Kronik sonra fare dalak DNA hasar ve Onarım Ölçme<em> In Vivo</em> Beta ve gamma-Radyasyonun Çok Düşük Doz Maruz Kalma
Summary
A protocol to evaluate changes in DNA damage levels and DNA repair capacity that may be induced by chronic in vivo low dose irradiation in mouse spleen lymphocytes, by measuring phosphorylated histone H2AX, a marker of DNA double-strand breaks, using flow cytometry is presented.
Abstract
Düşük doz radyasyon yüksek radyasyon dozları tarafından üretilen etkilerden nicelik ve nitelik olarak farklı biyolojik etkileri çeşitli üretebilir. Doğru ve bilimsel haklı bir şekilde, çevre, mesleki ve halk sağlığı güvenliği ile ilgili sorulara yanıt ağır doğru radyasyon ve kimyasal madde iyonize olarak düşük doz kirleticilerin, biyolojik etkilerini ölçmek için yeteneği dayanır. DNA hasarı ve onarımı nedeniyle kanser gibi potansiyel uzun vadeli sonuçları, sağlık riskleri en önemli erken göstergeleridir. Burada fare dalak hücrelerinde DNA hasarı ve onarımı üzerine γ- ve β-radyasyon düşük dozlarda in vivo maruz kalma kronik etkisini incelemek için bir protokol açıklar. DNA çift iplikli kırılmalara bir genel kabul görmüş kalem kullanarak, γH2AX denilen fosforile histon H2AX, biz DNA hasarı sadece düzeylerini değerlendirmek için nasıl kullanılabileceğini göstermek değil, aynı zamanda değişirDNA onarım kapasitesi potansiyel in vivo pozlarda düşük dozda tarafından üretilen. Örneklerin çok sayıda immunofluorescently etiketli γH2AX hızlı, doğru ve güvenilir bir ölçüm sağlar akım sitometrisi. DNA çift sarmallı mola onarımı (DNA onarımını tetiklemek için tatili yeterli sayıda üretmek için 2 Gy zorlu doz ayıklanır splenositlerin teşhir ederek ve isteyerek (1 saat sonrası radyoterapi) ve kalan DNA hasarını ölçerek 24 saat değerlendirilebilir post-ışınlama). Kalıntı DNA hasarı eksik onarımı ve uzun vadeli genomik instabilite ve kanser riski göstergesi olabilir. Kolayca in vivo çalışmalar (örneğin, kromozom anormallikleri, kemik iliği retikülositlerde Mikronukleus frekansları, gen ekspresyonu, vs.) gibi ölçülebilir diğer deneylerden ve son-nokta ile birlikte, bu yaklaşım, biyolojik etkileri arasında doğru ve bağlamsal değerlendirme sağlar düşük düzeyde stres.
Introduction
(Kitle iletişim araçlarının şiddetlenir) radyasyon ve Hiroşima ve Nagasaki atom bombalama ve nadir nükleer santral kazalarının görüntüleri ile tahrik radyasyon halkın korku iyonize düşük ya da çok düşük dozlarda ya potansiyel zararlı etkileri üzerinde önemli tartışma, yol açmıştır çok sıkı radyasyondan korunma yönetmeliği ve potansiyel bilimsel haklı değildir standartları. Son üç yıl içinde, çok sayıda raporlar zararlı olmaması ve düşük doz radyasyon 1-4 tarafından uyarılan potansiyel olarak yararlı biyolojik etkiler varlığını hem de belgelenmiştir. büyük radyasyon sağlık risk faktörü radyasyon yüksek veya orta doz alan atom bombası kurtulanların epidemiyolojik çalışmalara dayanarak tahmin edilen kanser olasılığı vardır. (Yani doğrusal-no-eşik veya LNT modeli olarak adlandırılır) Bu verilerin lineer ekstrapolasyonu düşük dozlarda kanser riskini tahmin etmek için kullanılır. Ancak, bu yaklaşım, dünya çapında bilimsel kabul almadıve ağır 5 tartışmalıdır.
Daha çalışmalar bu konuyu açıklığa kavuşturmak ve muhtemelen radyasyondan korunma standartlarını iyileştirmek için gerekli olduğu açıktır. Bu tür çalışmalar, DNA hasarı oranları, DNA tamiri ve mutasyon olarak ve son puan (insan etkileri tahminde için en iyi) in vivo hayvan modellerinde kronik tedaviler (çevresel ve mesleksel maruziyet en iyi yaklaşım), içermelidir. DNA mutagenez ve kanser gelişimi 6 yol açabilir radyasyon etkileri ve eksik ya da yanlış onarım zarar için öncelikli hedef olduğu bilinmektedir.
DNA çift iplikli sonları (DSB), DNA lezyonlarının en zararlı türlerinden biri olan ve hücre ölümü ve tümörogenez 7 yol açabilir. Dolayısıyla, önemli bir güvenilir ve doğru bir düşük doz radyasyon ve / veya kimyasal kirleticilerin gibi diğer stres, maruz kaldıktan sonraki DSB düzeyini ölçmek mümkün edilir. En duyarlı ve spesifik belirteçler biriDNA DSB γH2AX 8 olarak adlandırılan, fosforile edilmiş histon H2AX, henüz diğer belirteçler ve yöntemler 9,10 önerilmiştir. Bu H2AX moleküllerinin binlerce indüklenen bir DSB yakınında, bir anti-γH2AX antikoru ve floresan mikroskobu 11 immünofloresan etiketleme tek tek DSB saptanmasını sağlayan γH2AX oluşumunda yer olduğu tahmin edilmektedir. cevap 30 dakika ila 60 maksimuma ulaşan, çok hızlıdır. Kanıt γH2AX sonları sitelere diğer onarım faktörleri çekerek ve kırık DNA uçlarını çapa ve (12 gözden) diğer onarım proteinleri için erişim sağlamak için kromatin yapısını değiştirerek DNA DSB tamirini kolaylaştırır var. DNA DSB onarım tamamlanması üzerine, γH2AX fosforile de ve / veya bozulmaya uğrar ve yeni sentezlenen H2AX molekülleri kromatin 10 etkilenen bölgelerde γH2AX yerini alır. ΓH2AX oluşumunu ve kaybı olabilir İzleme,Bu nedenle, DNA DSB onarım kinetik kesin bir tahmininin sağlanması. Bu yaklaşım, Radyosensitivitenin 13-15 ile ilişkili olduğu gösterilmiş olan radyasyon ve hızı ve kalıntı DSB seviyelerinin yüksek dozlarda ışınlandı, çeşitli insan tümör hücre çizgilerinde DSB onarım incelemek için kullanılmıştır.
Biz bu deneysel bir yaklaşım modifiye ve DNA DSB düzeyleri ve tamiri (Şekil 1) Kronik γ- ve β-radyasyon düşük dozlarda etkilerini incelemek için canlı bir fare çalışmasında bunu uyguladık. İlk olarak, içme suyu içinde çözülmüş β-radyasyon için toz haline getirilmiş, su (HTO) şeklinde ya da trityum tarafından yayılan (hidrojen-3) ya da organik olarak bağlanmış trityum (OBT) farelerin bir uzun vadeli kronik maruz kalma gerçekleştirmek için bir yöntem ortaya koymaktadır . İki form birikir ve / ya da farklı vücut ve dolayısıyla dağıtma, farklı biyolojik etkilere beklenmektedir. Her iki form nükleer endüstride potansiyel tehlikeler vardır. Bu tedavibunların nispi biyolojik etkinliğinin değerlendirilmesi için çok önemlidir, iki radyasyon türlerinin doğru bir karşılaştırmasını izin vermek için, bir eşdeğer bir doz oranında γ-radyasyonuna kronik maruz kalınması ile paraleldir. Beta-radyasyon γ-radyasyon, yüksek enerjili fotonların den çok farklı kılan, elektron oluşmaktadır. Bu nedenle farkı, Β-radyasyon çoğunlukla iç sağlık tehlikesi temsil eder ve γ-radyasyon ile karşılaştırıldığında farklı biyolojik etkilere neden olabilir. Bu komplikasyon β-radyasyon için YTO yaydığı maruz düzenlenmesi üzerinde önemli tartışmalar sonuçlandı. Böylece, halk için içme suyu YTO düzenleyici düzeyleri Avrupa'da 100 Bq / L Avustralya'da 75,000 Bq / L arasında değişmektedir. Bu γ-radyasyon eşdeğer dozlara tibial osteotomi biyolojik etkilerini karşılaştırmak için, bu nedenle çok önemlidir. İkincisi, DNA DSB oranı immunofluorescently tespit γH2AX etiketli kullanarak kronik maruziyetin tamamlanmasıyla izole splenositlerde ölçülürflow sitometri tarafından ed. Bu in vivo maruz kalma açtığı DNA hasarının ölçüde değerlendirilmesini sağlamaktadır. Ancak, bu gibi düşük düzeyde maruz DNA DSB tespit edilebilir herhangi bir fiyat vermeyebilir beklemek mantıklıdır; Bunun yerine, bazı gizli değişiklikleri / yanıtları DNA hasarı onarmak için hücrelerin yeteneğini etkileyebilir ki beklenebilir. Bu değişiklikler bulursa, olabilir, ya uyarıcı (zararlı bir etki üreten) (faydalı bir etki oluşturarak) ya da inhibitör. önerilen protokol hasarı önemli miktarda üretir radyasyon yüksek bir doz ile ekstre splenositlerin zorlayarak bu tür değişiklikleri ortaya sağlar (örneğin, 2 Gy yaklaşık 50 hücre başına DNA DSB veya 3 üretilmesi -. Toplam γH2AX seviyesinde 5 kat artış) . Daha sonra, DSB onarım başlangıç ve bitiş yansıtan oluşumu ve γH2AX kaybı, akış sitometrisi tarafından izlenir. Bu şekilde, taban ve DNA DSB tedavisi kaynaklı seviyeleri sadece ölçülen edilebilir, ancakAyrıca hücrelerin yeteneği üzerindeki potansiyel etkisi yanıt ve onarım DNA hasarı çok daha yüksek stres seviyeleri tarafından uyarılan.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu makalede sunulan protokol iyonize radyasyon dahil olmak üzere çeşitli kimyasal ve fiziksel ajanların düşük seviyelerde, genotoksik etkilerini inceleyen in vivo çalışmalar büyük ölçekli fare yürütülmesi için yararlıdır. Bizim eşsiz spesifik patojen içermeyen bir hayvan tesisi GammaBeam 150 ışınlayıcılar ile donatılmış ve 30 metre uzunluğundaki ışınlama salonu yüzlerce ya da farelerin hatta binlerce düşük ya da çok düşük doz oranı aydınlatılmasını kapsayan yaşam …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors would like to acknowledge the contribution of our colleagues Sandrine Roch-Lefevre and Eric Gregoire of the Institute of Radioprotection and Nuclear Safety (Paris, France). This work was supported by the Government of Canada Science and Technology program at Canadian Nuclear Laboratories (Chalk River, Ontario, Canada), the CANDU Owners Group (Toronto, Ontario, Canada), the Canadian Nuclear Safety Commission and by the Institute of Radioprotection and Nuclear Safety (Paris, France).
Materials
| HTO: tritiated water, [3H] | locally obtained from a nuclear reactor | stock activity 3.7 GBq/mL; can be substituted with HTO from Perkin Elmer | |
| OBT: Alanine, L-[3-3H]: organically bound tritium (OBT) | Perkin Elmer | NET348005MC | 1mCi/mL (185 MBq) |
| OBT: Glycine, [2-3H]: organically bound tritium | Perkin Elmer | NET004005MC | 1mCi/mL (185 MBq) |
| OBT: Proline, L-[2,3-3H]: organically bound tritium (OBT) | Perkin Elmer | NET323005MC | 1mCi/mL (185 MBq) |
| tritiated water, [3H] (HTO) | Perkin Elmer | NET001B005MC | substitute for HTO of local origin |
| GammaBeam 150 irradiator | Atomic Energy of Canada Limited | locally manufactured | can be substituted with another g-radiation source of sufficiently low activity |
| tween-20 | Sigma Aldrich | P1379-500ML | |
| RPMI | Fisher Scientific | SH3025501 | Hyclone RPMI 1640 with L-Glutamine and HEPES 500mL |
| fetal bovine serum | Sigma Aldrich | F1051-100ML | |
| anti-gH2AX antibody, clone JBW301 | Millipore | 05-636 | |
| Alexa fluor-488 goat anti-mouse antibody | Life Technologies (formerly Invitrogen) | A21121 | |
| propidium iodine | Sigma Aldrich | P4864-10ML | 1mg/mL |
| ethanol | Commercial Alcohols | P006-EAAN | 500ml bottles Absolute Ethanol |
| 1.5 mL tubes | Fisher Scientific | 2682550 | microcentrifuge tubes |
| 15 mL tubes | Fisher Scientific | 05-539-5 | sterile polypropylene centrifuge tubes |
| liquid nitrogen | Linde | P110403 | |
| 12 x 75 mm mL uncapped glass tubes | Fisher Scientific | K60B1496126 | disposable borosilicate glass tubes with plain end |
| T25 flasks | VWR | CA15708-120 | nunc tisue culture 25ml flask (supplier no. 156340) |
| scissors | Fine Science Tools | 14068-12 | Wagner scissors 12cm sharp/sharp |
| forceps, straight | Fine Science Tools | 11008-13 | Semken forceps 13cm, straight |
| forceps, curved | Fine Science Tools | 11003-12 | Narrow Pattern forceps 12 cm, curved |
| 60 mm petri dishes | VWR | CA25382-100 | BD Falcon tissue culture dish 60x15mm |
| cell strainers, 70 mm | Fisher Scientific | 08-771-2 | Falcon cell strainers 50/case |
| PBS recipe: 1 tablet dissolved in 200mL of deionized water, adjust pH to 7.4 if needed. | Sigma Aldrich | P4417-100TAB | Phosphate Buffered Saline Tablets |
| TBS recipe: to make 10X Stock, | |||
| 30g TRIS HCl | Sigma Aldrich | T3253-1KG | Trizma hydrochloride |
| 88g NaCl | Fisher Scientific | S271-500 | Sodium Chloride |
| 2g KCl | Fisher Scientific | P217-500 | Potassium Chloride |
| Dissolve in 1L of deionized water, adjust pH to 7.4 |
Riferimenti
- Mitchel, R. E., Jackson, J. S., McCann, R. A., Boreham, D. R. The adaptive response modifies latency for radiation-induced myeloid leukemia in CBA/H mice. Radiat Res. 152 (3), 273-279 (1999).
- Shadley, J. D. Chromosomal adaptive response in human lymphocytes. Radiat Res. 138 (Suppl 1), S9-12 (1994).
- Wiencke, J. K., Afzal, V., Olivieri, G., Wolff, S. Evidence that the [3H]thymidine-induced adaptive response of human lymphocytes to subsequent doses of X-rays involves the induction of a chromosomal repair mechanism). Mutagenesis. 1 (5), 375-380 (1986).
- Mitchel, R. E. The dose window for radiation-induced protective adaptive responses. Dose-Response. 8 (2), 192-208 (2010).
- Tubiana, M., Feinendegen, L. E., Yang, C., Kaminski, J. M. The linear no-threshold relationship is inconsistent with radiation biologic and experimental data. Radiology. 251 (1), 13-22 (2009).
- Gent, D. C., Hoeijmakers, J. H., Kanaar, R. Chromosomal stability and the DNA double-stranded break connection. Nat Rev Genet. 2 (3), 196-206 (2001).
- Jackson, S. P. Sensing and repairing DNA double-strand breaks. Carcinogenesis. 23 (5), 687-696 (2002).
- Rogakou, E. P., Pilch, D. R., Orr, A. H., Ivanova, V. S., Bonner, W. M. DNA double-stranded breaks induce histone H2AX phosphorylation on serine 139. J Biol Chem. 273 (10), 5858-5868 (1998).
- Schultz, L. B., Chehab, N. H., Malikzay, A., Halazonetis, T. D. p53 binding protein 1 (53BP1) is an early participant in the cellular response to DNA double-strand breaks. J Cell Biol. 151 (7), 1381-1390 (2000).
- Kinner, A., Wu, W., Staudt, C., Iliakis, G. Gamma-H2AX in recognition and signaling of DNA double-strand breaks in the context of chromatin. Nucleic Acids Res. 36 (17), 5678-5694 (2008).
- Sedelnikova, O. A., Rogakou, E. P., Panyutin, I. G., Bonner, W. M. Quantitative detection of (125)IdU-induced DNA double-strand breaks with gamma-H2AX antibody. Radiat Res. 158 (4), 486-492 (2002).
- Yuan, J., Adamski, R., Chen, J. Focus on histone variant H2AX: to be or not to be. FEBS Lett. 584 (17), 3717-3724 (2010).
- Taneja, N., et al. Histone H2AX phosphorylation as a predictor of radiosensitivity and target for radiotherapy. J Biol Chem. 279 (3), 2273-2280 (2004).
- Olive, P. L., Banath, J. P., Sinnott, L. T. Phosphorylated histone H2AX in spheroids, tumors, and tissues of mice exposed to etoposide and 3-amino-1,2,4-benzotriazine-1,3-dioxide. Cancer Res. 64 (15), 5363-5369 (2004).
- Banath, J. P., Klokov, D., MacPhail, S. H., Banuelos, C. A., Olive, P. L. Residual gammaH2AX foci as an indication of lethal DNA lesions. BMC Cancer. 10, 4 (2010).
- Blimkie, M. S., Fung, L. C., Petoukhov, E. S., Girard, C., Klokov, D. Repair of DNA double-strand breaks is not modulated by low-dose gamma radiation in C57BL/6J mice. Radiat Res. 1815 (5), 548-559 (2014).
- Runge, R., et al. Fully automated interpretation of ionizing radiation-induced gammaH2AX foci by the novel pattern recognition system AKLIDES(R). Int J Radiat Biol. 88 (5), 439-447 (2012).
- Jucha, A., et al. FociCounter: A freely available PC programme for quantitative and qualitative analysis of gamma-H2AX foci. Mutat Res. 696 (1), 16-20 (2010).
- Garty, G., et al. The RABIT: a rapid automated biodosimetry tool for radiological triage. Health Phys. 98 (2), 209-217 (2010).
- Kovalchuk, I. P., et al. Age-dependent changes in DNA repair in radiation-exposed mice. Radiat Res. 182 (6), 683-694 (2014).
- Rube, C. E., et al. DNA repair in the context of chromatin: new molecular insights by the nanoscale detection of DNA repair complexes using transmission electron microscopy. DNA Repair. 10 (4), 427-437 (2011).
- Amundson, S. A., Do, K. T., Fornace, A. J. Induction of stress genes by low doses of gamma rays. Radiat Res. 152 (3), 225-231 (1999).
