Методология системного анализа физико-химических механизмов радиогенных повреждений организма животных и человека (опыт и тенденции)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследования в активно пролиферирующих тканях фермента рибонуклеотидредуктаза с помощью низкотемпературной ЭПР-спектроскопии и параллельный цитогенетический анализ тканей и крови свидетельствуют о начальных радиационно-индуцированных пусковых событиях, инициирующих генерацию повреждений ДНК в органах кроветворения. Изучение комплекса ЭПР-характеристик метаболических реакций с участием свободных радикалов и парамагнитных металлокомплексов выявило выраженный дозозависимый динамический SOS-ответ важнейших систем жизнеобеспечения организма в условиях общего γ-облучения. В механизме противолучевого эффекта радиопротекторов повышение активности рибонуклетидредуктазы и индуцирование синтеза дезоксирибонуклеотидов необходимо для эффективной репарации повреждений и синтеза ДНК в клетках радиочувствительных органов. Использование ЭПР-биомаркеров позволило обосновать дозы и режимы введения радиопротекторов для получения оптимальной радиозащиты.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. Л. Шарыгин

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (ФИЦ ХФ РАН)

Автор, ответственный за переписку.
Email: sharygin2011@mail.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Пулатова М.К., Авакян М.А., Шарыгин В.Л. Индентификация сигнала ЭПР рибонуклеотидредуктазы в животных тканях с высокой пролиферативной активностью. Биофизика. 1986;31(2):340–342. [Pulatova M.K., Avakjan M.A., Sharygin V.L. Indentifikacija signala JePR ribonukleotidreduktazy v zhivotnyh tkanjah s vysokoj proliferativnoj aktivnost’ju. Biofizika. 1986;31(2):340-342. (In Russ.)]
  2. Pulatova M.K., Sharygin V.L., Filatov D.E., Todorov I.N. ESR studies of the role of ribonucleotide reductase in DNA synthesis regulation during normal and pathological processes in animal tissues. Highlights of Modern Biochemistry. Eds. Kotyk A., Skoda I., Paces V., Kostka V. VSP Int. Sci. Publishers, Zeist., 1989. Р. 215–229.
  3. Пулатова М.К., Шарыгин В.Л., Филатов Д.Э., Тодоров И.Н. Активация рибонуклеотидредуктазы как показатель SOS-реакции на воздействие экстремальных факторов, повреждающий ДНК в клетках высших животных. Докл. РАН. 1995;340(1):123–127. [Pulatova M.K., Sharygin V.L., Filatov D.Je., Todorov I.N. Aktivacija ribonukleotidreduktazy kak pokazatel’ SOS-reakcii na vozdejstvie jekstremal’nyh faktorov, povrezhdajushhij DNK v kletkah vysshih zhivotnyh. Dokl. RAN. 1995;340(1):123–127. (In Russ.)]
  4. Pulatova M.K., Sharygin V.L. Free radical reactions in mechanisms of damage, repair and protection of blood systems. Free Radicals in Biology and Environment. NATO ASI Series. Ser.A. Life Science. Ed. F. Minisci. Dordrecht, Netherlands: Kluwer. Acad. Publ., 1997. V. 27. P. 305-315.
  5. Pulatova M.K., Sharygin V.L., Todorov I.N. The activation of ribonucleotide reductase in animal organs as the cellular response against the treatment with DNA damaging factors and the influence of radioprotectors on this effect. Biochim. Biophys. Acta. 1999;1453(3):321–329.
  6. Шарыгин В.Л., Пулатова М.К., Шлякова Т.Г., Митрохин Ю.И., Тодоров И.Н. Активация радиопротекторами и антиоксидантами синтеза дезоксирибонуклеотидов как важнейшая стадия в механизме формирования резистентности организма к действию ДНК-повреждающих факторов. Изв. РАН. Сер. биол. 2005(4):401–422. [Sharygin V.L., Pulatova M.K., Shljakova T.G., Mitrohin Ju.I., Todorov I.N. Aktivacija radioprotektorami i antioksidantami sinteza dezoksiribonukleotidov kak vazhnejshaja stadija v mehanizme formirovanija rezistentnosti organizma k dejstviju DNK-povrezhdajushhih faktorov. Izv. RAN. Ser. biol. 2005(4):401–422. (In Russ.)]
  7. Сипягина А.Е., Пулатова М.К., Шарыгин В.Л., Сусков И.И. Критерии повышенной чувствительности к малым дозам ионизирующего излучения и ее значение в формировании адаптивных процессов у детей. Здоровье детей и радиация: Актуальные проблемы и решения. Под ред. Л.С. Балевой и А.Д. Царегородцева. Вып. 2. М., 2006. С. 149–160. [Sipjagina A.E., Pulatova M.K., Sharygin V.L., Suskov I.I. Kriterii povyshennoj chuvstvitel’nosti k malym dozam ionizirujushhego izluchenija i ejo znachenie v formirovanii adaptivnyh processov u detej. Zdorov’e detej i radiacija: aktual’nye problemy i reshenija. Pod red. L.S. Balevoj i A.D. Caregorodceva. Vyp. 2. M., 2006. S. 149–160. (In Russ.)]
  8. Snyder R.D. The role of deoxynucleoside triphoshate pools in the inhibition of DNA excision repair and replication in human cells by hydroxyurea. Mutat. Res. 1984;131(3–4):163.
  9. Cory J.G., Carter G.L. Drug action on ribonucleotide reductase. Advances in Enzyme Regulation. Ed. G.N.Y. Werber. London: Pergamon Press, 1986. V. 24. P. 385–401.
  10. Elledge S.J., Davis R.W. DNA damage induction of ribonucleotide reductase. Mol. Cell. Biol. 1989;9(11): 4932.
  11. Genetic Consequences of Nucleotide Poolimbalance. Ed. F.S. De Serres. N.Y.: Plenum Press, 1985. 512 p.
  12. Meuth M. The molecular basis of mutations iduced by deoxynucleoside triphosphate pool imbalances in mammalian cells. Experim. Cell. Res. 1989;181(2):305–316.
  13. Nordlund P. and Reichard P. Ribonucleotides Reductases. Annu. Rev. Biochem. 2006;75:681–706.
  14. Шарыгин В.Л., Пулатова М.К., Шлякова Т.Г., Тодоров И.Н. Временные и дозозависимые пострадиационные изменения в содержании Fe3+-трансферрина и Cu2+-церулоплазмина в крови животных и их влияние на RR-активность тканей. Радиац. биология. Радиоэкология. 2003;43(6):662–667. [Sharygin V.L., Pulatova M.K., Shljakova T.G., Todorov I.N. Vremennye i dozozavisimye postradiacionnye izmeneniy v soderzhanii Fe3+-transferrina i Cu2+-ceruloplazmina v krovi zhivotnyh i ih vliyanie na RR-aktivnost’ tkaney. Radiac. biologiya. Radiojekologiya. 2003;43(6):662–667. (In Russ.)]
  15. Пулатова М.К., Шарыгин В.Л., Шлякова Т.Г. Реакции системы синтеза дезоксирибонуклеотидов на облучение и их модификация радиопротекторами. Радиац. биология. Радиоэкология. 2003;43(1): 29–43. [Pulatova M.K., Sharygin V.L., Shljakova T.G. Reakcii sistemy sinteza dezoksiribonukleotidov na obluchenie i ih modifikaciya radioprotektorami. Radiac. biologiya. Radiojekologiya. 2003;43(1): 29–43. (In Russ.)]
  16. Шарыгин В.Л., Пулатова М.К., Шлякова Т.Г. и др. Активация радиопротекторами и антиоксидантами синтеза дезоксирибонуклеотидов, как важнейшая стадия в механизме формирования резистентности организма к действию ДНК-повреждающих факторов. Изв. РАН. Сер. Биол. 2005(4): 401–422. [Sharygin V.L., Pulatova M.K., Shljakova T.G. et al. Aktivacija radioprotektorami i antioksidantami sinteza dezoksiribonukleotidov kak vazhnejshaja stadija v mehanizme formirovanija rezistentnosti organizma k dejstviju DNK-povrezhdajushhih faktorov. Izv. RAN. Ser. Biol. 2005(4): 401–422. (In Russ.)]
  17. Шарыгин В.Л., Пулатова М.К., Шлякова Т.Г. и др. Радиоспектроскопия ЭПР как метод регистрации изменения радиорезистентности организма. Экспериментальное обоснование. Биофизика. 2009;54(2):311–322. [Sharygin V.L., Pulatova M.K., Shljakova T.G. et al. Radiospektroskopija JePR kak metod registracii izmenenija radiorezistentnosti organizma. Jeksperimental’noe obosnovanie. Biofizika. 2009;54(2):311–322. (In Russ.)]
  18. Пулатова М.К., Шарыгин В.Л., Шлякова Т.Г. и др. Радиоспектроскопия ЭПР как метод регистрации изменения радиорезистентности организма. Клиническое обоснование. Биофизика. 2009;54(2):323–333. [Pulatova M.K., Sharygin V.L., Shljakova T.G. et al. Radiospektroskopija JePR kak metod registracii izmenenija radiorezistentnosti organizma. Klinicheskoe obosnovanie. Biofizika. 2009;54(2):323–333. (In Russ.)]
  19. Шлякова Т.Г., Шарыгин В.Л., Зорин В.В., Чернов Г.А., Пулатова М.К. Влияние индометофена на противолучевые свойства индралина. Радиац. биология. Радиоэкология. 2014;54(1):50–56. [Shljakova T.G., Sharygin V.L., Zorin V.V., Chernov G.A., Pulatova M.K. Vlijanie indometofena na protivoluchevye svojstva indralina. Radiacionnaya biologiya. Radiojekologiya. 2014;54(1):50–56. (In Russ.)]
  20. Rampazzo C., Ferraro P., Reichard P. Mitochondrial deoxyribonucleotides, pool sizes, synthesis, and regulation. J. Biol. Chem. 2004;279:17–19.
  21. Crichton R.R. Proteins of iron storage and transport. Adv. Protein. Chem. 1990;40:281. 22.
  22. de Jong G., van Dijk J.P., van Eijk H.G. The biology of transferrine. Clin. Chim. Acta. 1990;190(1–2:1).
  23. Кунин Е.В. Логика случая. О природе и происхождении биологической эволюции. Пер. с англ. М.: ЗАО Изд-во Центрполиграф, 2014. 527 с. [Kunin E.V. Logika sluchaya. O prirode i proishozhdenii biologicheskoy jevoljucii / Per. s angl. M.: ZAO Izdatel’stvo Centrpoligraf, 2014. 527 p. (In Russ.)]
  24. Шарыгин В.Л., Сипягина А.Е., Балева Л.С. и др. Опыт использования магниторезонансной спектроскопии при системном анализе радиочувствительности/радиорезистентности животных и человека. Динамика химических и биологических процессов, XXI век. М.: Книга по Требованию, 2012. С. 413–441. [Sharygin V.L., Sipjagina A.E., Baleva L.S. et al. Opyt ispol’zovanija magnitorezonansnoy spektroskopii pri sistemnom analize radiochuvstvitel’nosti/radiorezistentnosti zhivotnyh i cheloveka. Dinamika himicheskih i biologicheskih processov, XXI vek. M.: Kniga po Trebovaniju, 2012. Р. 413–441. (In Russ.)]
  25. Шарыгин В.Л., Пулатова М.К., Сипягина А.Е., Балева Л.С. Использование магниторезонансной спектроскопии при системном анализе радиочувствительности/радиорезистентности животных и человека. Радиац. биология. Радиоэкология. 2013;53(2):151–169. [Sharygin V.L., Pulatova M.K., Sipjagina A.E., Baleva L.S. Ispol’zovanie magnitorezonansnoy spektroskopii pri sistemnom analize radiochuvstvitel’nosti/radiorezistentnosti zhivotnyh i cheloveka. Radiac. biologiya. Radiojekologiya. 2013. 2013;53(2):151–169. (In Russ.)]
  26. Шлякова Т.Г., Шарыгин В.Л., Зорин В.В., Чернов Г.А., Пулатова М.К. Влияние индометофена на противолучевые свойства индралина. Радиац. биология. Радиоэкология. 2014. Т. 54. № 1. С. 50–56). [Shljakova T.G., Sharygin V.L., Zorin V.V., Chernov G.A., Pulatova M.K. Vlijanie indometofena na protivoluchevye svojstva indralina. Radiacionnaya biologiya. Radiojekologiya. 2014; 54(1):50–56). (In Russ.)]
  27. Тодоров И.Н. Роль оксидативного стресса и мутаций митохондриальной ДНК в процессе старения, прогрессии патологий и апоптоза. Рос. хим. журн. Менделеевского об-ва. 2007;LI(1):93–106. [Todorov I.N. Rol’ oksidativnogo stressa i mutacij mitohondrial’noj DNK v processe starenija, progressii patologij i apoptoza. Ros. khim. zhurn. Mendeleevskogo ob-va. 2007;LI(1):93–106. (In Russ.)]
  28. Сипягина А.Е., Пулатова М.К., Шарыгин В.Л., Сусков И.И. Критерии повышенной чувствительности к малым дозам ионизирующего излучения и ее значение в формировании адаптивных процессов у детей. Здоровье детей и радиация: Актуальные проблемы и решения. Под ред. Л.С. Балевой и А.Д. Царегородцева. Вып. 2. М., 2006. С. 149–160. [Sipjagina A.E., Pulatova M.K., Sharygin V.L., Suskov I.I. Kriterii povyshennoj chuvstvitel’nosti k malym dozam ionizirujushhego izlucheniya i eyo znachenie v formirovanii adaptivnyh processov u detey. Zdorov’e detej i radiacija: aktual’nye problemy i reshenija. Pod red. L.S. Balevoy i A.D. Caregorodceva. Vyp. 2. M., 2006. P. 149–160. (In Russ.)]
  29. Сипягина А.Е., Балева Л.С., Пулатова М.К., Шарыгин В.Л. и др. Организация медицинской помощи детям различных когорт наблюдения, подвергшимся воздействию малых доз радиации. Радиац. биология. Радиоэкология. 2006;46(3):374–380. [Sipjagina A.E., Baleva L.S., Pulatova M.K., Sharygin V.L. i dr. Organizacija medicinskoj pomoshhi detjam razlichnyh kogort nabljudenija, podvergshimsja vozdejstviju malyh doz radiacii. Radiac. biologiya. Radiojekologiya. 2006;46(3):374–380 (In Russ.)]
  30. Сусков И.И., Кузьмина Н.С., Сускова В.С. и др. Проблема индуцированной геномной нестабильности как основы повышенной заболеваемости у детей, подвергающихся низкоинтенсивному воздействию радиации в малых дозах. Радиац. биол. Радиоэкология. 2006;46(2):167–177. [Suskov I.I., Kuz’mina N.S., Suskova V.S. et al. Problema inducirovannoy genomnoy nestabil’nosti kak osnovy povyshennoy zabolevaemosti u detey, podvergajushhihsya nizkointensivnomu vozdejstviyu radiacii v malyh dozah. Radiac. biologiya. Radiojekologiya. 2006;46(2):167–177.. (In Russ.)]
  31. Сипягина А.Е., Балева Л.С., Шарыгин В.Л., Пулатова М.К. Возможности использования метаболических показателей для альтернативной биологической дозиметрии у детей, подвергшихся действию малых доз ионизирующего излучения. Медицинские радиологические последствия Чернобыля: Прогноз и фактические данные спустя 30 лет: Сборник тезисов международной научно-практической конференции. Обнинск, 17–19 мая 2016 г. С. 131–132. http://www.radiation-and-risk.com/abstracts.pdf (Accessed 17 May 2016). [Sipjagina A.E., Baleva L.S., Sharygin V.L., Pulatova M.K. Vozmozhnosti ispol’zovaniya metabolicheskih pokazateley dlja al’ternativnoy biologicheskoy dozimetrii u detey, podvergshihsya dejstviyu malyh doz ionizirujushhego izlucheniya. Medicinskie radiologicheskie posledstvija Chernobylja: Prognoz i fakticheskie dannye spustja 30 let: Sbornik tezisov mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii. Obninsk, 17–19 maya 2016 g. S. 131–132. http://www.radiation-and-risk.com/abstracts.pdf (Accessed 17 May 2016). (In Russ.)]
  32. Шарыгин В.Л., Пулатова М.К. ЭПР-спектроскопия при системном анализе радиорезистентности организма животных и человека. Чернобыльский аспект. Сб. трудов XXII ежегодной конф. ИХФ им. Н.Н. Семенова РАН, секция «Динамика химических и биологических процессов». М.: РУДН, 2017. С. 71–81. [Sharygin V.L., Pulatova M.K. JePR-spektroskopija pri sistemnom analize radiorezistentnosti organizma zhivotnyh i cheloveka. Chernobyl’skij aspekt. Sb. trudov XXII ezhegodnoj konferencii IHF im. N.N. Semjonova RAN, sekcija «Dinamika himicheskih i biologicheskih processov». M.: RUDN, 2017. S. 71–81. (In Russ.)]
  33. Сипягина А.Е., Балева Л.С., Карахан Н.М., Яблонская М.И., Шарыгин В.Л. Характеристика и роль изменения нуклеотидов в I–II поколениях детей, проживающих в загрязненных радионуклидами регионах. Экологическая, промышленная и энергетическая безопасность – 2017, 11–15 сентября 2017 г. Под ред. Ю.А. Омельчук, Н.В. Ляминой, Г.В. Кучерик. Севастополь: СевГУ, 2017. 1617 с. С. 1229–1233. [Sipjagina A.E., Baleva L.S., Karahan N.M., Jablonskaja M.I., Sharygin V.L. Harakteristika i rol’ izmeneniya nukleotidov v I–II pokoleniyah detey prozhivajushhih v zagrjaznennyh radionuklidami regionah. Jekologicheskaya, promyshlennaya i jenergeticheskaya bezopasnost’ – 2017, 11–15 sentjabrja 2017 g. Pod red. Ju.A. Omel’chuk, N.V. Ljaminoj, G.V. Kucherik. Sevastopol’: SevGU, 2017. Р. 1229–1233. (In Russ.)]
  34. Сипягина А.Е., Малышев В.С., Балева Л.С., Карахан Н.М., Якушева Е.Н., Шарыгин В.Л. Роль радиационного фактора в формировании и изменении течения аллергических заболеваний (бронхиальной астмы) в поколениях пациентов после аварии на ЧАЭС. Экологическая, промышленная и энергетическая безопасность–2021: Сб. статей по материалам международной научно-практической конференции «Экологическая, промышленная и энергетическая безопасность–2021». Под ред. Л.И. Лукиной, Н.А. Бежина, Н.В. Ляминой. Севастополь: Сев.ГУ, 2021. 680с. С. 573-578. УДК 6-61.616-003/004 [Sipjagina A.E., Malyshev V.S., Baleva L.S., Karahan N.M., Jakusheva E.N., Sharygin V.L. Rol’ radiacionnogo faktora v formirovanii i izmenenii techeniya allergicheskih zabolevaniy (bronhial’noy astmy) v pokoleniyah pacientov posle avarii na ChAJeS. Jekologicheskaya, promyshlennaya i jenergeticheskaya bezopasnost’–2021: Sb. statey po materialam mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferencii «Jekologicheskaya, promyshlennaya i jenergeticheskaya bezopasnost’–2021». Pod red. L.I. Lukinoy, N.A. Bezhina, N.V. Lyaminoy. Sevastopol’: Sev.GU, 2021. 680s. S. 573-578. (In Russ.)]
  35. Сипягина А.Е., Балева Л.С., Карахан Н.М., Яблонская М.И, Шарыгин В.Л. Характеристика цитогенетических изменений в поколениях F0-F1, проживающих в загрязненных радионуклидами регионах. Characteristic of cytogenetic’s changes in F0-F1 abitants generations in radiation-polluted regions. SCIENTIFIC. 2021;(53):3–6. ISSN 3041-4245.
  36. Тодоров И.Н., Тодоров Г.И. Мультифакторная природа высокой частоты мутаций МТДНК соматических клеток млекопитающих. Биохимия. 2009;74(9):1184–1194. [Todorov I.N., Todorov G.I. Mul’tifaktornaja priroda vysokoj chastoty mutacij MTDNK somaticheskih kletok mlekopitajushhih. Biohimiya. 2009;74(9):1184–1194. (In Russ.)]
  37. Шарыгин В.Л. Методология использования спектроскопии ЭПР в анализе физико-химических механизмов радиогенных повреждений организма животных и человека. Радиац. биология. Радиоэкология. 2021;61(2):117–132. [Sharygin V.L. Metodologiya ispol’zovaniya spektroskopii JePR v analize fiziko-himicheskih mehanizmov radiogennyh povrezhdeniyorganizma zhivotnyh i cheloveka. Radiacionnaya biologiya. Radiojekologiya. 2021;61(2):117–132. (In Russ.)]
  38. Свердлов Е.Д. Взгляд на жизнь через окно генома. В 3-х т. Т.1: Очерки структурной молекулярной генетики. М.: Наука, 2009. [Sverdlov E.D. Vzgljad na zhizn’ cherez okno genoma. V 3 t. T. 1: Ocherki strukturnoj molekuljarnoj genetiki. M.: Nauka, 2009. (In Russ.)]
  39. Фейнман Р. Характер физических законов. Пер. с англ. 2-е изд., испр. Гл. ред. физ.-мат. лит-ры. Библ-чка «Квант». Вып. 62. М.: Наука, 1987. 160 с. [Fejnman R. Harakter fizicheskih zakonov. Per. s angl. 2-e izd., ispr. // Gl.red.fiz.-mat.lit. Bibl-chka «Kvant». Vyp. 62. M.: Nauka, 1987. 160s.]
  40. Тимофеев-Ресовский Н.В. Генетика, эволюция, значение методологии в естествознании. Лекции, прочитанные в Свердловске в 1964 году. Екатеринбург: Токмас-Пресс, 2009. 240с. [Timofeev-Resovskij N.V. Genetika, jevoljuciya, znachenie metodologii v estestvoznanii. Lekcii, prochitannye v Sverdlovske v 1964 godu. Ekaterinburg: Tokmas-Press, 2009. 240s. (In Russ.)]

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024