Влияние облучения в сверхвысоких дозах на криоконсервированные мезенхимальные стволовые клетки: двунитевые разрывы ДНК и пролиферативная активность

Цишнатти А. А.; Пустовалова М. В.; Грехова А. К.; Бушманов А. Ю.; Астрелина Т. А.; Кобзева И. В.; Никитина В. А.; Брунчуков В. А.; Усупжанова Д. Ю.; Барабаш И. М.; Блохина Т. М.; Федотов Ю. А.; Воробьева Н. Ю.; Самойлов А. С.; Осипов А. Н.

doi:10.12737/article_5d11009f713799.54342353

УДК 61 ГРНТИ 76.03 ОКСО 14.04.02 ББК 51 ТБК 5708 ГРНТИ 76.33 ОКСО 31.06.2001 ОКСО 31.08.08 ОКСО 32.08.12 ББК 534 ТБК 5712 ТБК 5734 ТБК 6212

Ещё 13 Свернуть

ВЛИЯНИЕ ОБЛУЧЕНИЯ В СВЕРХВЫСОКИХ ДОЗАХ НА КРИОКОНСЕРВИРОВАННЫЕ МЕЗЕНХИМАЛЬНЫЕ СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ: ДВУНИТЕВЫЕ РАЗРЫВЫ ДНК И ПРОЛИФЕРАТИВНАЯ АКТИВНОСТЬ Влияние облучения в сверхвысоких дозах на криоконсервированные мезенхимальные стволовые клетки: двунитевые разрывы ДНК и пролиферативная активность

АА Аа

Опубликовано в Медицинская радиология и радиационная безопасность · Том 64, Номер 4 · Страницы 18–24 · Рубрика: Радиационная биология

DOI: https://doi.org/10.12737/article_5d11009f713799.54342353

Получено: 20.06.2019 Одобрено: 24.03.2024 Язык публикаций: RUS

Авторы

ЦИ

Цишнатти А. А.

ПУ

Пустовалова М. В.

ГР

Грехова А. К.

БУ

Бушманов А. Ю.

и др.

АС

Астрелина Т. А.

КО

Кобзева И. В.

НИ

Никитина В. А.

БР

Брунчуков В. А.

УС

Усупжанова Д. Ю.

БА

Барабаш И. М.

БЛ

Блохина Т. М.

ФЕ

Федотов Ю. А.

ВО

Воробьева Н. Ю.

СА

Самойлов А. С.

ОС

Осипов А. Н.

ЦИ

Цишнатти А. А.

Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И.Бурназяна ФМБА России техник · Россия · Москва

ПУ

Пустовалова М. В.

Ученая степень: кандидат биологических наук

Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И.Бурназяна ФМБА России научный сотрудник · Россия · Москва

ГР

Грехова А. К.

Ученая степень: кандидат биологических наук

Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И.Бурназяна ФМБА России младший научный сотрудник · Россия · Москва

БУ

Бушманов А. Ю.

Ученая степень: доктор медицинских наук

Ученое звание: профессор

Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна ФМБА России заместитель заведующего отделом · Россия · Москва

АС

Астрелина Т. А.

Ученая степень: доктор медицинских наук

Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И.Бурназяна ФМБА России руководитель центра биомедицинских технологий · Россия · Москва

КО

Кобзева И. В.

Ученая степень: кандидат медицинских наук

Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И.Бурназяна ФМБА России заведующий криобанка центра биомедицинских технологий · Россия · Москва

НИ

Никитина В. А.

Ученая степень: кандидат медицинских наук

Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И.Бурназяна ФМБА России ведущий научный сотрудник · Россия · Москва

БР

Брунчуков В. А.

УС

Усупжанова Д. Ю.

БА

Барабаш И. М.

Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И.Бурназяна ФМБА России заведующий отделением · Россия · Москва

БЛ

Блохина Т. М.

ФЕ

Федотов Ю. А.

ВО

Воробьева Н. Ю.

Ученая степень: кандидат биологических наук

Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И.Бурназяна ФМБА России зав. лабораторией · Россия · Москва

СА

Самойлов А. С.

Ученая степень: доктор медицинских наук

Ученое звание: профессор author.academy_titles.32

Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна ФМБА России генеральный директор · Россия · Москва

ОС

Осипов А. Н.

Ученая степень: доктор биологических наук

Ученое звание: профессор author.academy_titles.32

Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И.Бурназяна ФМБА России зав. отделом · Россия · Москва

АННОТАЦИЯ

Цель: Провести сравнительную оценку влияния облучения мезенхимальных стволовых клеток (МСК) человека в сверхвысоких дозах при температуре жидкого азота (–196 °С) и комнатной температуре (22 °С) на выход остаточных двунитевых разрывов (ДР) ДНК и на пролиферативную активность размороженных МСК. Материал и методы: Выделение и культивирование МСК человека проводили по стандартной методике. Для криоконсервации клеток использовали диметилсульфоксид (ДМСО) в концентрации 10 %. Для облучения клеток тормозным фотонным излучением с номинальной энергией фотонов 5 МэВ использовали ускоритель УЭЛР-10-100-Т-100 (Россия). Клетки облучали в дозах 50 и 500 Гр при температуре +22 °С и –196 °С. Выход остаточных ДР ДНК оценивали с помощью иммуноцитохимического анализа фокусов белка-маркера ДР – γH2AX. Для оценки пролиферативной активности анализировали долю Ki67 (белок-маркер клеточной пролиферации) позитивных клеток. Результаты: Результаты оценки фокусов γH2AX в МСК через 48 ч после облучения в дозе 50 Гр показали, что количество остаточных фокусов γH2AX в ядрах МСК, облученных при температуре +22 °С, примерно в 3,2 раза (р = 0,0002) выше, чем в ядрах МСК, облученных при температуре –196 °С. Анализ пролиферативной активности клеток с использованием молекулярного маркера клеточной пролиферации белка Ki67 показал, что клетки, облученные в дозе 50 Гр при температуре +22 °С, полностью теряют способность к пролиферации. Пролиферативная активность клеток, облученных в той же дозе, но при температуре –196 °С, существенно снижается, но часть клеток (3,5±1,1 %) все же сохраняет способность к пролиферации. После облучения в дозе 500 Гр при –196 °С клетки полностью теряют способность к пролиферации, но частично сохраняют способность к адгезии. Интегральная флуоресценция конъюгированных с флуорохромом антител к γH2AX ядер МСК человека, облученных в дозе 500 Гр при температуре –196 °С, в 1,8 раза ниже, чем у ядер, облученных при температуре +22 °С. Заключение: Результаты проведенных исследований свидетельствуют о том, что криоконсервированные МСК, облученные при температуре жидкого азота (–196 °С) в среде для консервации, содержащей 10 % ДМСО, могут переносить воздействие ИИ в больших дозах (до 50 Гр). Однако при этом наблюдается довольно высокий выход остаточных ДР ДНК и очень низкая пролиферативная активность, что делает их непригодными в клинической практике. Представляется перспективным использование количественного анализа фокусов γH2AX для оценки поврежденности генома и функционального состояния клеток, облученных при температуре жидкого азота.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

мезенхимальные стволовые клетки, криоконсервация, двунитевые разрывы ДНК, клеточная пролиферация, тормозное излучение, сверхвысокие дозы

Текст

Введение
Изучение эффектов воздействия ионизирующего излучения (ИИ) в криоконсервированных клетках, облученных при температуре жидкого азота (–196 °С), представляет интерес для понимания механизмов действия ИИ. При столь низкой температуре резко снижаются процессы диффузии молекул, что приводит к существенному увеличению времени жизни свободных радикалов [1, 2]. Свободные радикалы, образующиеся при радиолизе воды, оказываются пространственно «заперты» и не могут взаимодействовать с находящимися на расстоянии биологическими макромолекулами. Это дает уникальные возможности для детальных исследований механизмов прямого (поглощение энергии биологическими молекулами-мишенями) действия ИИ. С другой стороны, современные технологии криоконсервации позволяют хранить соматические и половые клетки в течение десятилетий. Футурологи обсуждают возможность хранения криоконсервированных клеток в течение сотен лет и даже тысячелетий для полетов к другим звездным системам. При этом возникает вопросы: какие максимальные дозы ИИ выдерживают криоконсервированные клетки, и к каким эффектам приводит их облучение в больших дозах? Особый интерес для понимания механизмов повреждаемости криоконсервированных облученных клеток вызывают особенности образования критических радиационно-индуцированных повреждений ДНК – двунитевых разрывов (ДР). К сожалению, в открытой литературе отсутствуют данные как о количественном выходе ДР ДНК в клетках, облученных при температуре жидкого азота, так и об эффективности репарации этих повреждений после разморозки клеток.

1. Pezeshk A. The effects of ionizing radiation on DNA: the role of thiols as radioprotectors. Life sciences. 2004 Mar 26;74(19):2423-9. PubMed PMID: 14998719.

2. Ashwood-Smith MJ, Friedmann GB. Lethal and chromosomal effects of freezing, thawing, storage time, and x-irradiation on mammalian cells preserved at -196 degrees in dimethyl sulfoxide. Cryobiology. 1979 Apr;16(2):132-40. PubMed PMID: 573193.

3. Pustovalova M, Astrelina T, Grekhova A, Vorobyeva N, Tsvetkova A, Blokhina T, et al. Residual gammaH2AX foci induced by low dose x-ray radiation in bone marrow mesenchymal stem cells do not cause accelerated senescence in the progeny of irradiated cells. Aging. 2017 Nov 21;9(11):2397-410. PubMed PMID: 29165316. Pubmed Central PMCID: 5723693.

4. Pustovalova M, Grekhova A, Astrelina T, Nikitina V, Dobrovolskaya E, Suchkova Y, et al. Accumulation of spontaneous gammaH2AX foci in long-term cultured mesenchymal stromal cells. Aging. 2016 Dec 11; 8(12):3498-506. PubMed PMID: 27959319. Pubmed Central PMCID: 5270682.

5. Wang F, Yu M, Yan X, Wen Y, Zeng Q, Yue W, et al. Gingiva-derived mesenchymal stem cell-mediated therapeutic approach for bone tissue regeneration. Stem Cells and Development. 2011 Dec; 20(12):2093-102. PubMed PMID: 21361847.

6. Haack-Sorensen M, Kastrup J. Cryopreservation and revival of mesenchymal stromal cells. Meth. Mol. Biol. 2011;698:161-74. PubMed PMID: 21431518.

7. Ozerov IV. Mathematical modeling of the double-strand DNA breaks induction and repair processes in mammalian cells under the rarely ionizing radiation action with different dose rates: PhD thesis of physics. Moscow. SRC - FMBC. 2015.

8. Dominici M, Le Blanc K, Mueller I, Slaper-Cortenbach I, Marini F, Krause D et al. Minimal criteria for defining multipotent mesenchymal stromal cells. The International Society for Cellular Therapy position statement. Cytotherapy. 2006;8(4):315-7. PubMed PMID: 16923606.

9. Kotenko KV, Bushmanov AY, Ozerov IV, Guryev DV, Anchishkina NA, Smetanina NM, et al. Changes in the number of double-strand DNA breaks in Chinese hamster V79 cells exposed to gamma-radiation with different dose rates. Int J Mol Sci. 2013. Jul 01; 14 (7):13719-26. PubMed PMID: 23880845. Pubmed Central PMCID: 3742213.

10. Harper JW, Elledge SJ. The DNA damage response: ten years after. Molecular Cell. 2007. Dec 14; 28 (5):739-45. PubMed PMID: 18082599. Epub 2007/12/18. eng.

11. Osipov AN, Lizunova EY, Gur’ev DV, Vorob’eva NY. Genome damage and reactive oxygen species production in the progenies of irradiated CHO-K1 cells. Biophysics. 2011; 56 (5):931-5.

12. Wang W, Li C, Qiu R, Chen Y, Wu Z, Zhang H, et al. Modelling of Cellular Survival Following Radiation-Induced DNA Double-Strand Breaks. Sci Rep. 2018 Nov 1;8(1):16202. PubMed PMID: 30385845. Pubmed Central PMCID: 6212584.

13. Ceccaldi R, Rondinelli B, D’Andrea AD. Repair Pathway Choices and Consequences at the Double-Strand Break. Trends Cell Biol. 2016 Jan; 26(1):52-64. PubMed PMID: 26437586. Pubmed Central PMCID: 4862604.

14. Mladenov E, Magin S, Soni A, Iliakis G. DNA double-strand-break repair in higher eukaryotes and its role in genomic instability and cancer: Cell cycle and proliferation-dependent regulation. Semin Cancer Biol. 2016 Jun; 37-38:51-64. PubMed PMID: 27016036.

15. Shibata A. Regulation of repair pathway choice at two-ended DNA double-strand breaks. Mutation Res. 2017 Oct; 803-805:51-5. PubMed PMID: 28781144.

16. Shibata A, Jeggo PA. DNA double-strand break repair in a cellular context. Clin Oncol. 2014 May; 26(5):243-9. PubMed PMID: 24630811.

17. Banath JP, Klokov D, MacPhail SH, Banuelos CA, Olive PL. Residual gammaH2AX foci as an indication of lethal DNA lesions. BMC Cancer. 2010 Jan 5; 10: 4. PubMed PMID: 20051134. Pubmed Central PMCID: 2819996.

18. Osipov AN, Grekhova A, Pustovalova M, Ozerov IV, Eremin P, Vorobyeva N, et al. Activation of homologous recombination DNA repair in human skin fibroblasts continuously exposed to X-ray radiation. Oncotarget. 2015 Sep 29; 6 (29):26876-85. PubMed PMID: 26337087. Pubmed Central PMCID: 4694959.

19. Lucas CC, Melo LR, de Sousa M, de Morais GB, Martins MF, Xavier FAF, et al. Cryoprotectant agents and cooling effect on embryos of Macrobrachium amazonicum. Zygote. 2018 Apr;26 (2):111-8. PubMed PMID: 29655380.

20. Smetanina NM, Pustovalova MV, Osipov AN. Effect of dimethyl sulfoxide on the extent of DNA single-strand breaks and alkali-labile sites induced by 365 nm UV-radiation in human blood lymphocyte nucleoids. Radiation Biology. Radioecology. 2014 Mar-Apr;54 (2):169-73. PubMed PMID: 25764818. (Russian).

21. Osipov AN, Smetanina NM, Pustovalova MV, Arkhangelskaya E, Klokov D. The formation of DNA single-strand breaks and alkali-labile sites in human blood lymphocytes exposed to 365-nm UVA radiation. Free Radical Biology & Medicine. 2014 Aug;73:34-40. PubMed PMID: 24816295.

JATS XML

Научный и выпускающий редактор

Наркевич Борис Ярославович

medradiol@yandex.ru

ГОСТ

Цишнатти А. А., Пустовалова М. В., Грехова А. К., Бушманов А. Ю., Астрелина Т. А., Кобзева И. В., Никитина В. А., Брунчуков В. А., Усупжанова Д. Ю., Барабаш И. М., Блохина Т. М., Федотов Ю. А., Воробьева Н. Ю., Самойлов А. С., Осипов А. Н. Влияние облучения в сверхвысоких дозах на криоконсервированные мезенхимальные стволовые клетки: двунитевые разрывы ДНК и пролиферативная активность // Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2019. № 4. С. 18-24. DOI: https://doi.org/10.12737/article_5d11009f713799.54342353. (дата обращения: 10.10.2026).

MLA

Цишнатти А. А., Пустовалова М. В., Грехова А. К., Бушманов А. Ю., Астрелина Т. А., Кобзева И. В., Никитина В. А., Брунчуков В. А., Усупжанова Д. Ю., Барабаш И. М., Блохина Т. М., Федотов Ю. А., Воробьева Н. Ю., Самойлов А. С., Осипов А. Н.. "Влияние облучения в сверхвысоких дозах на криоконсервированные мезенхимальные стволовые клетки: двунитевые разрывы ДНК и пролиферативная активность." Медицинская радиология и радиационная безопасность 64.4 (2019): 18-24. DOI: https://doi.org/10.12737/article_5d11009f713799.54342353.

APA

Цишнатти А. А., Пустовалова М. В., Грехова А. К., Бушманов А. Ю., Астрелина Т. А., Кобзева И. В., Никитина В. А., Брунчуков В. А., Усупжанова Д. Ю., Барабаш И. М., Блохина Т. М., Федотов Ю. А., Воробьева Н. Ю., Самойлов А. С., Осипов А. Н. (2019). Влияние облучения в сверхвысоких дозах на криоконсервированные мезенхимальные стволовые клетки: двунитевые разрывы ДНК и пролиферативная активность. Медицинская радиология и радиационная безопасность, 64(4), 18-24. https://doi.org/10.12737/article_5d11009f713799.54342353

Chicago

Цишнатти А. А., Пустовалова М. В., Грехова А. К., Бушманов А. Ю., Астрелина Т. А., Кобзева И. В., Никитина В. А., Брунчуков В. А., Усупжанова Д. Ю., Барабаш И. М., Блохина Т. М., Федотов Ю. А., Воробьева Н. Ю., Самойлов А. С., Осипов А. Н.. "Влияние облучения в сверхвысоких дозах на криоконсервированные мезенхимальные стволовые клетки: двунитевые разрывы ДНК и пролиферативная активность." Медицинская радиология и радиационная безопасность 64, no. 4 (2019): 18-24. https://doi.org/10.12737/article_5d11009f713799.54342353.

WIKI

{{cite journal | author = Цишнатти А. А., Пустовалова М. В., Грехова А. К., Бушманов А. Ю., Астрелина Т. А., Кобзева И. В., Никитина В. А., Брунчуков В. А., Усупжанова Д. Ю., Барабаш И. М., Блохина Т. М., Федотов Ю. А., Воробьева Н. Ю., Самойлов А. С., Осипов А. Н. | title = Влияние облучения в сверхвысоких дозах на криоконсервированные мезенхимальные стволовые клетки: двунитевые разрывы ДНК и пролиферативная активность | journal = Медицинская радиология и радиационная безопасность | year = 2019 | volume = 64 | issue = 4 | pages = 18-24 | doi = 10.12737/article_5d11009f713799.54342353 }}

Скопировать

Экспорт: BibTeX EndNote RefMan RusMARC

Подтверждение