Адаптивный ответ у потомков первого поколения, отцы которых

БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ И ФИЗИКА
УДК 614.876
ББК 28.70
Ахмадуллина Юлия Рафисовна
ассистент
кафедра радиационной биологии
Челябинский государственный университет
г. Челябинск
Аклеев Александр Васильевич
доктор медицинских наук,
профессор
заведующий кафедрой радиационной биологии
Челябинский государственный университет
Уральский научно-практический центр радиационной медицины Федерального
медико-биологического агентства
г. Челябинск
Akhmadullina Iuliia Rafisovna
assistant lecturer
Department of Radiation Biology
Chelyabinsk State University
Chelyabinsk
Akleyev Alexander Vasilievich
Doctor of Medical Science,
Professor
Head of the Department of Radiation Biology
Chelyabinsk State University
Urals Research Center for Radiation Medicine
Chelyabinsk
z9449@mail.ru
Адаптивный ответ у потомков первого поколения, отцы которых подверглись хроническому радиационному воздействию
Adaptive response in first-generation offspring of fathers
chronically exposed to radiation
В данной работе представлена оценка адаптивного ответа в лимфоцитах
периферической крови у потомков первого поколения, отцы которых подверглись хроническому радиационному воздействию вследствие проживания на радиоактивно-загрязненных территориях бассейна р. Теча. Результаты показали,
что распределение индивидуумов по характеру на адаптирующее воздействие
не отличалось от контроля.
The current paper presents the results from assessment of the adaptive response
in peripheral blood lymphocytes for first-generation offspring whose fathers were
chronically exposed to radiation due to residence in the contaminated areas of the
174
БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ И ФИЗИКА
Techa River basin. The results have shown that the distribution of the individuals according to the character of response to the adaptive exposure does not differ from that
in the controls.
Ключевые слова: лимфоциты периферической крови, микроядра, адаптивный ответ, потомки облучённого населения.
Key words: peripheral blood lymphocytes, micronuclei, adaptive response,
offspring of the exposed population.
Актуальность работы
Радиационно-индуцированная нестабильность генома может быть одним
из проявлений отдаленных генетических последствий облучения человека. Для
поколения потомков, родившихся от облучённых родителей, на клеточном и
субклеточном уровне нестабильность генома может выражаться в виде увеличения частоты различных генных и геномных перестроек, изменения характера
рекомбинаций, а также степени экспрессии генов. Нестабильность генома, в
том числе унаследованная от облучённых родителей способствует повышению
чувствительности к действию как внешних (включая повторное облучение), так
и внутренних факторов, участвующих в формировании генетического гомеостаза [1,2] и является фундаментом для формирования мультифакториальных
заболеваний.
Проявлением нестабильности генома считается повышение радиочувствительности и нарушение индукции адаптивного ответа в клетках [3,4].Ранее в
группе людей, подвергшихся облучению на р. Теча, было обнаружено статистически значимое снижение облученных лиц с адаптивным ответом по сравнению с контролем. Авторы предполагают, что снижение доли лиц с адаптивным ответом может быть проявлением нестабильности их генома [5]. Исследования в популяции неэкспонированных людей позволили выявить снижение
частоты хромосомных аберраций после рентгеновского облучения лимфоцитов
in vitro по схеме: адаптирующая доза + повреждающая доза [6]. В тоже время
способность к адаптивному ответу у потомков первого поколения облучённого
населения изучено недостаточно полно.
175
Цель исследования: изучить способность к адаптивному ответу Тлимфоцитов периферической крови у потомков первого поколения отцов, подвергшихся хроническому радиационному воздействию.
Материалы и методы
В данной работе были обследованы потомки первого поколения (далее
потомки), отцы которых подверглись хроническому радиационному воздействию в результате сброса жидких радиоактивных отходов ПО «Маяк». Дозы облучения гонад отцов были обусловлены как внешним γ- излучением, так и
внутренним излучением, за счет поступления в организм радионуклидов (137Cs,
95
Zr, 95Nb, 106Ru) [7].
При формировании группы потомков были использованы следующие
критерии включения в группу обследованных лиц:
1. Отец потомка проживал в одном из населённых пунктов, расположенных на побережье реки Теча в период с 1950 по 1959 г.
2. Матери потомков не подвергались радиационному воздействию вследствие проживания на загрязненных радионуклидами территориях реки Теча и
ВУРСа.
3. Потомки были рождены и проживали на незагрязненных радионуклидами территориях.
4. Пациенты не подвергались терапевтическому воздействию ионизирующей радиации.
5. Пациенты не контактировали с химическими мутагенами в силу их
профессиональной деятельности
6. Пациенты не имели в анамнезе сахарного диабета, онкологических и
аутоиммунных заболеваний.
В группу сравнения (контроль-отцы и контроль-потомки) вошли лица, проживающие на незагрязненных территориях тех же административных районов
Челябинской области, что и облучённые отцы и их потомки первого поколения.
176
БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ И ФИЗИКА
Как видно из таблицы 1, общее число лиц группы отцов и контрольных
отцов сопоставимо между собой. Население прибрежных районов реки Теча
практически было представлено представителями двух этнических групп: славяне (в основном русские) и тюркиты (татары и башкиры приблизительно в
равном соотношении). В группу облучённых, так же как и в контрольную группу включены представители обеих этнических групп. Средний возраст отцов в
основной группе составил 69,1 года, в контрольной группе – 69,8 года.
Таблица 1 – Распределение обследованных отцов по возрасту и этнической принадлежности
Группы
Возраст, лет Этническая группа
М±m
славяне
тюркиты
(min-max)
n, чел.
доля,
n, чел.
доля,
%
40
%
60
Облучённые отцы
69,1±4,2
13
20
n=33
(63-76)
Контроль-отцы
69,8±6,1
15
54
13
46
n=28
(61-80)
Из таблицы 2 можно видеть, что возрастной состав на момент обследования в группе потомков и в группе контрольных потомков был сопоставим, диапазон возрастов колебался от 24-х до 55-и лет. Средний возраст потомков приближался к 40 годам (27-52 лет), в контрольной группе средний возраст составил около 38 лет (24-55 лет). В группе сравнения преобладали женщины. Как
среди потомков первого поколения облучённых отцов, так и в контроле представлены две этнические группы - славяне и тюркиты.
Таблица 2 – Возрастной, половой
групп потомков
Группы
Возраст, Пол
лет
мужчины
М±m
n,
до(minчел. ля,%
max)
Потомки
40,4±5,0 24
46
n=52
(27-52)
Контроль- 38,1±7,2 11
22
потомки
(24-55)
n=50
и национальный состав обследованных
женщины
Этническая группа
славяне
тюркиты
n,
дочел. ля,%
n,
чел.
доля, n,
%
чел.
доля,
%
28
54
16
31
36
69
39
78
37
74
13
26
177
Оценка возможности влияния ионизирующего излучения на формирование лимфоцитов с микроядрами у потомков проводилась в зависимости от гонадной дозы облучения отцов в год зачатия потомков. В работе использовались
сведения по дозам предоставленные сотрудниками биофизической лаборатории ФГБУН УНПЦ РМ рассчитанные ими с использованием дозиметрической
системы TRDS-2009 [8]. Индивидуальные значения доз преконцептивного облучения гонад отцов составили 3 – 500 мГр, среднее значение – 110±16 мГр.
Цитогенетические повреждения в лимфоцитах крови изучали с помощью
микроядерного теста [9]. Краткая схема использованного метода состоит в следующем: для каждого пациента в три культуральных флакона добавляли по 0,7
мл крови, 3,3 мл среды RPMI 1640, 20%-ную сыворотку крупного рогатого скота, 7 мкг/мл ФГА. Флаконы с кровью инкубировали в CO2– инкубаторе при 37˚
С. Через 24 часа от начала инкубации третью пробу крови от каждого пациента
облучали в адаптирующей дозе 0,05 Гр. Через 29 часов от начала инкубации
вторую и третью пробу подвергали γ-облучению в дозе 1 Гр. Облучение проб
производилось на установке ИГУР-1 (60Со, мощность дозы 0,0017 Гр/с). Через
48 часов от начала инкубации во все пробы добавляли 70 мкл рабочего раствора цитохолазина Б в DMSO. Через 72 часа от начала инкубации пробы обрабатывали гипотоническим раствором КCl и фиксировали в смеси этанол-уксусная
кислота. На следующем этапе готовили препарат и затем его окрашивали по
Романовскому-Гимза[10].
Для каждого пациента оценивали спонтанный уровень лимфоцитов с
микроядрами; радиочувствительность лимфоцитов после облучения in vitro в
дозе 1 Гр и 0,05+1 Гр. При помощи критерия χ2 оценивали достоверность различий между радиочувствительностью лимфоцитов каждого человека после
облучения в адаптирующей и проявляющей дозах по сравнению с облучением
только в ударной дозе и далее делили обследованных лиц на 3 группы: с достоверным адаптивным ответом, с достоверным повышением радиочувствительности и без изменения реакции лимфоцитов на адаптирующее воздействие.
178
БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ И ФИЗИКА
Результаты и обсуждение
Как показано в таблице 3, адаптивный ответ наблюдался в группе облученных отцов у 12% индивидуумов, а повышение радиочувствительности - у
18 % индивидуумов, что не отличается от группы контрольных отцов.
В группе потомков, чьи отцы были облучены, адаптивный ответ был зарегистрирован у 6% индивидуумов, повышение радиочувствительности – у
15% индивидуумов. Распределение индивидуумов по характеру ответа на дополнительное адаптирующее воздействие в группе потомков не отличается от
контрольной группы потомков и от группы облучённых отцов.
Таблица 3 - Распределение обследованных индивидуумов по характеру
ответа на адаптирующее облучение
Группа
Адаптивный Повышение радиочувст- Нет изменений в реакответ
вительности
ции на адаптирующее
воздействие
абс., отн.,
абс.,
отн,
абс., чел.
отн.,
чел. %
чел.
%
%
Отцы
4
12
6
18
23
70
Контрольотцы
Потомки
4
13
4
13
22
74
3
6
8
15
41
79
Контроль- 3
6
8
16
39
78
потомки
На следующем этапе, нами было изучено распределение индивидуумов
относительно их реакции на адаптирующее воздействие ионизирующей радиации (рисунок 1).
Рисунок 1. Распределение обследуемых лиц в зависимости от ответа на
адаптирующее облучение
179
По оси абсцисс отмечена разность между частотой лимфоцитов с микроядрами после облучения по схеме 5 сГр + 1 Гр и частотой лимфоцитов с микроядрами после однократного облучения в дозе 1Гр. Отрицательные значения
получались в том случае, если частота лимфоцитов с микроядрами после облучения в дозе 5сГр + 1Гр снижалась относительно однократного облучения в дозе 1Гр. Положительные значения получались в том случае, если частота лимфоцитов с микроядрами после двойного облучения (5 сГр+1 Гр) была выше,
чем после однократного облучения в дозе 1Гр. Как видно из рисунка 1 изменение частоты клеток с микроядрами после двукратного облучения относительно
однократного соответствует нормальному распределению: р=0,57 – для группы
потомков, и р=0,98 – для группы облучённых отцов (одновыборочный критерий Колмогорова-Смирнова).
При изучении распределения индивидуумов в контрольных группах было
выяснено, что распределение индивидуумов по их реакции на адаптирующее
воздействие также относится к нормальному (р=0,77- для группы потомков и
р=0,99 – для группы отцов).
Полученные данные подтверждают факт, что адаптивный ответ на малую
дозу ионизирующего излучения наряду с феноменом повышения радиочувствительности является разновидностью общебиологического явления индивидуальной стресс-реакцией клетки, вызванной внешним воздействием [3].
Библиографический список
1. Canimoglu S. The cytogenetic effects of food sweetener maltitol in human
peripheral lymphocytes [Текст] /S. Canimoglu, E. Rencuzogullari// Drug. Chem.
Toxicol. - 2006. - V. 29. - № 3. - Р. 269-278.
2. Fadok V. A. Different populations of macrophages use either the vitronectin
receptor or the phosphatidylserine receptor to recognize and remove apoptotic cells
[Текст] / V. A. Fadok, J. S. Savill, C. Haslett, D. L. Bratton,D. E. Doherty, P. A.
Campbell, P. M. Henson // J. Immunol. - 1992. - V. 149. - Р. 4029.
3. Ингель Ф.И. Перспективы использования микроядерного теста на
лимфоцитах крови человека, культивируемых в условиях цитокинетического
блока [Текст] /Ф.И. Ингель // Экологическая генетика. – 2006. – Т. 4. - №3. – С.
7-19.
180
БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ И ФИЗИКА
4. Засухина
Г.Д.
Адаптивный
ответ
–
общебиологическая
закономерность: факты, гипотезы, вопросы [Текст] / Г.Д. Засухина //
Радиационная биология. Радиоэкология. – 2008. – Т.48. - № 4. – С. 464-473.
5. Аклеев А. В. Адаптивные способности лимфоцитов крови у жителей
Южного Урала, подвергшихся хроническому облучению [Текст] / А. В. Аклеев,
А. В. Алещенко, В. Я. Готлиб, О. В. Кудряшова и др. // Радиационная
биология. Радиоэкология. – 2004. – Т. 44. - № 4. - С. 426-43.
6. Sanderson B.J.Exposure of human lymphocytes to ionizing radiation reduces mutagenesis by subsequent ionizing radiation [Текст] /B.J. Sanderson , A.A.
Morley// MutationResponse. - 1986. - Т.164. - № 6. – С. 347-351.
7. Медико-биологические и экологические последствия радиоактивного
загрязнения реки Теча[Текст]: Под ред. А.В. Аклеева, М.Ф. Киселева. – М. –
2000. – 531 с.
8. Tolstykh E.I. Reconstruction of long-lived radionuclide intakes for Techa
riverside residents: 137Cs[Текст] /E.I. Tolstykh, M.O. Degteva, L.M. Peremyslova,
et al // Health Phys. – 2013. – V.104 - №5. - P.481-98.
9. Fenech M. Solutions to the kinetic problem in the micronucleus
assay[Текст] / M. Fenech, А. Morley // Cytobios. – 1985. V.43. – P. 233-246.
10. Пелевина И.И. Радиоиндуцированный адаптивный ответ у детей и
влияние на него внутренних и внешних факторов[Текст] / И.И. Пелевина, Г.Г.
Афанасьев, А.В. Алещенко и др. // Радиационная биология. Радиоэкология. –
1999. – Т.39. - №1. – С. 106-113.
Bibliography
1. Canimoglu S. The cytogenetic effects of food sweetener maltitol in human peripheral lymphocytes [Text] / S. Canimoglu, E. Rencuzogullari // Drug. Chem.
Toxicol. - 2006. - V. 29. - № 3. - P. 269-278.
2. Fadok V. A. Different populations of macrophages use either the vitronectin
receptor or the phosphatidylserine receptor to recognize and remove apoptotic cells [
Text ] / V. A. Fadok, J. S. Savill, C. Haslett, D. L. Bratton, D. E. Doherty, P. A.
Campbell, P. M. Henson // J. Immunol. - 1992. - V. 149. - Р. 4029.
3. Ingel F.I. Prospects for the use of micronucleus test on human lymphocytes
cultured in the conditions of cytokinetyc block [Text] / F.I. Ingel // Ecological genetics . - 2006. - V. 4. - № 3. - P. 7-19.
4. Zasukhina G.D. Adaptive response - a general biological law: facts, hypotheses, questions [Text] / G.D.Zasukhina // Radiation Biology. Radioecology. - 2008. V.48. - № 4. - P. 464-473.
5. Akleyev A.V. Adaptive capacities of blood lymphocytes in the Southern Urals
residents exposed to chronic irradiation [Text] / A.V. Akleyev, A.V.Aleshchenko,
V.Y. Gottlieb , O.V.Kudryashov , etc. // Radiation biology . Radioecology. - 2004. V. 44. - № 4. - P. 426-43.
6. Sanderson B.J. Exposure of human lymphocytes to ionizing radiation reduces
mutagenesis by subsequent ionizing radiation [ Text ] / B.J. Sanderson, A.A. Morley
// Mutation Response. - 198. - V.164. - № 6. - P. 347-351.
181
7. Medical-biological and environmental consequences of radioactive contamination of the Techa River [Text]: Ed. A.V. Akleyev, M.F.Kiselyov. - M. - 2000. –
P.531.
8. Tolstykh E.I. Reconstruction of long-lived radionuclide intakes for Techa riverside residents: 137Cs [Text] / E.I. Tolstykh, M.O. Degteva, L.M. Peremyslova, et al
// Health Phys. - 2013. - V.104 - № 5. - P.481- 98.
9. Fenech M. Solutions to the kinetic problem in the micronucleus assay [Text] /
M. Fenech, A. Morley // Cytobios. - 1985. V.43. - P. 233-246.
10.Pelevina I.I. Radiation-induced adaptive response in children and the impact on
their internal and external factors [Text] / I.I.Pelevinа , G.G. Afanasyev, A.V.
Aleshchenko etc. // Radiation Biology . Radioecology. - 1999. - V.39. - № 1. - P.
106-113.
182