Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
PAGE 14
EMBED SigmaPlotGraphicObject.4
EMBED SigmaPlotGraphicObject.4
EMBED SigmaPlotGraphicObject.4
ЛЕКЦИИ ДЛЯ СТУДЕНТОВ 4 КУРСА
КАФЕДРА «РАДИОНУКЛИДНАЯ МЕДИЦИНА»
В конце лекции имеются вопросы для контроля
РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ
Лекция 6
ПРОБЛЕМЫ ПОСТРАДИАЦИОННОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ
Свойство восстанавливаться от повреждений – одно из основных свойств живых организмов, столь же универсальное, как и размножение, наследственность, изменчивость (мутагенез), передача и сохранение информации от поколения к поколению, рост и дифференцировка. Одним из характерных свойств живой материи является поддержание постоянства строения и состава каждого из уровней ее организации.
Восстановление на уровне популяций после нанесенного ущерба происходит путем размножения уцелевших особей до тех пор, пока численность популяции не достигнет некоторого значения, «стандартного» для организмов данного вида и данных условий обитания. Если выше М-концентрации, то может происходить отмирание. Популяция автоматически регулирует свою численность, чтобы не погибнуть от перенаселения.
Посттравматическая репарация (ранка заживает) организма – это способ восстановления частей многоклеточных организмов за счет постоянного обновления и регенерации популяции клеток, составляющих этот организм. У некоторых животных могут отрастать части тела, у ящерицы – хвост, у тритона – лапы, у краба – глаз или клешня, у садовой улитки – голова (!).
Физиологическое восстановление (регенерация), которая восстанавливает убыль популяции (например, клеток крови, слизистых оболочек и т.д.)
Восстановление на уровне клетки. Ампутация части цитоплазмы у амёбы можно проводить много раз, и если ядро не повреждено, амёба будет вновь и вновь «доращивать» себя, регенерировать. Способность к посттравматической регенерации присуща не только амёбам. У дрожжей и бактерий, используя специальные приёмы, «отдирали» лоскутки клеточной оболочки; у мышечных клеток млекопитающих отрезали кусочки разных размеров. Результаты всегда были одинаковыми: если ядро оставалось неповрежденным, клетки возвращались к исходным размерам и форме. Всё это похоже на посттравматическую регенерацию у многоклеточных организмов. С той лишь разницей, что у высших организмов поврежденные участки заживают благодаря размножению уцелевших клеток, а здесь процесс восстановления происходит на клеточном уровне.
Следовательно, если у клеток повреждается только цитоплазма, а не ядро, клетки восстанавливали свою форму и размеры, что похоже на посттравматическую регенерацию многоклеточных организмов. Это означает, что на уровне клетки постоянно происходит восстановление посредством физиологической регенерации.
Впервые свойство восстанавливаться от летальных лучевых повреждений было доказано в опытах с УФ излучением, а получить восстановление удалось под влиянием видимого света. Отсюда и название такой формы восстановления – фотореактивация. Оказалось, что бактерии могут фотореактивировать не только повреждения генетического аппарата, которые возникают в их собственных клетках, но и повреждения фаговых частиц, если бактериальные клетки заразить фаговыми частицами, пораженными УФ светом, а затем комплекс фаг–бактерия осветить видимым светом.
Ферменты фотореактивации обнаружены в глубоко расположенных тканях, что свидетельствует о существовании глубоко проникающего УФ света. (посмотреть брошюру Корогодин В.И., Корогодина Ю.В.). Сюда снова напомнить об излучении Вавилова–Черенкова. Широкое распространение явления фотореактивации означает, что возникло это восстановление на заре эволюции. Можно полагать, что способность фотореактивироваться сложилось у клеток в то далекое время, когда земная атмосфера была бедна кислородом, растений было мало, и земная атмосфера не содержала защитного слоя озона.
Если облученные УФ светом клетки кишечной палочки высевать на питательную среду не сразу после облучения, а выдерживать в течение 4-5 часов , а для дрожжей 10-24 ч в непитательной среде, их выживаемость оказывается в несколько раз выше. Количество клеток в контрольной популяции за это время не изменяется. Такое восстановление названо Liquid Holding Recovery (LHR). Было показано, что такое восстановление происходит при любой задержке размножения клеток (антибиотик хлорамфеникол, обедненная питательная среда, пониженная температура культивирования [?]).
По аналогии с фотореактивацией можно было думать, что бактерии, способные к темновому восстановлению от УФ повреждений, смогут восстанавливаться от таких повреждений, сформированных в фаговых частицах. Такое восстановление было обнаружено Host Cell Reactivation (HCR) – восстановление клеткой-хозяином.
Доказательства реальности именно восстановления от потенциально летальных повреждений, а не размножения клеток, были получены в трех схемах экспериментов, общим для которых была задержка первого пострадиационного деления клеток.
Первая схема названа методом предельных разведений, когда в каждой пробирке в непитательной жидкости находилась в среднем одна облученная клетка. Пусть выживаемость равна 0,1%, концентрация клеток 102 клеток/мл. Разольем их в 100 пробирок. После восстановления S = 80%. Тогда из каждой пробирки вырастут 80 колоний. А если шло размножение выживших клеток, то число клеток было бы повышенным только в 10 пробирках из 100. Такой схемой опыта впервые было доказана способность клеток восстанавливаться от радиационных повреждений. За доказательство такого восстановления мой учитель и друг профессор В.И. Корогодин получил официальный диплом открытия. Такой же диплом за открытие способности клеток восстанавливаться от хромосомных повреждений получен проф. Н.В. Лучником. Оба они работали в нашем экспериментальном секторе нашего Центра.
Вторая схема – выдерживание облученных клеток между слоями непитательного агара. В этом случае клетки не могли после деления отделиться друг от друга. Если питательные вещества добавлять тотчас после облучения клеток, лишь малая часть их образует колонии. Если питательную среду добавить через 24–48 часов после облучения, то колонии образовывали 80 клеток из 100 высеянных на питательную среду (S = 80%). Однако если бы происходило размножение клеток, то колонии образовали бы только 10 колоний (S = 10%).
Третья схема – задержка деления происходила химическими токсикантами (циклогексимид Надежда Краснопевцева, 1970; динитрофенол). Эти опыты показали, что восстановление идет тем полнее, чем позже после облучения клетки начинают делиться.
Репарация повреждений ДНК – процесс метаболический; она осуществляется многочисленными ферментами, постоянно присутствующими в клетке и участвующими как в нормальном метаболизме, так и в биохимическом процессе восстановления различных повреждений ДНК, в том числе радиационных. Поскольку процессы пострадиационного восстановления являются ферментативными процессами, то их интенсивность, а, следовательно, и судьба облученной клетки зависят от общего уровня клеточного метаболизма.
Для осуществления процессов репарации (восстановления) требуется энергия. Если образование АТФ подавить, например, фторидом натрия, то скорость восстановления снижается. Клетки с дефектами в энергетической системе (т.н. дыхательные мутанты) не восстанавливаются от радиационных повреждений, поскольку процессы восстановления идут при осуществлении энергетического обмена. Было показано, что процессы восстановления сопровождаются заметным усилением дыхания – облученные и находящиеся в состоянии восстановления клетки потребляют почти на 20% больше кислорода, чем необлученные клетки или клетки, неспособные к пострадиационному восстановлению. Если клетку лишить кислорода или сбраживаемых углеводов, восстановление прекратится. Значит для восстановления требуется постоянный приток энергии. Во-вторых, чтобы шли процессы восстановления, в клетках должен осуществляться синтез белка – не такой интенсивный как в растущих и размножающихся клетках, но вполне ощутимый, поддающийся измерению.
Какова же роль энергетического обмена и синтеза белка в обеспечении процессов восстановления? Прежде всего, это нужно, конечно, для бесперебойного синтеза репарационных ферментов – эндонуклеаз, ДНК-полимераз, экзонуклеаз, лигаз и др.
В процессе восстановления не все радиационные повреждения восстанавливаются – имеется необратимый компонент лучевого поражения. Выход клеток в процессе восстановления на плато (т.е. существование необратимого компонента) нельзя объяснить исчерпанием в клетках энергетических ресурсов, обеспечивающих восстановление. Для доказательства этого положения, если после выхода кривой восстановления на плато повторно облучить клетки, то они способны восстанавливаться так же качественно, как и после первого облучения. При этом уровень, до которого они будут восстанавливаться клетки, будет ещё ниже. Опыты были проведены для γ-облучения.
Рис. 1
Рис. 2
На рис. 2 А приведены кривые выживаемости дрожжевых клеток Saccharomyces ellipsoideus (vini) штамм Мегри 139-В, облученных различными дозами γ-квантов 60Со без тепловой обработки (кривые 1, 1') и с предварительной тепловой обработкой (60 ºС) в течение 3 (кривые 2, 2'), 6 (кривые 3, 3') и 12 (кривые 4, 4') минут. Клетки были высеяны на питательную среду как сразу после облучения (кривые 1, 2, 3, 4), так и после выдерживания их в режиме пострадиационного восстановления в течение 80 ч в непитательной среде (кривые 1', 2', 3', 4').
На рис. 2.Б представлены кривые восстановления этих же клеток после последовательного воздействия гипертермией и ионизирующим излучением. Клетки были облучены без нагрева (кривая 1) и с предварительным нагревом (60 ºС) в течение 3 мин (кривая 2), 6 мин (кривая 3) и 12 мин (кривая 4) и высеяны на питательную среду в разное время после воздействия тепла и радиации. Видно, что число выживших клеток, увеличивающееся со временем, достигало плато через трое суток. Предварительный нагрев клеток при 60 ºС в течение 3 и 6 минут замедлял скорость восстановления, определяемую тангенсом угла наклона кривых восстановления к оси абсцисс. Более того, 12-минутный нагрев клеточной суспензии при 60 ºС полностью подавлял процесс пострадиационного восстановления.
Результаты одновременного действия γ-квантов 60Со и гипертермии на дрожжевые клетки приведены на рис. 3А. Возрастание температуры, при которой происходило облучение клеток, в диапазоне 20–40 ºС не влияло на изменение радиочувствительности клеток (кривая 1). Дальнейшее увеличение температуры облучаемой суспензии до 45 (кривая 2), 50 (кривая 3) и 55 ºС (кривая 4) приводило к прогрессивному повышению радиочувствительности клеток. Кривая выживаемости при температуре облучаемой суспензии 55 ºС становится экспоненциальной.
Рис. 3.
На рис. 3 А представлены зависимость выживаемости диплоидных дрожжевых клеток Saccharomyces ellipsoideus (vini), штамм Мегри 139-В, от дозы γ-квантов 60Со (А) и от продолжительности пострадиационного восстановления облученных клеток в непитательной среде при 30 °С (Б). Клетки были облучены при различных температурах клеточной суспензии: (кривая 1: темные кружки – 20 °С, светлые треугольники – 30 °С, темные треугольники – 35 °С, светлые квадраты – 40 °С), 45 °С (кривая 2), 50 °С (кривая 3), 55 °С ( кривая 4). Облученные клетки высевали на питательную среду сразу после облучения (А) или после различных сроков пострадиационного восстановления (Б)
Если t достаточно велико (например, для дрожжевых клеток оно составляет 2–3 суток), то кривая восстановления выходит на плато. Обозначим этот момент времени знаком бесконечности (∞). Для этого момента времени
. (1.6)
В этом выражении Dэф(∞) – эффективная доза, соответствующая плато кривой восстановления, изображающей изменение выживаемости клеток от продолжительности их выдерживания в пострадиационный период в условиях, способствующих восстановлению. Dэф(t) стремится к D(∞) при t, стремящемся к бесконечности. Отношение называют необратимым компонентом радиационного поражения клеток, характеризующим относительную долю первичных повреждений, от которых клетка не способна восстанавливаться. Необратимый компонент радиационного поражения является величиной, обратной традиционно используемому в радиобиологии фактору изменения дозы. Удобство введения понятия необратимого компонента заключается в том, что его величина непосредственно указывает долю необратимых радиационных повреждений, от которых клетки не способны восстанавливаться.
Для описания кинетики пострадиационного восстановления дрожжевых клеток было предложено (Корогодин В.И., 1966; Капульцевич Ю.Г., 1978) следующее уравнение:
, (1.7)
где K – необратимый компонент лучевого поражения, определяемый уравнением 1.5, e – основание натуральных логарифмов, а β – константа восстановления, характеризующая вероятность восстановления от радиационного повреждения в единицу времени. Применимость этого уравнения ранее была продемонстрирована для восстановления различных объектов после действия ионизирующего излучения (Дэвидсон Г.О., 1960; Корогодин В.И., 1966; Капульцевич Ю.Г., 1978). Однако его применимость после комбинированных воздействий не была проверена. Это уравнение показывает, что для количественного описания процесса пострадиационного восстановления необходимо знание двух параметров – K и β. Учитывая уравнения 1.5–1.7, можно показать, что
. (1.8)
Обозначим правую часть уравнения 1.8 через A(t)
. (1.9)
Функция А(t) характеризует изменение во времени доли восстанавливаемых повреждений, от которых клетка способна восстановиться. Из уравнений 1.8 и 1.9 имеем:
. (1.10)
Таким образом, экспериментальные кривые выживаемости, полученные сразу после воздействия только ионизирующим излучением или после комбинированного воздействия ионизирующего излучения и другого фактора, а также кривые восстановления S(t), полученные экспериментально после различных режимов воздействия, позволяют найти D1, и Dэф(t), как показано стрелками на рис. 1. Это, в свою очередь, позволяет по уравнению 1.5 построить кривые зависимости необратимого компонента от продолжительности восстановления K(t), по уравнению 1.6 рассчитать значения необратимого компонента K, а с использованием уравнения 1.9 и зависимости lnA(t) от продолжительности восстановления рассчитать константу восстановления β для различных режимов облучения. Первый параметр не зависит от ЛПЭ излучения, второй возрастает с увеличением ЛПЭ излучения.
Нет рисунка Зависимость эффективной дозы от продолжительности восстановления дрожжевых клеток штамма Мегри 139-В. Пояснения в тексте И пояснений нет
Понятие эффективной дозы применимо и для клеток млекопитающих. Более того, впервые оно было предложено для описания восстановления животных (мышей) после воздействия иолнизирующим излучением.
Описанная выше математическая модель позволяет оценивать константу восстановления β, характеризующую вероятность восстановления в единицу времени, а также долю необратимо пораженных клеток K. На следующем рисунке (рис. 5) приведено изменение относительной доли невосстановленных к моменту времени t радиационных повреждений K(t) в зависимости от продолжительности пострадиационного восстановления клеток, облученных при различных режимах последовательного (А) и одновременного (Б) терморадиационного воздействий. Эта зависимость рассчитана по уравнению 1.5 с использованием выше приведенных данных (рис. 2 и 3).
Эти данные показывают, что значения K(t) плавно уменьшаются при увеличении продолжительности пострадиационного восстановления, достигая плато через 2–3 суток и для последовательного, и для одновременного воздействия факторов. Из рисунка также видно, что K(t) уменьшается медленнее при увеличении продолжительности действия повышенной температурой (60 ºС, рис. 5А) или температуры, при которой происходило облучение (рис. 5Б). Предельные значения K(t), то есть относительная доля необратимых повреждений, как видно из представленных данных, возрастают при
Рис. 5. Зависимость относительной доли невосстановленных к моменту времени t радиационных повреждений от продолжительности пострадиационного восстановления диплоидных дрожжевых клеток Saccharomyces ellipsoideus (vini), штамм Мегри 139-В в непитательной среде при 30 °С после различных режимов воздействия тепла и ионизирующего излучения.
А: Последовательное действие тепла и ионизирующего излучения. Предварительное нагревание при 60 °С происходило в течение 0 (кривая 1), 3 (кривая 2) , 6 (кривая 3) и 12 мин (кривая 4).
Б: Одновременное действие тепла и ионизирующего излучения. Облучение происходило при следующих температурах: 20 °С (кривая 1), 45 °С (кривая 2), 50 °С (кривая 3) и 55 °С (кривая 4)
увеличении продолжительности нагревания при 60 ºС (рис. 6А) или температуры, при которой происходило облучение (рис. 6Б). Это графически продемонстрировано на рис. 6, где приведены зависимости необратимого компонента K() (уравнение 1.6) от продолжительности нагрева (60 ºС) при последовательном действии (рис. 6А) и от температуры при одновременном терморадиационном воздействии (рис. 65Б).
Очевидно, что необратимый компонент K постоянно растет с повышением термической нагрузки, достигая максимального значения при предварительном нагреве в течении 12 минут и при 55 ºС, когда облучение и тепло воздействуют одновременно. Параллельно с увеличением необратимого компонента возрастает доля клеток, погибающих без деления (рис. 6В) и не способных к пострадиационному восстановлению (Корогодин В.И., 1966; Шведенко В.И. и др., 2001). Данные рассчитаны для выживаемости, равной 10%.
Рис. 6. Зависимость относительной доли необратимо пораженных клеток K от продолжительности действия гипертермии (60 °С) при последовательном действии тепла и ионизирующего излучения (А) и от температуры, при которой происходило одновременное терморадиационное воздействие (Б) на диплоидные дрожжевые клетки Saccharomyces ellipsoideus (vini), штамм Мегри 139-В. Панель В – зависимость гибели клеток без деления от температуры, при которой происходило облучение; разные значки относятся к разным повторностям опыта
Для количественного описания процесса пострадиационного восстановления необходимо знание также константы восстановления β. Полученный нами набор экспериментальных данных позволяет рассчитать зависимость функции A(t) (уравнение 1.9) от продолжительности восстановления дрожжевых клеток, подвергавшихся одновременному терморадиационному воздействию.
На рис. 7 такие зависимости приведены для последовательного действия тепла и ионизирующего излучения (рис. 7А) и для одновременного воздействия (рис. 7) этих факторов. Видно, что эта функция или доля оставшихся повреждений, от которых клетки способны восстанавливаться, экспоненциально убывает с увеличением продолжительности восстановления и не зависит от продолжительности предварительного воздействия повышенной температуры (рис. 7А) температуры, при которой происходило облучение клеток (рис. 7Б)
Из уравнения 1.10 и данных рис. 7, получаем β = 0,07 час-1 при последовательном действии тепла и ионизирующего излучения и β = 0,067 час-1 для всех температур при одновременном воздействии. Это означает, что около 7% от оставшихся репарируемых радиационных повреждений восстанавливается каждый час для обоих типов комбинированных воздействий.
Рис. 7. Зависимость доли A(t) восстанавливаемых радиационных повреждений от продолжительности пострадиационного восстановления диплоидных дрожжевых клеток Saccharomyces ellipsoideus (vini), штамм Мегри 139-В в непитательной среде при 30 °С после различных режимов воздействия тепла и ионизирующего излучения
А: Последовательное действие тепла и ионизирующего излучения. Предварительное нагревание при 60 °С происходило в течение 0 (кружки), 3 (треугольники) и 6 мин (квадраты).
Б: Одновременное действие тепла и ионизирующего излучения. Облучение происходило при следующих температурах: 20 °С (темные кружки), 45 °С (светлые кружки), 50 °С (темные треугольники) и 55 °С (светлые треугольники).
Таким образом, совокупность представленных данных свидетельствует о том, что с увеличением термической нагрузки скорость восстановления действительно уменьшается, но не из-за нарушения самого процесса восстановления, а из-за увеличивающейся доли необратимых повреждений, от которых клетки не способны восстанавливаться. Поэтому ингибирование восстановления клеток, проявляющееся в снижении скорости и объема восстановления, не является причиной синергизма, а может быть вполне ожидаемым и прогнозируемым следствием образования большей доли необратимых повреждений.
Восстановление от потенциально летальных повреждений происходит в непитательной среде. Наоборот, восстановление сублетальных повреждений происходит в питательной среде. Последнее проявляется в воспроизведении (восстановлении) начальной сигмоидной формы кривой доза – эффект при фракционированном облучении, если в период между фракциями клетки были помещены в условия, способствующие восстановлению от сублетальных повреждений.
Восстановление клеток от сублетальных повреждений – основная проблема медицинской радиологии. Благодаря такому восстановлению (рис. 8), доза, необходимая для инактивации клеток, возрастает многократно, поэтому предпочитают излучения с высокими ЛПЭ, для которых кривые выживания экспоненицальны, т.е. нет сублетальных повреждений.
Рис. 8.
Экспериментально показано восстановление от хлорэтиламина – азотистого аналога горчичного газа. Было показано восстановление от повреждений, вызванных другими химическими агентами: азотистой кислотой, метилметансульфонатом, нитрозогуанидом и др. Эти наблюдения важны вот в каком отношении. Они показали, что восстановление клеток от летальных повреждений – универсальное свойство, присущее клеткам самых разных организмов под действием некоторых физических и химических факторов окружающей среды. Следовательно, восстановление от повреждений – свойство, не только внутренне присущее живым клеткам, но и играющее важную роль в их жизнедеятельности, в их способности противостоять неблагоприятным факторам внешней среды.
Было показано, что клетки способны восстанавливаться от повреждений генетического материала – восстановление от хромосомных аберраций (открытие Н.В. Лучника), восстановление одно- и двунитевых разрывов ДНК, восстановление от повреждений, вызывающих наследственную нестабильность, восстановление от мутаций.
Наследственная нестабильность выражается в том, что в потомстве выживших после облучения клеток намного чаще, чем в контроле, появляются нежизнеспособные клетки, клетки с измененными морфологическими и физиологическими признаками, а также клетки с дефектами дыхательного аппарата, что связано с нарушениями митохондрий. Состояние наследственной нестабильности может наследоваться на протяжении сотен делений. Если же облученные клетки выдержать в непитательной среде, то они в равной мере восстанавливаются и от летальных повреждений, и от повреждений, приводящих к наследственной нестабильности. Природа таких повреждений пока не установлена, но имеются основания думать, что они представляют собой повреждения ядерного аппарата, приводящие к утрате клеткой отдельных хромосом или хромосомных фрагментов.
Было также показано восстановление от рецессивных летальных и генных мутаций. Генные мутации – мутации (изменения) в локальном участке хромосомы, по другому их называют точечными мутациями. Рецессивными называются мутации, которые приводили клетку к гибели лишь тогда, когда они присутствуют в идентичных генах всех гомологичных хромосом. Если клетка диплоидная или полиплоидная, а такая мутация содержится лишь в одной или нескольких гомологичных хромосомах, она нормально делится и передаёт эту мутацию потомкам. Оказалось, что выход возникающих под действием радиации рецессивных мутаций, а также генных мутаций, заметно уменьшаются при задержке первого пострадиационного деления исследуемых клеток.
Для реализации фотореактивации не требуется наличия комплементарной нити ДНК. Что касается других форм восстановления, не связанных с действием УФ света, то дублирование наследственной информации является необходимым условием для осуществления пострадиационного восстановления. Именно двухспиральное строение ДНК сделало возможным восстановление от её повреждений на молекулярном уровне. Условием восстановления повреждений клеток на уровне хромосом является диплоидность – двойное копирование генетического материала за счет наличия двух идентичных наборов хромосом в ядре клеток.
Действительно, известно, что, например, гаплоидные дрожжи, имеющие один набор хромосом, способны восстанавливаться от однонитевых разрывов ДНК. Тогда комплиментарная нить ДНК используется в качестве стандарта для восстановления разрыва в поврежденной нити. Формирование двунитевых разрывов, т.е. разрывов, расположенных напротив друг друга в обоих нитях двуспиральной ДНК является летальным событием для гаплоидных дрожжей. Кроме того, гаплоидные дрожжи способны восстанавливаться от генных (точечных) мутаций, возникающих в одной из спиралей ДНК. Еще раз подчеркну, что оба типа восстановления (однонитевые и точечные мутации) реализуются за счет наличия неповрежденной комплиментарной нити ДНК.
Гаплоидные клетки не способны к восстановлению при выдерживании их в пострадиационный период в непитательной среде, т.е. за счет задержки первого деления. Но такой способностью обладают диплоидные и другие полиплоидные клетки. Это означает, что в этом случае молекулярная природа повреждений другая, чем в случае гаплоидных штаммов. Было показано, что в этом случае должно происходить восстановление двойных разрывов ДНК, т.е. разрывов в обоих комплиментарных нитях ДНК. В этом случае восстановление ликвидирует повреждения за счет использования в качестве полноценной копии двунитевую спираль в гомологичной хромосоме. Итак, диплоидные клетки отличаются повышенной устойчивостью к действию повреждающих агентов за счет двойного копирования генетического материала. Первое копирование реализуется на молекулярном уровне – наличие двунитевой спирали ДНК. Второе копирование реализуется на хромосомном уровне – двойной набор идентичных хромосом в ядре (диплоид-специфическое восстановление).
Важно подчеркнуть, что клетки, которые обладают дтплоид-специфическим восстановлением, в природных условиях встречаются главным образом в диплоидном состоянии, а гаплоидные штаммы получены искусственно в лабораторных условиях, поэтому их называют дрожжи-диплонты.
Существует и другой класс дрожжей, т.н. дрожжей-гаплонтов, у которых в природных условиях [вегетативная] фаза развития представлена гаплоидными клетками, а их диплоидные клетки получены искусственно в лабораторных условиях. Оказалось, что эти клетки не были способны к диплоид-специфическому восстановлению. Поэтому чувствительность таких диплоидных штаммов была близка к чувствительности гаплоидных. Более того, в некоторых случаях диплоидные клетки были даже более радиочувствительными, чем гаплоидные. Аналогичная ситуация существует и для различных искусственно полученных rad мутантов. Чувствительность таких мутантов в диплоидном состоянии не сильно отличалась от чувствительности гаплоидных клеток из-за дефектов, не позволяющих реализовываться диплоид-специфическому восстановлению.
Необходимость диплоидного состояния для восстановления от двунитевых разрывов ДНК может означать, что в процессе восстановления у диплоидных клеток большая роль принадлежит взаимодействию гомологичных хромосом, например, их конъюгации. Такое восстановление может происходить по рекомбинационному механизму, для которого требуется диплоидное состояние. Возможность конъюгации гомологичных хромосом 4 диплоидных клеток следует из твердо установленного факта митотического кросинговера. Можно полагать, следовательно, что диплоид-специфическое восстановление связано с механизмами, участвующими в осуществлении митотической рекомбинации хромосом.
Не исключено, что способность клеток восстанавливаться от повреждений, индуцированных ионизирующим излучением, может отражать их способность восстанавливаться под влиянием различных повреждающих агентов окружающей среды. Тогда это свойство может обеспечивать определенное селективное преимущество в процессе эволюции клеткам, у которых эффективно функционируют репарационные системы. Другими словами, можно полагать, что у клеток, обладающих полноценными репарационными системами, селективное преимущество должны иметь диплоидные клетки, а у клеток, дефектных по системам репарации, селективнм преимуществом должны обладать гаплоидные клетки. Это и наблюдается у дрожжей-диплонтов, способных к диплоид-специфическому восстановлению и которые в природных условиях встречаются в диплоидном состоянии. Кстати, мы с Вами тоже диплонты, поскольку естественное состояние большинства наших клеток – диплоидное (кроме половых клеток)
Приведенные в данной лекции данные показывают, что свойство восстанавливаться от повреждений по мере развития живых организмов эволюционировало от простых форм к более сложным. Механизм фотореактивации, ликвидирующий только фотохимические повреждения, вызванные УФ светом, не требует даже двуспиральной организации нуклеиновых кислот и осуществляется с участием лишь одного фермента. Этот механизм мог сформироваться ранее других форм репарации, когда фон УФ излучения на Земле был высок. У позже возникших организмов выработался более универсальный механизм темнового восстановления ДНК, ликвидирующий повреждения, вызываемые самыми разными воздействиями. Он основан на двуспиральности строения ДНК и осуществляется с участием большого числа ферментов. Наконец, у диплоидных эукариотов, обладающих наиболее совершенной организацией генетического аппарата, сформировался еще один механизм восстановления, ликвидирующий повреждения на уровне хромосом – диплоид-специфическое восстановление.
Прогрессивное развитие репарационных систем клеток, в том числе наиболее эффективной – системы диплоид-специфического восстановления, могло послужить основой прогрессивной эволюции в биосфере, включая предпосылку для перехода в процессе эволюции от гаплоидных клеток к диплоидным, а затем от гаплонтов к диплонтам.