора взаємодіють з локально денатурованими ділянками ушкодженої ДНК, при цьому за малих концентрацій кофеїн діє як інтеркалюючий агент, а за великих - індукує реорієнтацію гідратованої оболонки молекули ДНК. Акрифлавін безпосередньо пригнічує репаративний і реплікативний синтези ДНК, інгібує ультрафіолет-ендонуклеази. Кофеїн не впливає на полімеразну активність ДНК-полімерази І. Інгібітор ДНК-полімерази еукаріотичних клітин - г-арабінофуранозиладенін гальмує ліквідацію летальних ушкоджень клітини. Новобіоцин - інгібітор бактеріальної ДНК-гірази (тип топоізомерази ІІ) знижує ефективність репарації ДНК від ушкоджень викликаних ультрафіолетом і потенційно летальних ушкоджень, індукованих опроміненням г-променями. Крім того, цей антибіотик втручається у процес реансамблювання нуклеосом.

Постреплікативна та індуцибельна (SOS) репарація

Якщо ексцизійна репарація завершується до початку реплікації ДНК, то внаслідок цілковитої відповідності синтезованого фрагмента матриці відновлення є повним, і жодних помилок у генетичному коді не виникає. Якщо ж реплікація відбувається до завершення репарації, то ушкоджені продукти діють як блокатори реплікації, і ДНК-полімераза обминає ушкоджені ділянки ДНК, залишаючи у дочірній молекулі пробіли навпроти ушкоджених продуктів у материнській молекулі. Звісно, молекулярна маса молекул ДНК, що виникли при цьому, менша, ніж у нормі, оскільки внаслідок появи пробілів втрачається матриця, на якій можна було б здійснити репараційний синтез ДНК. Здавалось би, що через неможливість репарації ушкодження мають бути летальними. Проте, виявилось, що часто клітини, які не встигли здійснити репарацію до початку реплікації, зберігаючи невилучені ушкодження, не втрачають здатності до подальших поділів - зберігають проліферативну активність. У цьому полягає причина нагромадження передмутаційних ушкоджень, які з часом можуть проявитися в генетичних змінах або канцерогенезі. Збереження постреплікативного виживання клітин з ушкодженою ДНК може забезпечити постреплікативна репарація. До такої різновидності репарації належать репарації типу “обхід димерів” та “рекомбінаційне відновлення”.

Обхід димерів здійснюється за участі модифікованої ДНК-полімерази, яка здатна по ходу реплікації обминати ушкодження. Така полімераза, замість піримідинового димеру має аденінову основу А. Тому внаслідок обходу димерів здійснюється трансверсія Ц-Т або ЦЦ-ТТ. Це підвищує імовірність мутацій та канцерогенезу.

Постреплікативна рекомбінаційна репарація. Коли ДНК-полімераза ІІІ наштовхується на певні ушкодження ДНК, наприклад, на димер тиміну, вона не може продовжувати процес реплікації. Зупиняючи синтез ДНК, фермент переміщується по молекулі на певну відстань, залишаючи по собі пробіл, після чого реплікативний синтез відновлюється. Часом такі пробіли становлять до 800 нуклеотидів. Якби ці пробіли залишалися в молекулі, то мали б місце дуже істотні недостачі, і ДНК зазнавала б руйнації. Оскільки в одній нитці є пробіли, а друга нитка несе ушкодження, то в подвійній спіралі немає матриці, яка могла б забезпечити реплікацію нової ДНК. Проте неушкоджена копія цієї ділянки ДНК є в другому, щойно синтезованому, дочірньому дуплексі. Група генів, серед яких дуже важливу роль відіграє локус RecA, репарує ДНК при ушкодженнях цього типу. Оскільки така репарація відбувається по пробілу, який утворився неможливість здійснення реплікації ДНК, процес названо постреплікативною рекомбінаційною репарацією. Винятково велику радіостійкість бактерії Deinococcus radiodurans пов'язують із високою ефективністю рекомбінаційної репарації. На цій бактерії було показано, що мікрогравітація істотно підвищує ефективність системи репарації.

RecA-протеїн, що відіграє дуже важливу роль у репарації ДНК від двониткових розривів, має дві основні особливості:

1) при наявності розривів ДНК RecA-протеїн сприяє вторгненню однієї нитки ДНК у зону двониткового розриву; при цьому встановлюється комплементарність пар основ відповідної нитки подвійної спіралі ДНК з неушкодженою ниткою, що проникла, шляхом руху однониткової ДНК вздовж нитки в зоні подвійного розриву до утворення ділянки гомології. RecA-протеїн створює умови, за яких однониткова ДНК нібито вповзає в двониткову, вишукуючи зону гомології;

2) при наявності виключно однониткових розривів ДНК RecA-протеїн стимулюється до протеазної активності, внаслідок чого розщеплюються деякі репресорні білки.

RecA-протеїн відповідає за заповнення постреплікативного пробілу в щойно реплікованій ДНК використанням неушкодженого сестринського дуплекса. Процеси заповнення пробілів охоплюють обидві нитки. Під час реплікації ДНК-полімераза ІІІ залишає пробіл у дочірній нитці ДНК навпроти тимінового димеру. У неушкодженому дуплексі ендонуклеаза розрізує одну з ниток, і RecA-протеїн втягує неушкоджену нитку в пробіл. Далі ДНК-полімераза І і ДНК-лігази повертають обидва дуплекси до нормального стану. Тиміновий димер залишається в подвійній спіралі, проте дуплекс зберігає свою цілісність, і в наступному клітинному циклі цей димер буде вилучено фотореактивацією або темновою репарацією. У постреплікативній репарації беруть участь також інші білки, наприклад RecВС, що контролюється локусами RecВ і RecС, і може функціонувати як ендонуклеаза, екзонуклеаза і як фактор розгвичування подвійної спіралі ДНК. Виявлено також протеїн, який зв'язується з однонитковою ДНК, стабілізуючи її.

Репарація ДНК від двониткових розривів. Якщо в подвійній спіралі ДНК виникають подвійні розриви або зближені між собою ушкодження нуклеотидів у опозитних нитках, то ексцизійний механізм репарації стає неможливим, бо немає неушкодженої матриці для здійснення репаративного синтезу. Якщо ушкоджені в одній нитці ДНК виникли безпосередньо перед початком пеплікації і репарація не встигла відбутися, то в дочірній нитці навпроти ушкодження утворюється розрив, що спричинює появу двониткового розриву. Двониткові розриви значною мірою зумовлюють летальну дію іонізуючого випромінювання, і саме з ними пов'язують проліферативну загибель клітин, якій важко запобігти. Високі значення ВБЕ щільноіонізуючого випромінювання теж пов'язують з підвищенням частоти виходів двониткових розривів ДНК. Подвійні розриви можуть ліквідовуватись прямим відновленням хімічних зв'язків між нуклеотидами. Досить тривалий час вважали, що двониткові ушкодження ДНК є необоротними. Проте було виявлено, що виживання диплоїдних клітин дріжджів, які після опромінення витримували на непоживному середовищі, зростала. Це пояснюється репарацією від подвійних розривів ДНК. Оскільки, в гаплоїдних клітин за умов, які сприяють репарації від потенційно летальних ушкоджень, підвищення виживання не спостерігається, було зроблено висновок: для репарації ДНК від подвійних розривів треба, щоб клітина мала кілька геномів і, крім того, щоб така клітина була здатна до здійснення рекомбінаційних процесів. Мінімальні умови для репарації ДНК від двониткових розривів полягають у наявності хоча б двох гомологічних дуплексів і в забезпеченні клітини генними продуктами, що роблять можливою рекомбінацію. Є принаймі два механізми репарації ДНК від двониткових розривів: гомологічна репарація, яка відіграє головну роль у нижчих організмів і менш вагому у вищих, і негомологічна репарація, яку виявили в клітинах вищих тварин.

Гомологічна репарація ДНК від двониткових розривів здійснюється шляхом використання як матриці для репаративного синтезу фрагмента ДНК, пов'язаного з ушкодженням залученої неушкодженої копії молекули ДНК із гетеродуплекса. Такий процес вимагає рекомбінації ДНК. За умов повної гомології ділянок відновлюється правильність генетичної інформації.

Негомологічна репарація ДНК від двониткових розривів у з'єднанні кінців молекули ДНК по розриву. При цьому гомологічність двох молекул ДНК у подвійній спіралі може порушуватися.

Негомологічне з'єднання кінців молекули ДНК здійснюється за участю гетеродимеру Ku70/Ku86 і каталітичної субодиниці ДНК-РК, а гомологічна репарація - з участю епістатичної групи генів, аналогічних Rad52 дріжджів. Точність такої репарації може порушитись внаслідок змін коротких послідовностей у точках розриву - помилкова репарація (misrepair) - або ж неправильного з'єднання кінців (misrejoining), що супроводжуються дуже значними перебудовами.

Безпосереднє зв'язування кінців молекул ДНК по подвійному розриву ускладнюється тим, що внаслідок такого ушкодження кінці можуть віддалитися на такі відстані, коли пряма дія лігаз буде неможливою. Тому для з'єднання кінців їхня конформація має бути такою, щоб могла здійснитись їх лігазна зшивка. Негомологічне з'єднання кінців двох ниток у подвійній спіралі ДНК відновлює здатність клітин до поділу, запобігає формуванню хромосомних аберацій. Але при цьому зростає імовірність порушення кодового сенсу і це загрожує проявом мутацій або канцерогенезом. Так, у культурі фібробластів людини до 25 % з'єднань кінців по подвійному розриву є неправильними (misrejoining). Апарат, що забезпечує негомологічне зв'язування кінців молекул ДНК, у нормі обслуговує такі процеси, як транслокації, переміщення транспозонів. У здійсненні негомологічного зв'язування кінців молекул ДНК бере участь Ku-протеїн, який складається з двох субодиниць. У відсутності ДНК-протеїнкіназ він з'єднується з кінцями ДНК по двонитковому розриву, і цей процес не залежить від характеру нуклеотидних послідовностой кінців розриву. Внаслідок появи ДНК-зв'язаного Ku-комплексу активуються ДНК-протеїнкінази, і після фосфорилювання певних факторів відбувається конденсація кінців молекули ДНК у такий спосіб, що вможливлюється дія лігази IV і кінці ДНК ковалентно зшиваються.

Індуцибельна або SOS-репарація

Постреплікативну репарацію забезпечують конститутивні ферменти, які в певній кількості містяться в клітині. Разом з тим внаслідок появи постреплікативних пробілів у ДНК до цих ферментів приєднуються нові генні продукти, які синтезуються у відповідь на ушкодження молекули. Система, яка забезпечує транскрипцію нових продуктів, що беруть участь у постреплікативній репарації, називають індуцибельною. Оскільки індуктором індуцибельної системи є “сигнал біди” - поява ушкоджень ДНК, то цей тип відновлення ДНК називають також SOS-репарацією. Індуцибельну репарацію виявили вивченням постреплікативної репарації в різних мутантів. Крім того, про її наявність свідчить феномен W-реактивації, який полягає в тому, що реактивація опроміненого ультрафіолетом фага лямбда повніше відбувається за умови, коли він потрапляє в клітини бактерій, які також опромінені ультрафіолетом. Внаслідок індукції в клітині синтезуються нові ферменти, що відрізняються від конститутивних. З'являється індуцибельна ДНК-полімераза, яка, на відміну від конститутивної, має більшу спорідненість до матриці з некодуючими основами. Під впливом індуцибельних продуктів відновлюється цілісність молекули ДНК, але водночас зростає частота появи мутацій. Постреплікативна репарація є частиною загальної реакції клітини, яку називають SOS-відповіддю. За звичайних умов клітини містять незначну кількість Rec A-протеїну, а також продуктів генів uvr. Але якщо клітини зазнають опромінення і відповідно ушкоджень, індукується SOS-відповідь. У випадку появи у свіжосинтезованій ДНК пробілів Rec A-протеїн діє як протеаза, що розщеплює репресорний білок - продукт гена Lex A. Коли немає ушкоджень ДНК, Lex A репресує ген Rec A, а також три гени групи uvr: uvrА, uvrВ, uvrС. При розщепленні репресора Lex A чи репресії гена Lex A всі раніше репресовані ним гени індукуються: з'являється надлишок Rec A і субодиниць uvr-комплексу. Тимідинові димери елімінуються під впливом uvr-протеїнів, а тим часом Rec A сприяє заповненню пробілів у щойно синтезованій ДНК. Якщо ж досягається відновлення структури ДНК і немає ушкоджень, які б активували протеазну активність Rec A, то Lex A вже не зазнає деградації, і відновлюється його репресорна роль щодо факторів, з якими пов'язана SOS-відповідь клітини.

Фундаментальною рисою SOS-репарації в прокаріот є активація понад 12 генів. У дріжджів виявлено принаймі 6 специфічних генів, які індукуються появою ушкоджень у ДНК, - це так звані Din-гени. Крім того, у дріжджів індукується ще до 80 генів у відповідь на ушкодження ДНК. Якщо до неопромінених диплоїдних клітин дріжджів додати гаплоїді клітини, опромінені ультрафіолетом або гамма-радіацією, то в перших індукується інтрагенна рекомбінація ДНК, що свідчить про рухомість медіаторів сигналу індуцибельної репарації.

Мутації з дефектами генів, що контролюють репарацію ДНК

Для різних клітин прокаріот і еукаріот виявлено форми, які характеризуються підвищеною радіочутливістю. Контрасно різке зростання радіочутливості зумовлене появою мутацій генів, продукти яких беруть участь у репарації ДНК. Так, значення D₀ за опромінення ультрафіотом бактерій дикого штаму в 60 разів вище, ніж для мутантних клітин. Кількість генів, які контролюють процеси репарації ДНК - величезна. До цих генів належать гени uvr A, uvr B які кодують ендонуклеазу репарації для активності якої потрібен ще продукт гена uvr С. Відщеплення олігонуклеотидного фрагмента після розриву з боку 3`-кінця здійснюється під впливом ДНК-полімерази І, яка кодується генами pol (pol A1, pol A107 та іншими). Деградація ДНК - гідроліз частини молекули ДНК біля вилученого димеру піримідину - відбувається під впливом продукту гена recA. Репараційний синтез ДНК здійснюється з участю ДНК-полімерази І, ІІ, ІІІ, які кодуються генами polA, polB, polC. Досліди з подвійними чи потрійними мутантами клітин дають змогу визначити взаємодію різних продуктів генів у механізмах репарації. Виявилось, що крім зазначених генів, до ексцизійної репарації ДНК причетні також інші гени, зокрема recB, recC, lexA, uvrD, uvrE. У рослин до контролю над фотореактивацією причетні гени phr1, phr2, drt103, а до ексцизійної репарації - amag, drt101, drt102. Серед еукаріот найкраще гени репарарації вивчені у дріжджів. Цьому сприяло виявлення чисельних мутантів дріжджів, які мають підвищену чутливість до радіації. Подібні мутації виявлені у клітинах ссавців, людини, бактерій, рослин, що свідчить про універсальність генетичних програм контролю за репарацією. У дріжджів ці мутації поділяють на три великі групи:

1) Група Rad3. Виявлено 10 незалежних генів цієї групи, розташованих у різних хромосомах, які залучені до процесу репарації ДНК: Rad1, Rad2, Rad3, Rad4, Rad7, Rad10, Rad14, Rad16, Rad23, MMS19. Подвійні мутанти по цих генах різних комбінацій виявляють епістатичну взаємодію: чутливість до ультрафіолету подвійного мутанта не вища за чутливість двох одинарних мутантів. Всі ці гени причетні до регуляції одного шляху репарації.

2) Група Rad52. Гени Rad52, Rad50 причетний до спонтанної та індукованої ультрафіолетовим випромінюванням рекомбінації, виконує ключову роль у рекомбінації, мейозі і репарації від подвійних розривів, проте його інактивація не впливає на життєздатність клітин.

3) Група Rad6. У цю групу входять 18 генів, які контролюють помилкову репарацію. Мутантний ген Rad6 є плейотропним: він впливає не лише на спонтанну і індуковану мутабільність, а й на рекомбінацію та спороуляцію. У таких мутантів немає репарації від двониткових розривів і обмежені можливості репарації від однониткових розривів ДНК.

Виявлено гени, що беруть участь у ексцизійній репарації в клітинах людини. Знайдено продукти цих генів - ДНК-зв'язуючий протеїн, гелікази, структурноспецифічні ендонуклеази. Генетичні дефекти системи репарації ДНК у людини призводять до генетичної нестабільності і схильності до канцерогенезу. Прикладами синдромів дефекту репарації у людини є пігментна ксеродерма, синдром Блума, анемія Фанконі. Носії зазначених спадкових дефектів належать до групи дуже високого ризику розвитку злоякісних пухлин. Було клоновано людський ген, причетний до ексцизійної репарації ДНК - це ген ERCC-1. Цей ген складається з 10 екзонів і кодує дві мРНК. Розташований він у 19 хромосомі в плечі q. Він має чітку гомологію з геном дріжджів Rad10.

РАДІОБІОЛОГІЯ КЛІТИННИХ ПОПУЛЯЦІЙ

Клітинна популяція - це група однорідних за певними ознаками клітин, що характеризуються чисельністю клітин, співвідношенням клітин, що перебувають у різних функціональних станах, ступенем генетичної однорідності. Динаміка чисельності клітинної популяції характеризується співвідношенням проліферації та апоптозу, іміграції та еміграції клітин. У клітинній популяції клітини обмінюються сигналами, що несуть інформацію до кожної клітини. Систему таких сигналів називають позиційною інформацією. У випадку загибелі певної частини клітин клітинної популяції завдяки міжклітинній сигналізації може стимулюватися додаткова проліферація, що відновлює чисельність клітинної популяції. За здатністю до оновлення, тобто до генерації нових клітин замість загиблих, виділяють такі типи клітинних популяцій: