Пострадиационные изменения количества фокусов фосфорилированных белков H2AX и AТМ в мезенхимальных стволовых клетках человека, облученных рентгеновским излучением в малых дозах

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Цель: Изучение закономерностей изменений количества фокусов фосфорилированных белков репарации двунитевых разрывов ДНК H2AX (γН2АХ) и AТМ (pAТМ) в культивируемых мезенхимальных стволовых клетках (МСК) человека через 1‒48 ч после воздействия рентгеновского излучения в дозах 40, 80, 160 и 250 мГр.

Материал и методы: В работе использовали первичную культуру МСК человека, полученную из коллекции ООО «БиолоТ» (Россия). Облучение клеток проводили на рентгеновской биологической установке РУБ РУСТ-М1 (Россия), оснащенной двумя рентгеновскими излучателями, при мощности дозы 40 мГр/мин, напряжении 100 кВ, токе трубки 0,8 мА, фильтре 1,5 мм Al, и температуре 4 °C. Для количественной оценки фокусов γН2АХ и pAТМ было проведено иммуноцитохимическое окрашивание с использованием антител к γН2АХ и pAТМ соответственно. Статистический анализ полученных данных проводился с использованием пакета статистических программ Statistica 8.0 (StatSoft). Для оценки значимости различий выборок использовали t-критерия Стьюдента.

Результаты: В ходе проведенных исследований было показано, что кинетики изменений количества фокусов γH2AX после облучения в дозах 160 и 250 мГр и малых (40‒80 мГр) дозах существенно отличаются. В отличие от существенного (на 50‒60 %) снижения количества фокусов γH2AX, наблюдаемого через 6 ч после облучения в дозах 160 и 250 мГр, после облучения в малых дозах значимого снижения фокусов γH2AX в эту временную точку не наблюдалось. Анализ солокализации фокусов γH2AX с фокусами pATM свидетельствует о том, что механизмы поддержания высокого количества фокусов γH2AX через 24‒48 ч после облучения в малых дозах являются АТМ независимыми. Выдвинута гипотеза, объясняющая феномен поддержания количества фокусов γН2AХ через 24‒48 ч после облучения в малых дозах репликативным стрессом, обусловленным стимуляцией пролиферации на фоне гиперпродукции свободных радикалов, в результате чего происходит дополнительное образование двунитевых разрывов ДНК и фосфолирирование Н2AХ киназой ATR.

Об авторах

А. К. Чигасова

Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна ФМБА России; Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова РАН; Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН

Email: nuv.rad@mail.ru
Москва; Москва; Москва

М. В. Пустовалова

Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна ФМБА России; Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)

Email: nuv.rad@mail.ru
Москва; Московская область, Долгопрудный

А. А. Осипов

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова РАН

Email: nuv.rad@mail.ru
Москва

С. А. Корнева

Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова

Email: nuv.rad@mail.ru
Москва

П. С. Еремин

Национальный медицинский исследовательский центр реабилитации и курортологии Минздрава России

Email: nuv.rad@mail.ru
Москва

Е. И. Яшкина

Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна ФМБА России; Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова РАН

Email: nuv.rad@mail.ru
Москва; Москва

М. А. Игнатов

Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна ФМБА России; Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова РАН

Email: nuv.rad@mail.ru
Москва; Москва

Ю. А. Федотов

Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна ФМБА России; Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова РАН

Email: nuv.rad@mail.ru
Москва; Москва

Н. Ю. Воробьева

Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна ФМБА России; Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова РАН

Email: nuv.rad@mail.ru
Москва; Москва

А. Н. Осипов

Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна ФМБА России; Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова РАН

Email: nuv.rad@mail.ru
Москва; Москва

Список литературы

  1. Mastrolia I., Foppiani E.M., Murgia A., Candini O., Samarelli A.V., Grisendi G., et al. Challenges in Clinical Development of Mesenchymal Stromal/Stem Cells: Concise Review. Stem. Cells. Transl. Med. 2019;8;11:1135-1148. doi: 10.1002/sctm.19-0044.
  2. Andrzejewska A., Lukomska B., Janowski M. Concise Review: Mesenchymal Stem Cells: From Roots to Boost. Stem. Cells. 2019;37;7:855-864. doi: 10.1002/stem.3016.
  3. Smolinska A., Bzinkowska A., Rybkowska P., Chodkowska M., Sarnowska A. Promising Markers in the Context of Mesenchymal Stem/Stromal Cells Subpopulations with Unique Properties. Stem. Cells. Int. 2023;2023:1842958. doi: 10.1155/2023/1842958.
  4. Zuk P.A., Zhu M., Mizuno H., Huang J., Futrell J.W., Katz A.J., et al. Multilineage Cells from Human Adipose Tissue: Implications for Cell-Based Therapies. Tissue Engineering. 2001;7;2:211-228. doi: 10.1089/107632701300062859.
  5. Oswald J., Boxberger S., Jorgensen B., Feldmann S., Ehninger G., Bornhauser M., et al. Mesenchymal Stem Cells Can Be Differentiated into Endothelial Cells in Vitro. Stem. Cells. 2004;22;3:377-84. doi: 10.1634/stemcells.22-3-377.
  6. Пустовалова М.В., Грехова А.К., Осипов А.Н. Мезенхимальные стволовые клетки: эффекты воздействия ионизирующего излучения в малых дозах // Радиационная биология. Радиоэкология. 2018. Т.58, № 4. С. 352-362. doi: 10.1134/s086980311804015x. [Pustovalova M.V., Grekhova A.K., Osipov A.N. Mesenchymal Stem Cells: Effects of Exposure to Ionizing Radiation in Low Doses. Radiatsionnaya Biologiya. Radioekologiya = Radiation Biology. Radioecology. 2018;58;4:352-362. doi: 10.1134/s086980311804015x (In Russ.)].
  7. Bushmanov A., Vorobyeva N., Molodtsova D., Osipov A.N. Utilization of DNA Double-Strand Breaks for Biodosimetry of Ionizing Radiation Exposure. Environmental Advances. 2022;8. doi: 10.1016/j.envadv.2022.100207.
  8. Osipov A., Chigasova A., Yashkina E., Ignatov M., Fedotov Y., Molodtsova D., et al. Residual Foci of DNA Damage Response Proteins in Relation to Cellular Senescence and Autophagy in X-Ray Irradiated Fibroblasts. Cells. 2023;12;8. doi: 10.3390/cells12081209.
  9. Belov O., Chigasova A., Pustovalova M., Osipov A., Eremin P., Vorobyeva N., et al. Dose-Dependent Shift in Relative Contribution of Homologous Recombination to DNA Repair after Low-LET Ionizing Radiation Exposure: Empirical Evidence and Numerical Simulation. Curr. Issues Mol. Biol. 2023;45;9:7352-73. doi: 10.3390/cimb45090465.
  10. Georgoulis A., Vorgias C., Chrousos G., Rogakou E. Genome Instability and γH2AX. International Journal of Molecular Sciences. 2017;18;9. doi: 10.3390/ijms18091979.
  11. Burma S., Chen B.P., Murphy M., Kurimasa A., Chen D.J. ATM Phosphorylates Histone H2AX in Response to DNA Double-Strand Breaks. J. Biol. Chem. 2001;276;45:42462-7. doi: 10.1074/jbc.C100466200.
  12. Stiff T., O’Driscoll M., Rief N., Iwabuchi K., Lobrich M., Jeggo P.A. ATM and DNA-PK Function Redundantly to Phosphorylate H2AX after Exposure to Ionizing Radiation. Cancer Res. 2004;64;7:2390-6.
  13. Zhou B.B., Elledge S.J. The DNA Damage Response: Putting Checkpoints in Perspective. Nature. 2000;408;6811:433-439. doi: 10.1038/35044005.
  14. O’Driscoll M., Ruiz-Perez V.L., Woods C.G., Jeggo P.A., Goodship J.A. A Splicing Mutation Affecting Expression of Ataxia-Telangiectasia and Rad3-Related Protein (Atr) Results in Seckel Syndrome. Nature Genetics. 2003;33;4:497-501. doi: 10.1038/ng1129.
  15. Reitsema T., Klokov D., Banath J.P., Olive P.L. DNA-PK Is Responsible for Enhanced Phosphorylation of Histone H2AX under Hypertonic Conditions. DNA Repair (Amst). 2005;4;10:1172-1181. doi: 10.1016/j.dnarep.2005.06.005.
  16. Shibata A., Jeggo P.A. ATM’s Role in the Repair of DNA Double-Strand Breaks. Genes. 2021;12;9. doi: 10.3390/genes12091370.
  17. Lee J.H., Paull T.T. Activation and Regulation of ATM Kinase Activity in Response to DNA Double-Strand Breaks. Oncogene. 2007;26;56:7741-7748. doi: 10.1038/sj.onc.1210872.
  18. Kurz E.U., Lees-Miller S.P. DNA Damage-Induced Activation of ATM and ATM-Dependent Signaling Pathways. DNA Repair (Amst). 2004;3;8-9:889-900. doi: 10.1016/j.dnarep.2004.03.029.
  19. Osipov A.N., Pustovalova M., Grekhova A., Eremin P., Vorobyova N., Pulin A., et al. Low Doses of X-Rays Induce Prolonged and ATM-Independent Persistence of GammaH2AX foci in Human Gingival Mesenchymal Stem Cells. Oncotarget. 2015;6;29:27275-87. doi: 10.18632/oncotarget.4739.
  20. Грехова А.К., Еремин П.С., Осипов А.Н., Еремин И.И., Пустовалова М.В., Озеров И.В. и др. Замедленные процессы образования и деградации фокусов γН2ax в фибробластах кожи человека, подвергшихся воздействию рентгеновского излучения в малых дозах // Радиационная биология Радиоэкология. 2015;55(4):395-401. doi: 10.7868/s0869803115040037. [Grekhova A.K., Eremin P.S., Osipov A.N., Eremin I.I., Pustovalova M.V., Ozerov I.V., et al. Slow Processes of Formation and Degradation of γH2ax Foci in Human Skin Fibroblasts Exposed to Low-Dose X-Ray Radiation. Radiatsionnaya Biologiya. Radioekologiya = Radiation Biology. Radioecology. 2015;55;4:395-401. doi: 10.7868/s0869803115040037. (In Russ.)].
  21. Biswas H., Makinwa Y., Zou Y. Novel Cellular Functions of ATR for Therapeutic Targeting: Embryogenesis to Tumorigenesis. International Journal of Molecular Sciences. 2023;24;14. doi: 10.3390/ijms241411684.
  22. Suzuki K., Okada H., Yamauchi M., Oka Y., Kodama S., Watanabe M. Qualitative and Quantitative Analysis of Phosphorylated ATM Foci Induced by Low-Dose Ionizing Radiation. Radiat Res. 2006;165;5:499-504. doi: 10.1667/RR3542.1.
  23. Large M., Reichert S., Hehlgans S., Fournier C., Rodel C., Rodel F. A Non-Linear Detection of Phospho-Histone H2AX in EA.hy926 Endothelial Cells Following Low-Dose X-Irradiation Is Modulated by Reactive Oxygen Species. Radiat Oncol. 2014;9:80. doi: 10.1186/1748-717X-9-80.
  24. Baulch J.E., Craver B.M., Tran K.K., Yu L., Chmielewski N., Allen B.D., et al. Persistent Oxidative Stress in Human Neural Stem Cells Exposed to Low Fluences of Charged Particles. Redox Biology. 2015;5:24-32. doi: 10.1016/j.redox.2015.03.001.
  25. Liang X., So Y.H., Cui J., Ma K., Xu X., Zhao Y., et al. The Low-Dose Ionizing Radiation Stimulates Cell Proliferation Via Activation of the MAPK/ERK Pathway in Rat Cultured Mesenchymal Stem Cells. Journal of Radiation Research. 2011;52;3:380-386.
  26. Petermann E., Helleday T. Pathways of Mammalian Replication Fork Restart. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 2010;11;10:683-687. doi: 10.1038/nrm2974.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».