Индукция РИНГ активными формами кислорода

Уже более десяти лет имеет место быть теория, согласно которой причина РИНГ связана с постоянно увеличенным внутриклеточным уровнем активных форм кислорода (свободных радикалов). С первого взгляда все кажется логичным и понятным: как было разобрано в подразделе 2.1, спонтанный мутагенез, независимо от конкретных внешних/внутренних причин его индукции, вызывается свободными радикалами кислорода, которые равномерно повреждают молекулу ДНК. РИНГ, по определению, это увеличение частоты спонтанного мутагенеза, и главным типом мутаций при РИНГ являются, как уже отмечалось, точковые [РП6, AL17, AL21, AM36, AM40, AM41, AS19, AT8, AW28]. Вроде бы ясно: в нестабильных клонах должно иметься что-то, какой-то агент, который постоянно вызывает повреждения ДНК, поддерживая повышенный мутагенез или другие неблагоприятные процессы (подавление пролиферации, гибель и пр.; см. выше). На роль подобного агента как раз и подходят свободные радикалы. Уже в 1998 г. в обзоры по РИНГ попал этот также практически канонизированный механизм ее индукции, обусловленный перманентным повышением уровня свободных радикалов у потомков исходно облученной клеточной популяции [AW27]. Эти воззрения остаются в соответствующих публикациях до самого последнего времени, причем формулировка все та же [AW28].

Первичным же источником окислительный ашентов — активных форм кислорода и производных нитроксида (ионов и радикалов нитроксида и пероксинитрита), как полагают, является повреждение мембран митохондрий, в результате чего происходит дисфункцию этих органелл [РМ2, РМ3, РМ12, AD4, AU18].

Между тем, если подходить строго, мы имеем совокупность только косвенных данных, да и то недостаточных для понимания собственно механизма (об этом — ниже). Представим сводку[66] тех результатов, что поддерживают свободнорадикальную гипотезу.

1) Для клеток с нестабильностью генома, независимо от причины феномена, характерен повышенный уровень активных форм кислорода:

· Нестабильные клетки с атаксией телангиэктазией, имеющие сниженную репарацию ДНК, находятся в состоянии перманентного окислительного стресса [AR3, AW9].

· Агенты, индуцирующие окислительный стресс, индуцируют и нестабильность генома. В том числе это относится и к УФ (фибробласты китайского хомячка V79, кератиноциты человека и др.) [AD1, AD4, AD29].

· В клетках с РИНГ продемонстрирован увеличенный уровень активных форм кислорода и продуктов перекисного окисления липидов в опытах in vitro (клетки костного мозга, гибридные клетки CHO, линия GM10115, лимфобласты человека) [AC9, AL11, AL12, AR1, AR17, AR18]. Первая подобная публикация — от 1996 г. [AC9].

· В клетках гемопоэтической ткани мышей радиочувствительных линий после облучения in vivo обнаружено наследование как предрасположенности к нестабильности хромосом, так и способности к генерации повышенных количеств окислительных радикалов [AW7].

2) Выращивание облученных кератиноцитов человека линии HaCaT в присутствии антиоксидантов изменяло выраженность проявления РИНГ [AM37].

3) Воздействие ионизирующей радиации на клетки-прародители (линия GM10115) на фоне ингибиторов окислительного стресса (DMSO, глицерина и цистеамина) снижает проявления РИНГ у клонов-потомков [AL14]. Сходные закономерности обнаружены и для отсроченных hprt -мутаций после облучения УФ в присутствии антиоксидантов (наибольший эффект отмечен у восстановленного глутатиона) [AD3].

4) Радиационное воздействие на нормальные эмбриональные клетки человека в условиях гипоксии (2% кислорода) подавляло ряд отсроченных генетических эффектов и гибель клеток-потомков по сравнению с генерациями из контрольных клеток, облучавшихся при 20% кислорода [AR15].

5) Показаны аномалии и дисфункции в митохондриях (основных внутриклеточных продуцентах активных форм кислорода) для генетически нестабильных клеток-гибридов GM10115 при РИНГ [AL11, AK19, AK18].

6) Фермент окислительного стресса гемоксигеназа 1 индуцируется в клонах лимфобластов человека, выведенных из подвергавшихся рентгеновскому облучению клеток, но не из контрольных, необлученных клеток [AR17]. После воздействия радиации на нормальные фибробласты человека перманентное увеличение уровня активных форм кислорода приводило к отсроченной индукции белка TP53 (индуктор апоптоза) [AR18].

7) Передача повреждающего/стимулирующего сигнала от облученных клеток необлученным («эффект свидетеля») через клеточные контакты или через среду инкубации может опосредоваться, в том числе, свободными радикалами или окисью азота [AA12, AA13, AA14, AB16, AL17, AM10, AM11, AM34, AS24, AS25, AS26, AS28, AS29]. Ингибиторы окисляющих соединений и антиоксиданты подавляют указанный эффект: инактиватор окиси азота [AS26], DMSO [AB16], супероксиддисмутаза [AI9, AL22], ингибитор NADP H-оксидазы [AL22], лактат, депренил [AM51] и каталаза [AI9]. Однако прямого отношения перечисленные в данном пункте работы к индукции РИНГ не имеют: в качестве немишенных «эффектов свидетеля» выступали другие, неотсроченные в поколениях параметры повреждения генома. Известна, правда, работа 2005 г. по индукции путем «эффекта свидетеля» нестабильности генома у потомков исходно облученных УФ клеток (по hprt -мутациям) [AD3]. В данном случае антиоксиданты подавляли именно передаваемый через среду от облученных клеток отсроченный в поколениях мутагенез. Но — не от ионизирующей радиации.

Вот основные сведения относительно «индукции РИНГ путем генерации активных форм кислорода», что служит, вкупе с эпигенетической передачей, вторым почти канонизированным механизмом. Сведения, повторим, только косвенные. К тому же и не во всех исследованиях получена поддержка данной теории. Например, на культурах иммортализованных гемопоэтических клеток мышей CBA показано, что после облучения отсроченное подавление пролиферативной активности и другие проявления РИНГ наблюдаются независимо ни от белка p53, ни от продукции активных форм кислорода [AM13].

Тем не менее, как можно видеть, помимо теоретической логики о РИНГ как об активации спонтанных повреждений (а они индуцируются преимущественно свободными радикалами), есть немало и подтверждающих косвенных экспериментальных данных. Но настоящие доказательства все же отсутствуют, если подходить строго. Ведь ясно, что нестабильность генома — это именно нестабильность, которая может обусловливать непредсказуемые дефекты не только в генах репарации ДНК, но и в генах антиоксидантной защиты. Чем первые лучше вторых? Понятно, что нестабильные клоны хуже справляются не только с внешними, но и с внутренними неблагоприятными факторами даже нормального клеточного метаболизма (см. подраздел 2.1). Это реализуется в накоплении свободных радикалов. Вот почему уровень активных форм кислорода и продуктов перекисного окисления липидов при РИНГ повышен. Но что здесь причина, а что — следствие?

В свою очередь, опосредованное нестабильностью накопление свободных радикалов способно повреждать ДНК и вызывать еще большую нестабильность. Вот почему ингибиторы окислительных процессов снижают проявления РИНГ. Можно сказать: снижают, даже если антиоксиданты вводили в среду при облучении п рародительской популяции. Но понятно и это: уменьшается уровень повреждений ДНК в первичной, родительской культуре, и у потомков наследуемые эффекты индуцируются в меньшей степени.

Передача «эффекта свидетеля» через свободные радикалы? И здесь почти то же: экзогенные свободные радикалы даже без посредства посторонних клеток способны много каких повреждений и эффектов (в том числе стимулирующих [РК36, AK25]) индуцировать [AD1, AD4, AD29, AN23]. И если клетку облучили, то из-за повышенного эндогенного уровня таких радикалов они вполне могут выходить в культуральную среду (или передаваться через клеточные контакты).

Вот и все. На наш взгляд, следует отдавать себе отчет в том, что и механизм индукции РИНГ через свободные радикалы — все еще только гипотеза, несмотря на более чем 10-ти-летнее исследование. И эта гипотеза нисколько не лучше индукции РИНГ через некие неизвестные повреждения ДНК в облученных клетках-прародителях.

Дата добавления: 2015-07-20