Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние мощности дозы на выход повреждений ДНК в клетках растений

ВАК РФ 03.00.01, Радиобиология

Автореферат диссертации по теме "Влияние мощности дозы на выход повреждений ДНК в клетках растений"

. гг- -

- г> ^ ь Київський університет імені Тараса Шевченка

\ л

ч 0 '

•\

Ісаєнков Станіслав Валентинович

УДК 577.346

Вплив потужності дози на вихід пошкоджень , ДНК в клітинах рослин

03.00.01 - радіобіологія

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук

Київ -1999

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті клітинної біології та генетичної інженерії НАН України

Науковий керівник - академік НАН України, доктор біологічних наук, професор Гродзінський Дмитро Михайлович Інститут клітинної біології та генетичної інженерії НАН України,

завідувач відділу біофізики та радіобіології

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, доцент,

Андрійчешсо Сергій Вадимович Інститут отоларингології ім. Професора О.С.

Коломійченка МОЗ України, головний науковий співробітник

кандидат біологічних наук,

Бездробна Лариса Костянтинівна

Інститут ядерних досліджень НАН України, завідувач

лабораторії радіобіології.

Провідна установа - Український науково-дослідний інститут

сільськогосподарської радіології Міністерства агропромислового комплексу України.

Захист відбудеться " " л /-о т070 г ооо? о 14 годині на засіданні

спеціалізованої вченої ради Д 26.001.24 при Київському університеті імені Тараса Шевченка за адресою: Київ, вул. акад. Глушкова 2, біологічний факультет, ауд. 215. Поштова адреса: 01033, Київ - 33, вул. Володимирська, 64, наукова частина.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського університету імені Тараса Шевченка за адресою: Київ, вул. Володимирська, 58.

Автореферат розісланий "15" ? /і урл ^ 1999 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність проблеми.

Після унікальної по своїй природі аварії на ЧАЕС особливо гостро стало питання про вивчення особливостей впливу малих доз іонізуючої радіації на біологічні об'єкти. Чорнобильска катастрофа призвела до суттєвого збільшення радіаційного фону, внаслідок чого великі за своєю площею території постійно підпадають під дію опромінення низької інтенсивності. Аналіз даних літератури свідчить про суттєве прискорення мутаційного і рекомбінаційного процесів, збільшення генетичного вантажу в популяціях рослин і тварин, що підпали впливу низькодозового опромінення (Шевченко и др., 1992; Бурлакова и др., 1996; Гераськин и др., 1998). Недосконалість екологічних нормативів і досить туманне уявлення про вплив на екосистеми, що веде до дестабілізації останніх та зниження біорізноманіття, робить актуальним аналіз закономірностей формування і розробку кількісних методів оцінки генетичних ефектів, що індуковані низькими дозами іонізуючого випромінювання.

З'являється все більше експериментальних даних, що свідчать про нелінійний характер прояву біологічних ефектів в низькодозовому діапазоні (Шевченко и др., 1992; Бурлакова и др., 1996; Гераськин и др., 1998). Оскільки залежність доза-ефекг в діапазоні малих доз має нелінійний характер, коректна оцінка генетичного ризику в цьому випадку може базуватися тільки на чіткому розумінні молекулярних-клітинних механізмів формування реакції клітин на низькодозове опромінення.

Особливо важливе місце в прояві цих ефектів відіграє фактор інтенсивності впливу на біооб'єкти. Ефекти потужності дози опромінення в діапазоні середніх і великих доз вивчені досить детально (Шехтман 1955; Гродзинский 1989), Існує велика низка фактів, яка свідчить на користь того, що прояви радіобіологічних ефектів змінюються відповідно інтенсивності опромінення. В області великих та середніх доз опромінення, як правило, ефекти лінійно залежать від потужності опромінення і в певній мірі пов'язані з репарацією сублетальних пошкоджень. При високих потужностях опромінення сильно послаблюється можливість репарації такого типу пошкоджень, а при малих - напроти, є певна вірогідність репарації сублетальних пошкоджень.

Якісно інша картина спостерігається для ефектів потужності дози в області низьких доз опромінення. При дослідженнях цитогенетичних ефектів в області низькодозового опромінення вивчені залежності від потужності дози, причому форма залежності може змінюватись разом з величиною дози, що свідчить про складність цих явищ (Бурлакова и др., 1996). Існують експериментальні факти, які вказують на зворотну залежність від потужності дози (Шевченко и др., 1992). На жаль, дані про вплив потужності дози в діапазоні низьких доз нечисленні і носять суперечливий характер. Тому вивчення радіобіологічних ефектів, обумовлених опроміненням різної інтенсивності в області малих доз, має важливе значення.

За нашим припущенням причиною нелінійності прояву біологічних ефектів в області малих доз опромінення може виступати розрив між дозами, що

спричиняють активацію індуцибельних систем репарації, і дозами, що не активують додаткові репаративні системи, а ємності конститутивних систем відновлення не вистачає, щоб повністю елімінувати всі пошкодження, спричинені опроміненням низької інтенсивності. Таким чином, має підставу припущення, що для індукції додаткових репаративних систем потрібне певне порогове значення пошкоджень геному за одиницю часу. Якщо інтенсивність навантаження менша за порогову величину, то можлива ситуація, коли конститутивні системи репарації вже не спроможні відновити всі пошкодження, що були спричинені опроміненням, а активації додаткових систем репарації ще не відбувається.

Подібне вивчення реакцій клітин рослин на дію іонізуючих випромінювань виступає як метод розкриття загально біологічних закономірностей. Важливість та актуальність таких пошуків безперечна, оскільки екстраполяція ефектів з області середніх та високих доз в область низьких доз не зовсім коректна.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дисертаційна робота виконана у відділі біофізики та радіобіології Інституту клітинної біології та генетичної інженерії згідно з планом науково-дослідних робіт інституту за темами: "Корекція кумулятивних ефектів хронічного опромінення рослин іонізуючою радіацією" та "Хронічне опромінення рослин як фактор формування нестабільності геному". Робота виконувалась за підтримки грантами Міністерства України в справах науки і технологій (проект: 5.4/389 "Дослідити молекулярно-біологічну природу процесів, що індуковані хронічним опроміненням рослин")

Мета роботи і задачі дослідження.

Головна мета роботи полягала у вивченні змін в ДНК клітин рослин під впливом іонізуючого опромінення різної інтенсивності в низьких дозах. Відповідно до цьогс були поставлені слідуючи завдання:

- дати порівняльну оцінку виходу пошкоджень ДІЖ у рослинних клітин, що були опроміненні в низькодозовому діапазоні з різною потужністю, для різних рослиннш систем (насіння, протопласти та проростки) та різних видів рослин (тютюн те сосна);

- вивчити закономірності формування пошкоджень ДНК у насінні сосни, ще обумовлені хронічним опроміненням в малих дозах;

- виявити режими опромінення, в якому спостерігається підвищений вихц

пошкоджень ДНК для цих систем, та пояснити це явище.

Наукова новизна одержаних результатіа

Вперше показано, що вихід пошкоджень ДНК для таких рослинних об’єктів, яь сосна та тютюн, при дії опромінення різної інтенсивності в низьких дозах ма< складну залежність, як від значення дози, так і від її потужності. Показано, ще фактор потужності дози є важливим чинником у формуванні відповіді рослинно клітини на низькодозове опромінення. Отримані результати свідчать пре недостатню обгрунтованість застосування пануючої в теперішній час лінійно-

безпорогової концепції для оцінки ризику низькодозового опромінення. Встановлено факт реалізації “прихованих” пошкоджень ДНК, що сформувались у опроміненого насіння. Знайдено режим низькодозового опромінення, при якому спостерігається підвищений вихід пошкоджень ДНК порівняно з очікуваним.

Практичне значення одержаних результатів.

Встановлені факти можуть бути корисними для відновлення лісового господарства в районах, що постраждали внаслідок радіоактивного забруднення. Було встановлено, що насіння сосни звичайної, яке отримало за два роки свого формування дозу хронічного опромінення 3 Гр, має ряд переваг по критеріям життєздатності порівняно з контрольним та більш сильні можливості відновлення ДНК за умови впливу тестуючого гострого гамма-випромінювання.

Особистий внесок здобувана.

Основні ідеї, наукові положення і висновки розроблені дисертантом самостійно. Дисертантом безпосередньо проводилось опромінення об'єктів дослідження. Він був задіяний на всіх етапах виділення ДНК, а також аналізу ступені ушкодженності цієї біомакромолекули. Дисертантом самостійно проведений аналіз ДНК методом лужного електрофорезу. В процесі виконання дисертації автор особисто відібрав та критично проаналізував доступну літературу, яка має відношення до теми дослідження.

Апробація результатів дисертації.

Матеріали роботи були представлені на III з’їзді по радіаційним дослідженням, Москва, 1997; International Conference on Plant Ontogenesis in Natural and Transformed environments, Lviv, Ukraine, July 1-4, 1998; Xlth International Congress on Photosyntesis, Budapest, Hungary, August 17-22, 1998; International Conference “Diagnosis and Treatment of Radiation injury”, Rotterdam, the Nethelands, 30 August - 3 September, 1998; Наукова-практична конференція молодих вчених “Інтегративність функцій рослинного організму” Вересень 3-4, Київ, Україна, 1998; II International Symposium on Plant Biotechnology, October 4-8, Kyiv, Ukraine, 1998.

Структура дисертації.

Дисертація викладена на 155 сторінках, включає 26 ілюстрацій, містить вступ, три розділи, аналіз та узагальнення результатів, висновки та список використаних літературних джерел (138 найменувань).

ЗМІСТ РОБОТИ

Розділ 1 .Огляд літератури.

Матеріал розділу відображає сучасний стан знань про біологічні ефекти пов'язані з дією іонізуючої радіації низьких рівнів та різних потужностей опромінення. Охарактеризовані типи радіаційно-індукованих пошкоджень ДНК. Розглянуті типи репараційних систем клітини.

Розділ 2. Матеріали і методи досліджень.

Насіння сосни (Pinus silvestris) було отримане від співробітників Старопетрівськоі лісної дослідної станції (Київська область). Для окремих експериментів використовували насіння сосни з різних ділянок Зони відчуження ЧАЕС. За даними ТЛД-дозиметрії, що була проведена робітниками Старопетрівськоі лісової дослідної станції, поглинена рослинами доза іонізуючого опромінення за 2 роки формування цього насіння по зовнішньому гамма-опроміненню складала: 0,03 Гр (район села Дитятки), 3 Гр (район села Копачі) та 6 Гр (район села Чистогалівка). Пророщували його у темряві на зволоженому фільтрувальному папері на протязі 10 діб при температурі 25°С. Перед термостатуванням замочене насіння сосни витримували 2 доби при температурі 4°С в темряві для стратифікації. Для дослідів відбирали проростки довжиною 50-60 мм, з яких отримували також протопласти, та насіння.

Рослини тютюну (Nicotiana tabacum) були отримані з стерилізованого насіння, що пророщували на твердому агаризованому середовищі MS (Murasige, Skoog, 1962) в контрольованих умовах: 25°С, 25 W/m2, фотоперіод складав 16 годин на протязі 5 неділь. Для експериментів відбиралися молоді листки. В частині експериментів з молодих листків тютюну отримували протопласти.

В експериментах опромінювали проростки сосни, молоді листки тютюну, насіння сосни та протопласти цих рослин. Для деяких варіантів дослідів протопласти та насіння сосни опромінювали гамма-променями за допомогою кобальтового гамма-приладу "Исследователь" (Росія) з потужністю дози 0,063 Гр/с. Протопласти сосни опромінювались в дозах 20,40 та 50 Гр. Крім того, протопласти тютюну та сосни, проростки сосни та молоді листки тютюну, насіння сосни опромінювали рентгенівськими променями за допомогою приладу РУМ-17 (Росія). Ці об'єкти опромінювали з потужностями опромінення: 4 сГр/хв, 8 сГр/хв, 25 сГр/хв, 46 сГр/хв, 84 сГр/хв та 118 сГр/хв в дозах: 9,6 сГр, 24 сГрта48 сГр.

Одним з показників променевого ураження насіння сосни було проростання насіння, що визначалось за формулою: n„=no/nt, де:

П„ - процент проростання насіння;

По - загальна кількість насіння, що було поставлено на проростання;

П[ - кількість насінин, що проросли на 10 день після замочування.

Виділення протопластів. Протопласти виділяли з проростків сосни та молодих листків тютюну за стандартною методикою (Драйпер и др., 1991). Ферментний розчин містив: 1 % Onozuka R 10 (Yakult Biochemicals, Японія), 0,75 % Macerozyme R 10 (Yacult Biochemicals, Японія) 0,75 % Cellulase (Ferak, Німеччина), 0,75 % Pectinase ( Ferak, Німеччина), 0,5 M цукрозу, 50 мМ CaCl2, (pH 5,5). Протопласти інкубували в 1 мл середовища В-5 (Gamborg et. al. 1968). Час інкубування протопластів після опромінення в деяких варіантах дослідів сягав 6 годин. Для деяких експериментів до середовища В-5 з протопластами сосни додавали інгібітор полімераз а та а - афідіколін (Sigma, США) в концентрації 50 мг/мл (With et. al.,

1995). При використанні протопластів для аналізу ДНК методом пульс-електрофорезу протопласти сосни (0,2 мл) ресуспендували в рівному об'ємі 1 % -

низькоплавкої агарози (Biorad, США), збалансованої на середовищі W-5 при 37°С та давали застигнути, після чого додавали ще 0,2 мл середовища В-5.

Життєздатність протопластів визначали за стандартною методикою (Штругер 1976).

Аналіз ДНК протопластів проводили методом пульс-електрофорезу (ПЕФ) в агарозних гелях. Після опромінення протопластів в агарозних блоках їх лізували, варіюючи при цьому тривалість проміжку часу між опроміненням та подальшим лізисом. Препарати протопластів лізували 200 мкл розчину: 2,5 М NaCl, 1 % Triton Х-100 (Ferak, Німеччина) (pH 9,0). Витримували протягом 1,5 години при 4°С, після чого розчин зливали, додавали 200 мкл середовища ESP (Дейвис и др., 1990) та інкубували 16 годин при 37°С. Для підвищення чутливості методу ПЕФ, препарата ДНК піддавали обробці Sl-нуклеазою 100 ME (Amersham, Великобританія) (Maniatis 1982). Для цього агарозні вставки відмивали протягом 30 хв, додаючи 1 мл розчину ТЕ (Maniatis 1982), після чого до вставок додавали ТЕ - буфер, який містив

0,5 мМ фенілметилсульфонілфториду (ФМСФ, Serva, Німеччина), і інкубували в термостаті при 37°С 40 хв. На наступному етапі вставки відмивали в 1 мл ТЕ -буферу протягом 30 хв (Maniatis 1982). Після цього зразки розміщували у 150 мкл буфері для S1- нуклеази (Maniatis 1982) і інкубували при 37°С протягом 3 годин. Реакційну суміш охолоджували до 0°С, зливали, агарозні зразки відмивали в ТЕ-буфері. Після цього ДНК зразків розділяли за допомогою ПЕФ. На кожну доріжку в гелі наносили приблизно 1-3 мкг ДНК. Електрофоретичне розділення ДНК здійснювали за допомогою приладу "Диапульс" (Росія) згідно методики (Elia et. аі., 1993) Умови проведення: напруга 85 В, 199 мА, час пульсу 45 хв протягом 14 годин. Потім протягом 7 годин час пульсу складав 20 хв. На наступному етапі протягом З годин час пульсу складав ЗО с. Після проведення електрофорезу гель фарбували протягом 10 хв розчином бромистого етидію (Sigma, США) в концентрації 20 мкг/мл та фотографували (Maniatis 1982).

ДНК виділяли з проростків сосни та насіння сосни, а також з молодих листків попону, що були занурені у рідкий азот в різний час після опромінення. Виділення проводили в пробірках типу Eppendorf 1,5мл за допомогою ДСН та протеїнази К згідно стандартної методики (Драйпер и др., 1991).

Аналіз загальної ДНК рослинних тканин проводили методом лужного глектрофорезу в агарозних гелях. Електрофорез проводили за методикою (Maniatis 1982). Умови електрофорезу були такі: 28 В, 30 мА на протязі 18 годин при температурі 4 °С. Після електрофорезу агарозний гель нейтралізували на протязі 45 кв в буфері: ЇМ Tris-HCl (pH 7,6), 1,5М NaCl. Після цієї процедури гель занурювали в розчин бромистого етидію (Sigma, США) з концентрацією 20 мкг/мл. Після проведення електрофорезу гель фарбували протягом 10 хв розчином бромистого гтидію (Sigma, США) в концентрації 20 мкг/мл та фотографували (Maniatis 1982).

Для кількісної оцінки ступеня ушкодженості ДНК використовували метод лужної денатурації з подальшим розділенням фракції однониткової та двониткової ДНК на колонці з гідроксилапатитом за методикою, що описана (Решетников и др.,

1996). В обох фракціях кількість ДНК визначали спектрофотометрично на спектрофотометрі СФ-2У (Росія). Частка однониткової ДНК в загальному вмісті

біополімеру відображала ступінь ушкодженості і була виражена у відносних одиницях: N=M/Mic де М - відношення кількості однониткової ДНК до загальної кількості ДНК зразку, Мк - відношення кількості однониткової ДНК в контролі до загальної кількості ДНК в контролі.

Для перевірки даних досліди повторювали три рази. Статистично обробку експериментальних даних проводили за допомогою комп’ютерної програми MicroCal Origin 3.1, при цьому для оцінки достовірності даних використовували Т -тест (аналіз двох популяцій), також вираховували стандартну помилку.

Розділ 3. Особливості змін в ДНК насіння соснн звичайної, що було

опромінене з різною потужністю низькодозовим опроміненням.

Результати вивчення проростання насіння сосни звичайної, що отримали за 2 роки свого формування різну дозу хронічного опромінення, та оцінка життєздатності протопластів, які отримані з проростків цього насіння, та були додатково опроміненні гостро гамма-променями в дозах 20 та 40 Гр, свідчать про те, що для цих показників спостерігається складна залежність від дози. Встановлена більша радіочутливість протопластів та насіння, що за два роки свого формування отримало дозу 0,03 Гр, ніж протопластів та насіння, що за той же період отримало З Гр та 6 Гр, причому показники життєздатності при поглиненій дозі хронічного опроміненій в 3 Гр майже не відрізняється від контролю. Нелінійна залежність ефекту від дози може бути обумовлена тим, що під час свого формування в насінні сосни міг накопичитись певний рівень прихованих пошкоджень, які могли реалізуватися в подальшому.

Для якісного аналізу характеру змін в ДНК протопластів сосни з різних ділянок 30-км зони ЧАЕС використовували метод пульс-електрофорезу ДНК в агарозних гелях. Для перевірки ефективності роботи систем репарації ДНК, а також вивчення кінетики деградації ДНК, протопласти з різною кумулятивною дозою опромінення додатково опромінювали гостро гамма-променями в дозах 20 і 50 Гр. При гострому опроміненні протопластів в дозі 20 Гр, для всіх варіантів, де лізис відбувався безпосередньо після опромінення, властива наявність треку фрагментованої ДНК, що вказує на протікання процесів деградації ДНК. В зразках, які були інкубовані протягом 4 годин після опромінення в дозі 20 Гр, треки фрагментованої ДНК були майже непомітні, але цей феномен стосується лише тих протопластів, які зазнали впливу хронічного опромінення. Якщо насіння не зазнавало такого впливу (контроль), характер треку фрагментованої ДНК після 4 годин інкубації не відрізнявся за характером в зразках без додаткової інкубації. ДНК зразків, що отримали дозу хронічного опромінення 0,03 Гр, при додатковому опроміненні в дозі 50 Гр ДНК дуже сильно деградує. У випадку контрольних зразків та зразків, що отримали дозу хронічного опромінення 6 Гр, певний рівень деградації спостерігається на 4 годині після додаткового опромінення. ДНК з протопластів, що отримало за 2 роки дозу 3 Гр, практично не має тенденції до деградації. Таким чином можна припустити, що насіння, яке за час свого формування отримало дозу З Гр, має більш високі репараційні здатності, порівняно з іншими зразками.

При аналізі ДНК хроматографічно були виявлені "приховані" пошкодження ДНК в протопластах, що досліджувались без додаткового опромінення. Аналіз дозової залежності відносної кількості однониткової ДНК в протопластах продемонстрував фис. 1), що при дозі додаткового гострого опромінення в 20 Гр кількість эдно ниткової ДНК зменшується порівняно з цим показником при дозі в 40 Гр. При додатковому гострому опроміненні в дозі 20 Гр протопластів з насіння, що отримали цози хронічного опромінення 3 Гр та 6 Гр, показник кількості однониткової ДНК уіайже не відрізнявся від контролю вже через ЗО хвилин після гострого опромінення. Цікаво те, що при інкубації клітин протягом 4 годин рівень однониткової ДНК реєструвався нижчим, ніж значення цього показника для неопромінених додатково іразків. Аналогічні залежності спостерігаються і при опроміненні цих протопластів в тозі 40 Гр. Таким чином, процес елімінації більш інтенсивно відбувається у іротопластів, насіння яких отримало кумулятивну дозу 3 Гр.

’ис. 1 Зміни показішка кількості однониткової ДНК у протопластів сосни, шо зазнали дії іронічного опромінення та були опроміненні додатково гостро.

Іо осі абсцис - час після опромінення, год; по осі ординат - значення в відносних одиницях (до іаралельного контролю) показника кількості однониткової ДНК

^ - доза гострого опромінення 20 Гр; 1 - контроль; 2 - доза хронічного опромінення 3 Гр; 3 - доза ронічного опромінення б Гр

І - доза гострого опромінення 40 Гр; 1 - контроль; 2 - доза хронічного опромінення 0,03 Гр; 3 -оза хронічного опромінення 3 Гр; 4 - доза хронічного опромінення 6 Гр

При хроматографічному аналізі ДНК опроміненого рентгенівськими променями :асіння сосни звичайної в дозах 48 сГр та 24 сГр з різними потужностями дози иявлено, що відносна кількість однониткової ДНК при опроміненні значно вища за онтрольний рівень (рис. 2). Але цей показник не є постійною величиною для евної дози, і характеризується відсутністю прямої залежності від потужності дози, іинятком при цьому виступає рівень однониткової ДНК для зразків, що були промінені в дозі 48 сГр і потужності 84 сГр/хв, у цьому випадку ця характеристика рактично не відрізнялась від контрольного рівню.

При опроміненні насіння сосни в дозі 24 сГр показник кількості однониткової ДК в проростках цього насіння був вищий за контрольний для малих потужностей оз: 4 сГр/хв, 8 сГр/хв, 25 сГр/хв, а для інших потужностей доз рівень однониткової ДК був незначно нижчий за контрольний (рис. 3). Рівень однониткової ДНК в роростках з насіння, що було опромінене в дозі 48 сГр коливається хвилеподібно і ає три максимуми для потужностей опромінення 8 сГр/хв, 46 сГр/хв та 118 сГр/хв і два мінімуми для потужностей 25 сГр/хв та 84 сГр/хв. Для'режимів опромінення

з потужностями 25 сГр/хв та 84 сГр/хв відносна кількість однониткової ДНК пракгачі не відрізняється від контролю див.рис. 3.

Таким чином, в протопластах сосни, що отримали дози хронічного опромінення ЗІ та 6 Гр при додатковому опроміненні в дозах 20 Гр та 40 Гр, можуть ініціюватю потужні індуцибельні системи відновлення, що відрепаровують наслідки гострої опромінення. Ці системи не індукуються, якщо доза хронічного опромінення складаї

0,03 Гр. Проведені досліди показують, що довготривале опромінення низь» інтенсивності насіння, що формується, в певних дозових діапазонах, може збільппп здатність відновлювати ДНК в клітинах дорослого організму при дії гострої опромінення в досить високих дозах та модифікувати деякі показники життєздатнос насіння. З вищезазначеного матеріалу видно, що навіть відносно короткочасі опромінення насіння низькодозовим опроміненням в деяких випадках може призводи! до збільшення рівню пошкоджень ДНК в подальших поколіннях клітин, що обумовлег реалізацією частини "прихованих" пошкоджень ДНК.

0 Ч 8 25 46 и Пі

Рис. 2 Зміни відносної кількості

однониткової ДНК в насінні сосни, в залежності від потужності дози опромінення рентгенівськими променями.

По осі абсцис - потужність дози опромінення, сГр/хв; по осі ординат - значення в відносних одиницях ( до паралельного контролю) показника кількості однониткової ДНК 1 - контроль; 2 - доза опромінення 24 сГр; 3 -доза опромінення 48 сГр

Рис. З Зміни показника кількості однониткової ДНК в проростках сосни, насіння яких було опромінене в дозах 24 сГ] (А) та 48 сГр (В) з різною потужністю дозі опромінення

По осі абсцис - потужність дози опромінення сГр/хв; по осі ординат - значення в відносни: одиницях ( до паралельного контролю показника кількості одношггкової ДНК 1 - контроль; 2 - ДНК з проростків, що булі отримані з опроміненого насіння

різно

Розділ 4. Вплив ішзькодозового рентгенівського опромінення інтенсивності на вихід пошкоджень ДНК у рослинних протопластів.

При опроміненні протопластів сосни з потужністю дози 4 сГр/хв в дозі 9,6 сГр рівен однониткової ДНК був нижчий за контрольний весь час після опромінення (рис. 4] Якщо доза опромінення складала 24 сГр, то в перші хвилини після опромінення рівен однониткової ДНК був вищий за контроль, а при подальшій інкубації протопластів пісдо

шромінення він знижувався і коливався в межах контрольного рівню. При опроміненні і дозі 48 сГр, в перші хвилини після опромінення спостерігався підвищений вихід юшкоджень ДНК, але з часом рівень ушкодженості ДНК знижувався, і на 6 годині після зпромінення він був менший за контрольний. Можна припустити, що тільки при шроміненні в дозі 48 сГр починають діяти окремі ланки індуцибельних репаративних троцесів, бо рівень однониткової ДНК суттєво нижчий контрольного на 6 годині інкубації після опромінення.

При опроміненні протопластів сосни з потужністю дози 8 сГр/хв, для дози зпромінення 9,6 сГр відмічений рівень одноштсової ДНК, що нижчий за контроль. При зпроміненні в дозі 24 сГр, показник кількості однониткової ДНК на 6 годині після зпромінення стає нижчим за контрольний. Напевно, при такій потужності опромінення відбувається активація окремих ланок адаптивної відповіді вже при дозі опромінення 24 сГр. У випадку опромінення протопластів з інтенсивністю 8 сГр/хв в дозі 48 сГр рівень однониткової ДНК на 6 годині інкубації після опромінення наближався до контрольного, що, напевно, обумовлено насиченістю ємності, як вже активованих так і конститутивних репаруючих систем.

'ис. 4 Зміни показника кількості однониткової ДНК в протопластах сосни після опроміпсння в юзах 9,6 сГр (!), 24 сГр (2), 48 сГр (3), в залежності від потужності дози опромінення.

Іо осі абсцис - потужність дози опромінення, сГр/хв; по осі ординат - значення в відносних ідиницях (до паралельного контролю) показника кількості однониткової ДНК

- 0 год після опромінення; В - 1 год після опромінення; С - 4 год після опромінення; Б - б год іісля опромінення

Якщо протопласти сосни опромінювали з потужністю дози 25 сГр/хв в дозі 9,6 сГр, то спостерігався понижений рівень однониткової ДНК, порівняно з контролем. Вірогідно, що такий понижений рівень обумовлений тим, що конститутивна система репарації елімінує всі пошкодження геному. Якщо доза опромінення складала 24 сГр, спостерігалося підвищення виходу пошкоджень ДНК, тоді як при дозі опромінення 48 сГр відбувалося зниження показника кількості однониткової ДНК на 1 та 6 годині після

опромінення, що може бути обумовлено запуском повного каскаду процесів адаптивно відповіді. В такому випадку опромінення з такою інтенсивністю в дозі 24 сГр є тта інтервалом, де індукції адаптивної відповіді в повному обсязі не відбувається, а ємнісп існуючих репаративних систем вже вичерпана, тому вихід пошкоджень ДНК почина перевищувати контроль.

Був проведений дослід, де клітини опромінювали з еквівалентним фракціонувавши в дозі 48 сГр (24 сГр+-24 сГр) та потужностями 25 сГр/хв та 8 сГр/хв (рис 5). Видно, щ< при додатковому опроміненні з потужністю дози 8 сГр/хв через 1 годину в еквівалентнії дозі, значно знижується показник кількості однониткової ДНК, і стає нижчім з; контроль. Додаткове опромінення на 4 годині після першого також знижує цеі показник, але більш повільно. Можливо, що при другому опроміненні з інтенсивністю і сГр/хв через годину після першого може відбуватись активація додаткового синтез] ферментів репарації, що присутні в клітині і в нормальних умовах. У випаду, колі друге опромінення відбувалося через годину після першого з інтенсивністю 25 сГр/хв спостерігається ситуація, коли показник однониткової ДНК підвищується. Таю поведінку кривої можна пояснити з позицій того, що опромінення в такш радіочутливий момент веде до того, що частина пошкоджень, спричинений опроміненням, може призводити до послаблення коректорської функції деяких ДНК полімераз (Москальова, Илюшна 1990; Спирин 1990) 3 іншого боку, коли повторні опромінення проводили через 4 години після першого, то в цій ситуації мабуп відбувається повна елімінація всіх пошкоджень, бо на момент 4-го динної інкубації прі одноразовому опроміненні в дозі 24 сГр рівень однониткової ДІЖ наближався д( контрольного.

Коли опромінення протопластів сосни проводили в дозі 24 сГр з потужностями ! сГр/хв і 25 сГр/хв та в присутності афідіколіну - інгібітору полімераз а та ст (рис. 6) характер залежностей виходу однониткової ДНК від потужності дози опроміненій змінюється. При опроміненні з потужністю дози 8 сГр/хв показник кількост однониткової ДНК збільшувався. Таке збільшення обумовлене тим, що афідіколії блокує роботу ДНК-полімераз а та ст, тому можливості репаративної системі зменшуються і відбувається підвищення рівню однониткової ДНК. Видно, що прі опроміненні протопластів з потужністю 25 сГр/хв в присутності афідіколіну, згодо\ вихід пошкоджень ДНК зменшується. Як було зазначено раніше, цей ефект може буп обумовлений тим, що опромінення з такою інтенсивністю в дозі 24 сГр здатж послабляти коректорські функції ДНК-полімераз при інцизійному процесі, внаслідої чого збільшується кількість помилок при репарації, і вихід пошкоджень ДНК збільшується (Спирин 1990).

При опроміненні протопластів сосни з потужністю дози 46 сГр/хв в дозі 48 сГр видно суттєве зниження рівню однониткової ДНК на 6 годині інкубації. Такий прояі ефекту можна пояснити тим, що при опроміненні в такому режимі, крім конститутивню систем репарації, додатково активується синтез репараційних ферментів, що існують і клітині в нормальних умовах. Напевно, при потужності дози опромінення 46 сГр/хі відбувається зміщення в дозовий діапазон 9,6 сГр активації синтезу репаруючго ферментів, що функціонують у клітинах і при нормальних умовах. У випадку, коли дозг опромінення складала 24 сГр, а потужність опромінення 46 сГр/хв, спостерігаєш» ситуація, при якій існуючі в клітині репаративні системи працюють на межі

перенавантаження, але активації всього каскаду захисних механізмів адаптивної відповіді не відбувається.

Якщо потужність дози складала 84 сГр/хв. а доза 24 сГр, рівень однонигкової ДНК ставав менше контрольного. Швидше за все що при опроміненні в дозах 24 та 48 сГр відбувається активація систем адаптивної відповіді в повному обсязі. У випадку, коли протопласти сосни звичайної опромінювали в такому режимі але в дозі 9,6 сГр, спостерігається повна елімінація всіх пошкоджень ДІЖ системами консішутивної репарації, крім того додатково синтезуються репаративні ферменти, що функціонують в клітині і в нормальних умовах.

При опроміненні протопластів сосни з потужністю дози 118 сГр/хв та дозі 24 сГр слід звернути увагу на те, що реєструється незначне підвищення показника кількості однониткової ДНК, і величина цього показника практично не змінюється у часі. Такий ефект обумовлений тим, що відбувається перевантаження роботи конститутивних і вже частково індукованих систем репарації.

Як це не дивно, але ДНК протопластів тютюну має більшу чутливість до дії низьких рівнів радіації, ніж у протопластів сосни. У випадку опромінення протопластів тютюну опромінювали з потужністю дози 4 сГр/хв (рис. 7) найнижчій рівень однонигкової ДНК спостерігається при опроміненні в дозі 24 сГр. Цей показник практично не змінює своїх характеристик у часі. Дуже схожа ситуація спостерігається і при опроміненні протопластів тютюну з потужністю 8 сГр/хв в тій же самій дозі. При дозі опромінення 9,6 сГр та потужності 4 сГр/хв показник однонигкової ДНК знижується майже до контрольного за досить короткий проміжок часу, а у випадку з опроміненням при потужності 8 сГр/хв цей показник реєструвався навіть нижче контрольного рівню. Можна припустити, що при опроміненні в дозі 9,6 сГр з потужністю 4 сГр/хв та 8 сГр/хв конститутивна репаративна система клітини спроможна практично повністю відновити всі пошкодження ДНК. Мінімального значення показник однонигкової ДНК протопласти з тютюну набуває при опроміненні в дозі 24 сГр. При збільшені дози до 48 сГр вихід пошкоджень ДНК починає знову їбільшуватись, що обумовлене поступовим насиченням ємності репаруючих систем клітини Якісно інша ситуація спостерігається при опроміненні протопластів тютюну з потужністю 25 сГр/хв, мінімальна кількість однониткової ДНК спостерігається, коли поза опромінення складає 24 сГр. Крім того підвищення виходу однониткової ДНК реєструється і при опроміненні в дозі 9,6 сГр. Мабуть, за умови такого опромінення зідбувається перевантаження роботи конститутивних репаративних систем, а активація тотужних систем адаптивної дозі опромінення 48 сГр. Подібний характер виходу зднониткової ДНК спостерігається і при опроміненні протопластів тютюну з ютужністю дози 46 сГр/хв. При подальшому збільшенні потужності опромінення до 54 та 118 сГр/хв відмічено деяке зменшення рівню однониткової ДНК у випадку утриманої дози 9,6 сГр. Напевно, таке зниження рівня однониткової ДНК обумовлене іктивацією додаткового синтезу ферментів репарації, що функціонують в клітині і за юрмальних умов. Системи адаптивної відповіді починають працювати в повному збсязі лише при дозі опромінення 48 сГр. Слід зазначити, що при опроміненні іротопластів тютюну в дозі 48 сГр та потужності 118 сГр/хв система адаптивної іідповіді працює на межі насичення, тому що рівень однониткової ДНК наближається (О контрольних меж.

Треба зауважити, що адаптивна відповідь складний і багатоегапний процес, можлива ситуація, коли при певних дозбвих навантаженнях вже починають працюваї деякі початкові ланки цього процесу, але-цього навантаження не достатньо для запуск повного каскаду реакцій адаптивної відповіді. Активації початкових ланок адапгавні відповіді, зокрема активації синтезу ферментів репарації, що функціонують в клітині і нормальних, може не вистачати щоб повністю елімінувати всі пошкодження ДНК, запуску повного каскаду реакцій адаптивної відповіді не відбувається. В такій ситуап слід очікувати підвищення виходу пошкоджень ДНК у опромінених клітин. Таки чином, при опроміненні протопластів сосни та тютюну з різними потужностями низькодозовому діапазоні, доза опромінення 24 сГр може бути тою критичної величиною, при якій може відбуватися підвищення, порівняно з контролем, ВИХОД] пошкоджень ДНК, що обумовлено фактом неспроможності елімінації всіх пошкоджек ДНК, що утворились внаслідок опромінення. '

■1 ■ 2

□ з

□ 4

05

А

1.3 1.2 1.1

1.0 0,9 0.8 0,7

°-6 и

о 4 сГр б _Ь_

Рис. 5 Зміни ■ показника кількості однониткової ДНК протопластів сосни в залежності від режиму опромінення.' Протопласти опромінювали в дозі 48 сГр з еквівалентним фракціонуванням (24 сГр+24 сГр).

По осі абсцис - час після першого опромінення, год; по осі ординат - значення в відносних одиницях ( до паралельного контролю) показника кількості однониткової ДНК

А - друге опромінення відбувалося через 1 годину після першого; В - друге опромінення відбувалося через 4 години після першого 1 - контроль; 2 - опромінення з потужністю 8 сГр/хв; 3 - опромінення з потужністю 8 сГр/хв без фракціонування; 4 - опромінення з потужністю 25 сГр/хв; 5 - опромінення у потужністю 26 сГр/хв без фракціонування

0 14 6

Рис. 6 Зміни показника кількост

однониткової ДНК протопластів сосни, щ були опроміненні в дозі 24 сГр, в залежносі від потужності дози опроміненій

Протопласти інкубувались в присутносі афідіколіву.

По осі абсцис - час після опромінення, год; п осі ординат - значення в відносних одиницях до паралельного контролю) показник

однониткової ДНК 1 - контроль; 2 - контрол

в присутності афідіколін; 3 - опроміненій потужністю 8 сГр/хв; 4 - опромінення потужністю 8 сГр/хв в присутносі афідіколіну; 5 - опромінення з потужністю 2 сГр/хв; 6 - опромінення з потужністю 2 сГр/хв в присутності афідіколіну

Розділ 5. Характер ушкодженості ДНК клітин проростків сосни, що були опромінені рентгенівськими променями різної інтенсивності в низькодозовому діапазоні.

Результати лужного електрофорезу зразків ДНК проростків сосни, що були опромінені при різній інтенсивності та відразу після цієї процедури лізовані демонструють, що при дозі опромінення 24 сГр найбільший рівень пошкоджень ДНК по відношенню до контролю спостерігається дня зразків з потужністю дози 8 сГр/хв. Якщо доза опромінення складала 48 сГр, при,ішенсивносіі дози 8 сГр/хв та 118 сГр/хв спостерігається найбільший рівень ушкодженості ДНК. Хроматографічний аналіз ДНК продемонстрував, що при потужності дози опромінення 4 сГр/хв та дозі 24 сГр реєструється найвшции показник однониткової ДНК відразу після опромінення, але з гасом значення цього показнику зменшується (рис. 8). Подібна картина спостерігається і три опроміненні проростків в дозі 24 сГр з потужністю 8 сГр/хв.

,5 .3 .1

19 і,7 І с

!з

0 50 100 150

А

В

не. 7 Зміни показника кількості однониткової ДНК в протопластах тютюну після опромінення в ззах 9,6 сГр (1), 24 сГр(2), 48 сГр (3).

о осі абсцис — потужність дози опромінення сГр/хв; по осі ординат — значення в відносних іиницях (до паралельного контролю) показника кількості однониткової ДНК.

— через 0 год після опромінення; В - через 1 год після опромінення; С - через 4 год після іромінення; О - через б год після опромінення

У цьому випадку виходить, що найвищому рівню однониткової ДНК відразу після іпромінення відповідає найменше значення цього показника на 6 годині після іпромінення, вказує на повільне протікання процесів відновлення ДНК. При іпроміненш проростків в дозі 9,6 сГр з тими самими потужностями спостерігається іезначне підвищення рівню одношпкової ДНК, що практично не змінюється весь естований період часу. Цілком ймовірно, що при таких умовах опромінення ідновлення пошкоджень відбувається за рахунок конститутивних репараційних систем літин. У випадку дози опромінення 48 сГр та потужності дози 4 сГр/хв у проростків осни реєструється знову підвищення показника однониткової ДНК, що вказує на слабкі датності відновлення. При опроміненні проростків з потужністю 8 сГр/хв, з часом еєструється поступове зменшення показника ушкодженості ДНК. Причому, тут також

спостерігається, хоча і в меншій ступені, тенденція відповідності - чим вил ушкодженість ДНК відразу після опромінення, тим нижчий буде цей показник згодо після опромінення.

При опроміненні з потужністю дози 25 сГр/хв та дозі опромінення 9,6 сГр найвиїщ рівень однонигкової ДНК реєструється відразу після опромінення, а найнижчий на годині після опромінення. Напевно таке збільшення потужності дози опромінені призводить до зміщення запуску процесів відновлення в область менших доз. Пр опроміненні в дозах 24 сГр та 48 сГр видно, що показник кількості однонигкової ДНК і 6 годині після опромінення вищий, ніж зареєстрований відразу після опроміненн Рівень однонигкової ДНК на 6 годині після опромінення практично не відрізняється дг цих доз. Можливо це і є той самий випадок, коли рівень пошкоджень ДНК вище контрольного і не залежить від величини дози опромінення (область "плато"), п обумовлено роботою систем БОБ-відповіді (Гераськин 1998).

Рис. 8 Зміни показника кількості однонигкової ДНК в проростках сосни після опромінення в дозах 9,6 сГр (1), 24 сГр (2), 48 сГр (3).

По осі абсцис - потужність дози опромінення сГр/хв; по осі ординат - значення в відносних одиницях (до паралельного контролю) показника кількості однонигкової ДНК.

А - через 0 год після опромінення; В - чер.?з 1 год після опромінення; С - через 4 год після опромінення; И - через б год після опромінення

Якщо проростки сосни опромінювали при потужністю дози 46 сГр/хв, рівен однонигкової ДНК при дозі опромінення 9,6 сГр збільшувався з часом. Можливо, щ при такій інтенсивності опромінення також спостерігається активація систем БОБ відповіді. Ситуація, яка спостерігається при опроміненні в більш високих дозах, напевні вже обумовлена тим, що в цьому випадку відбувається перехід клітин в "аварійний режим роботи (Гераськин 1998). Вірогідно, що ефекти, які реєструється при опроміненн проростків сосни з потужностями дози 84 сГр/хв та 118 сГр/хв, обумовлена подібнимі процесами, що і при опроміненні з потужністю дози 46 сГр/хв. Ймовірно, що прі посиленні інтенсивності опромінення, відбуваються зміни не тільки на рівні клітин, але на рівні цілого організму. З такої позиції коливання показника однонигкової ДНК, що

>еєструється, обумовлене не тільки репараційними процесами, але і станом ДНК в слітинному ядрі, що пов'язаний з стадією клітинного циклу та фізіологічною функцією слітини.

З вищезазначеного матеріалу видно, що по критерію виходу однониткової ДНК іід потужності дози/дози опромінення клітини проростків сосни є більш чутливими Ю впливу низькодозового опромінення, ніж протопласти цієї рослини. В наведених іозових діапазонах фактор потужності дози опромінення є важливим чинником, що юже змінювати характер процесів відновлення.

ВИСНОВКИ

1. Хронічне іонізуюче опромінення насіння сосни в дозах 0,03 Гр, 3 Гр та 6 Гр за геріод його формування індукує "приховані" пошкодження ДНК. Пошкодження, що формувались внаслідок хронічного опромінення в дозах 3 та 6 Гр, виступають жтиваторами систем відновлення.

2. При опроміненні сухого насіння сосни в дозах 24 сГр та 48 сГр спостерігається ростання рівню ушкодженності ДІЖ. Кількість пошкоджень ДНК визначається наченням потужності дози опромінення. Для проростків, що отримані з опроміненого асіння, не відмічено прямої залежності рівня ушкодженості ДНК з цим показником в :асінні.

3. При опроміненні проростків сосни характерна більша чутливість ДНК до впливу изькодозового опромінення, ніж для протопластів цієї рослі гай.

4. При опроміненні протопластів сосни в дозі 24 сГр з потужністю дози в 25 сГр/хв а 118 сГр/хв спостерігається зростання рівню ушкодженості ДНК. Ці обставини відчать про те, що при таких режимах опромінення системи репарації’, що в данний гоменг функціонують в клітині, не спроможні елімінувати всі пошкодження ДНК.

5. Опромінення протопластів сосни в дозі 24 сГр та в присутності інгібітора >ерменгів репарації афідіколіну може призвести як до збільшення, так і до зменшення івня ушкодженності ДНК, що визначається показником потужності дози опромінення.

6. При опроміненні протопластів тютюну відмічається тотожна залежність між івнем пошкодження ДНК, режимом опромінення та фактором часу після опромінення. [НК протопластів тютюну є більш чутливою до впливу низькодозового опромінення ізної інтенсивності, ніж ДНК протопластів сосни.

7. При низькодозовому опроміненні з різною потужністю дози клітин сосни та ютюну, існують такі потужності дози і дози опромінення, вплив яких не призводить до ктивації додаткових ланцюгів системи відновлення, а постійно існуючі в клітині ідновлювальні системи вже не в змозі елімінувати всі радіаційно-індуковані ошкодження ДНК.

ПЕРЕЛІК РОБІТ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Соколов Н.В., Ісаенков С.В., Сорочинський Б.В. Хронічне опромінення в малих дозах здатне модифікувати показники життєздатності насіння сосни звичайної (Pinus silvestris) // Цитол. и генетик,- 1998.- Т. 32., №4,- С. 65 - 71.

2. Исаенков С.В., Соколов С.В., Сорочинский Б.В. Биологические эффекты ионизирующего излучения в малых дозах. Анализ современных подходов и концепций // Пробл. Чорнобильскої Зони відчуження - 1998,- №5.- С. 102 - 112.

3. Isaenkov S.V., Sokolov N.V., Sorochinsky B.V. Genom changes in pine seeds after irradiation // Photosyn. : Mechanisms and Effects. - 1998. - Vol. V. - P. 4101 - 4104.

4. Исаенков C.B., Сорочинский Б.В., Соколов H.B., Гродзинский Д.М. Радиационно-индуцированные изменения в геноме семян сосны, сформировавшихся в условиях хронического облучения в Зоне отчуждения ЧАЭС // Укр. биохим. журн. - 1999. - Т. 71., № 4. - С. 103 - 106.

5. Исаенков С.В., Соколов С.В., Сорочинский Б.В. Регистрация скрытых повреждений генома облученных семян сосны методом пульс-электрофореза // 3 Съезд по радиационным исследованиям (Москва, 14 -17 октября 1997), - Тезисы докладов. - Пущино, 1997. - Том 1. - С. 169

6. Ісаєнков С.В., Соколов С.В., Сорочинський Б.В. Хронічне опромінення насіння сосни звичайної під час його формування впливає на геном та модифікує показники життєздатності насіння // Міжнародна конференція "Онтогенез рослин в природному та трансформованому середовищі" (Львів, 1-4 липня 1998). - Матеріали міжнародної конференції - Львів, 1998. - С. 202 - 203.

7. Isaenkov S.V., Sokolov N.V., Sorochinsky B.V. Pine seeds genome changes after irradiation// XI International Congress on Photosintesis (Budapest, 17-22 August 1980): Abstr. - Budapest, 1998. - P. 207.

8. Ісаенков С.В. Вплив афідіколіну та потужності дози на характер виходу пошкоджень ДНК в протопластах сосни, опромінених в дозі 0,25 Гр //Науково-практична конференція молодих вчених “Інтегративність функцій рослинного організму” (Київ, 3-4 вересень 1998). - Тези доповідей - Київ, 1998. - С. 39 - 41.

9. Isaenkov S.V., Sorochinsky B.V. the role of chronic irradiation intensity in the induction of DNA singlebreakes // International Conference " Diagnosis and Treatment of Radiation injury ( de Doelen Rotterdam, 30 August - 3 September 1998): Abstr. - Rotterdam, 1998 - P. 46.

10. Sorochinsky B.V., Zelenaya L.B., Isaenkov S.V. Microevolution processes among coniferous plants from the Chernobyl Exclusion zone // II International Symposium on Plant Biotechnology (Kiyv, 4-8 October 1998): Abstr. - Kyiv, 1998. - P. 125.

SUMMARY

Isaenkov S.V. The influence of dose intensity irradiation on DNA-damages issuer in plant cells. - Manuscript.

Thesis for competition on scientific degree of the candidate of biological sciences on the speciality 03.00.01 - radiobiology. Kiyv University by Taras Shevchenko. Kyiv, 1999.

The thesis includes data about issuer of DNA-damages in plant cells irradiated with different dose intensities at low level dose. The dose intensity influence at low dose range on the character of DNA-damages issuer has been investigated. It was demonstrated that the dose intensity is sufficient for forming the answer of Nicotiana tabacum and Pinus silvestris cells by DNA damages index on influence of low dose irradiation. The dependence of DNA-damages issuer on dose intensity irradiation has complicated character and does not correlate with the value of dose intensity and absorbed dose. It was detected the increased DNA-damages issuer for some condition af irradiation. The fact of hidden damages realisation in pine seeds after low dose irradiation was registrated. Higher radiosensivity of pine shoots in comparison with зіпе protoplasts on low dose irradiation was registrated.

Key words: dose intensity, low dose irradiation, DNA-damages, DNA-repair, Drotoplasts, shoots, seeds.

ШОТАЦІЯ

Ісаєнков C.B. Вплив потужності дози на вихід пошкоджень ДНК в рослинних слітинах. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.01. - радіобіологія, Київський університет імені Тараса Певченка. Київ 1999.

Захищається дисертаційна робота, яка містить данні про вихід пошкоджень [ЩК в рослинних клітинах, що були опромінені з різною потужністю дози онізуючим низькодозовим опроміненням. Досліджено вплив фактору ютужності дози в низькодозовому діапазоні на характер виходу пошкоджень ЩК. Було показано, потужність дози є важливим чинником в формуванні >еакції відповіді клітин тютюну (Nicotiana tabacum) та сосни звичайної (Pinus ilvestris), по критерію виходу пошкоджень ДНК, на низькодозове опромінення. Іалежності виходу пошкоджень ДНК від потужності дози опромінення мають :кладний характер і не корелюють з величиною потужності та дози шромінення. При деяких режимах опромінення виявлений підвищений вихід юшкоджень ДНК в порівнянні з контролем. Зареєстрований факт реалізації ірихованих пошкоджень в насінні сосни, що було опромінене в низькодозовому цапазоні. Показана більша радіочутливість проростків сосни, ніж протопластів іієї рослини на вплив низькодозового опромінення.

Ключові слова: потужність дози, низькодозове опромінення, хронічне іпромінення, пошкодження ДНК, репарація ДНК, протопласти, проростки, (асіння.

АННОТАЦИЯ

Исаенков С.В. Влияние мощности дозы на выход повреждений ДНК в растительной клетке. - Рукопись

Диссертация на соискание научной степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.01 - радиобиология, Киевский университет имени. Тараса Шевченка. Киев, 1999.

Защищается диссертационная работа, которая содержит данные о выходе повреждений ДНК в растительных клетках, которые были облучены с разной мощностью дозы в низкодозовом диапазоне. Появляется все больше експерементальных данных, свидетельствующих о нелинейном характере проявления биологических эффектов в низкодозовом диапазоне. Существует, по крайней мере, две причины, которые обуславливают особенности биологического действия низкодозового ионизирующего облучения. Первая связана с возможностью качественных изменений в распределении по клетке событий поглощения энергии. Вторая связана с молекулярными механизмами, которые формируют реакции клетки на облучение. Можно предположить, что в формировании реакции клетки на слабое воздействие внешнего фактора главное значение имеют триггерные молекулярные механизмы, которые обуславливают переключение клетки в новый режим функционирования.

Исследовано влияние фактора мощности дозы облучения в диапазоне низких доз на характер выхода повреждений ДНК. Показано, что мощность дозы является важным фактором в формировании ответной реакции клеток табака ОЛсоНапа юЬассит) и сосны обыкновенной (Ртш яНупо критерию выхода повреждений ДНК, на низкодозовое облучение. Зависимости выхода повреждений ДНК от мощности дозы облучения имеют сложный характер и не корелируют с величиной мощности и дозы облучения. При некоторых режимах облучения отмечен повышенный выход повреждений ДНК в протопластах, клетках семян и проростках по сравнению с контрольным уровнем. Зарегистрирован факт реализации скрытых повреждений ДНК у семян сосны, облученных ионизирующим гамма - и рентгеновским излучением в низкодозовом диапазоне. Отмечена роль некоторых ДНК-полимераз в процессах элиминации повреждений ДНК в протопластах сосны.

Установлено, что хроническое ионизирующее облучение низкой интенсивности может модифицировать некоторые показатели жизнеспособности семян сосны, а в некоторых случаях увеличивать восстановительные способности при дополнительном остром гамма -облучении. Показано, что проростки сосны отличаются большей радичувствительностью, чем

изолированные протопласты этого растения при облучении в низких дозах.

Полученные результаты свидетельствуют в пользу недостаточной обоснованности применения общепринятой на данный момент линейно-безпороговой концепции. Повышенный выход повреждений ДНК в тестируемом дозовом диапазоне объясняется на основе предложенной гипотезы, которая состоит в том, что существует определенный диапазон доз, в котором конститутивные репаративные системы уже не в состоянии элиминировать все повреждения ДНК, индуцированные облучением, а активации индуцибельной репаративной компоненты не происходит вследствие недостаточной величины индукции повреждений ДНК ионизирующим облучением за временной интервал.

Ключевые слова: мощность дозы, низкодозовое облучение, хроническое облучение, повреждения ДНК, репарация ДНК, протопласты, проростки, семена.