Aanzienlijke controverse over de mogelijke schadelijke effecten van een lage of zeer lage doses ioniserende straling en angst publiek van de straling, gedreven door beelden van de Hiroshima en Nagasaki atomaire bombardementen en van zeldzame kerncentrale ongelukken (verergerd door de massamedia), heeft geleid tot een zeer strikte regelgeving en normen die potentieel wetenschappelijk verantwoord zijn niet stralingsbescherming. In de laatste drie decennia praktijk blijken zowel het ontbreken van schadelijke en de aanwezigheid van potentieel gunstige biologische effecten geïnduceerd door een lage dosis straling 1-4 gedocumenteerd. De belangrijkste gezondheidsproblemen straling risicofactor is de kans op kanker, geschat op basis van epidemiologische studies van atomaire bom overlevenden die hoge of gemiddelde stralingsdoses. Lineaire extrapolatie van deze gegevens (zogenaamde lineaire-no-drempel of LNT model) wordt gebruikt om het risico op kanker te schatten bij lage doses. Echter, deze aanpak niet heeft ontvangen wereldwijde wetenschappelijke acceptatieen is zwaar gedebatteerd 5.
Het is duidelijk dat er meer studies nodig zijn om deze kwestie te verduidelijken en eventueel te verbeteren stralingsbescherming normen. Dergelijke studies moeten chronische behandelingen (beste benadering van milieu- en beroepsmatige blootstelling), in vivo diermodellen te betrekken (het beste voor het extrapoleren van effecten op mens) en dergelijke eindpunten zoals DNA-schade tarieven, DNA-reparatie en mutagenese. Het is bekend dat DNA is het voornaamste doelwit voor beschadiging stralingseffecten en incomplete of verkeerd onderhoud mogen leiden tot mutagenese en kankerontwikkeling 6.
Dubbele DNA-breuken (DSB) is een van de meest schadelijke vormen van DNA-laesies en kan leiden tot celdood en het ontstaan van tumoren 7. Het is daarom belangrijk om in staat om betrouwbaar en nauwkeurig meten van het niveau van DSB na blootstelling aan lage dosis bestraling en / of andere stressoren, zoals chemische stoffen. Een van de meest gevoelige en specifieke markersDNA DSB is gefosforyleerd histon H2AX, genaamd γH2AX 8, maar andere merkers en werkwijzen zijn voorgesteld 9,10. Geschat wordt dat duizenden H2AX moleculen in de nabijheid van een geïnduceerde DSB, zijn betrokken bij de vorming van γH2AX die de detectie van afzonderlijke DSB door immunofluorescentie labeling met een anti-γH2AX antilichaam en fluorescentiemicroscopie 11. De reactie is zeer snel en bereikte zijn maximum tussen 30 en 60 min. Het bewijs bestaat dat γH2AX vergemakkelijkt de reparatie van DNA DSB door het aantrekken van andere reparatie factoren om de sites van de pauzes en door het wijzigen van chromatine structuur om gebroken DNA uiteinden verankeren en bieden toegang voor andere reparatie-eiwitten (beoordeeld in 12). Na voltooiing van de reparatie van DNA DSB, krijgt γH2AX de-gefosforyleerd en / of ondergaat afbraak en nieuw gesynthetiseerde H2AX moleculen vervangen γH2AX in de getroffen gebieden van chromatine 10. Monitoring vorming en verlies van γH2AX kan,Daarom nauwkeurige raming van DNA-DSB-reparatie kinetiek. Deze benadering is gebruikt om herstel van DSB bestuderen verschillende humane tumorcellijnen bestraald met hoge doses straling en de snelheid en overgebleven DSB niveaus bleken te correleren met stralingsgevoeligheid 13-15.
We pasten deze experimentele benadering toegepast op een in vivo muis studie waarbij het effect van lage doses van chronische γ- en β-bestraling op DNA-DSB-reparatie en niveaus (figuur 1) te onderzoeken. Ten eerste tonen we een methode om een langdurige chronische blootstelling van muizen uitgevoerd dat β-straling uitgezonden door hetzij tritium (waterstof-3) in de vorm van getritieerd water (HTO) of organisch gebonden tritium (OBT) opgelost in drinkwater . Beide vormen worden geacht te accumuleren en / of anders in het lichaam en daarom distribueren, geven verschillende biologische effecten. Beide vormen zijn potentiële gevaren in de nucleaire industrie. Deze behandelingwordt parallel met chronische blootstelling aan γ-straling bij een equivalente dosistempo een correcte vergelijking van de twee typen straling, wat cruciaal is voor de evaluatie van de relatieve biologische werkzaamheid toe. Beta-straling bestaat uit elektronen, waardoor het erg verschillend van de γ-straling, hoogenergetische fotonen. Als gevolg van dit verschil, Β-straling bestaat hoofdzakelijk interne gezondheidsrisico en kunnen verschillende biologische effecten in vergelijking met γ-straling. Deze complicatie resulteerde in aanzienlijke controverses over de regulering van de blootstelling aan β-straling van HTO. Zo regelgeving niveaus van HTO in drinkwater voor het publiek varieert van 100 Bq / l in Europa tot 75.000 Bq / l in Australië. Het is daarom belangrijk om biologische effecten van HTO gelijkwaardige doses van γ-straling vergelijken. Ten tweede wordt de snelheid van DNA DSB gemeten in geïsoleerde splenocyten na de voltooiing van een chronische blootstelling gebruik immunofluorescently gelabelde γH2AX detecterened door flow cytometrie. Hierdoor kan de evaluatie van de mate van DNA-schade veroorzaakt door de in vivo blootstelling. Echter, is het verstandig om te verwachten dat een dergelijke lage niveau blootstellingen geen detecteerbare tarieven van DNA DSB kunnen produceren; in plaats daarvan, een verborgen wijzigingen / reacties te verwachten dat de cellen in staat zijn om DNA-schade te herstellen zou beïnvloeden. Deze veranderingen, indien gevonden, kan zowel stimulerend (produceren van een gunstig effect) of remmende (produceren van een schadelijk effect). De voorgestelde protocol maakt onthullen dergelijke veranderingen door tegen de splenocyten geëxtraheerd met een hoge dosis straling die een aanzienlijke hoeveelheid schade veroorzaakt (bijvoorbeeld 2 Gy produceert ongeveer 50 DNA DSB per cel of 3 -. 5-voudige toename van de totale γH2AX level) . Vervolgens, de vorming en verlies van γH2AX, die de initiatie en voltooiing van DSB reparatie wordt gecontroleerd door flow cytometrie. Hierdoor kan niet alleen de basale en door behandeling geïnduceerde niveaus van DNA DSB te meten, maarOok de potentiële invloed op de cellen in staat zijn om te reageren en reparatie DNA-schade geïnduceerd door veel hogere niveaus stressor.