Górnośląskie Centrum Obliczeń Naukowych i Inżynierskich

W ostatnich latach promienny efekt sąsiedztwa, w j. ang. określany mianem radiation-induced bystander effect (RIBE, BE) budzi znaczne zainteresowanie ze względu na potencjalne konsekwencje dla radioterapii. Efekt sąsiedztwa ujawnia się w postaci różnego typu uszkodzeń i zmian biologicznych w komórkach nienapromieniowanych, indukowanych przez sygnały molekularne wysyłane przez sąsiadujące z nimi komórki napromieniowane. 

Badania  prowadzono na komórkach linii HCT116 z dziką formą genu TP53 (HCT116 p53+/+) i sub-linii pozbawionej obu alleli tego genu (HCT116 p53-/-). W doświadczeniach wykorzystano system ko-kultury komórek eksponowanych na promieniowanie, rosnących w studzienkach płytek 6-dołkowych, z komórkami nienapromienianymi  rosnącymi w specjalnych „insertach” zawieszonych w studzienkach. Półprzepuszczalna błona w dnie insertów pozwala na dyfuzję ewentualnych cząsteczek sygnalizacyjnych wydzielanych przez komórki napromieniowane do nienapromieniowanych i vice versa.  Dawki niezbędne do wykreślenia krzywych przeżycia były to dawki 2, 4, 6 i 8 Gy promieniowania X (6 mV, generowane przez terapeutyczny akcelerator w Centrum Onkologii w Gliwicach).

 

Pomimo szeroko zakrojonych badań, szlaki molekularne związane z RIBE nie są jeszcze w pełni poznane. W obecnym zadaniu podjęliśmy próbę wyjaśnienia roli w zjawisku RIBE przedwczesnego, indukowanego promieniowaniem, starzenia komórek zwanego senescencją.

 

Kryterium oceny była analiza przeżywalności komórek klonogennych (klasyczna metoda stosowana w radiobiologii) i senescencji komórek. Zaobserwowaliśmy, że dawki większe niż 2 Gy indukowały znamiennie większy odsetek starzejących się komórek w populacji p53+/+ w porównaniu z ich odpowiednikami p53-/-. Dla przykładu, po dawce 8 Gy odsetek senescencji wynosił 15.81% dla p53+/+ vs. 3.63% dla p53-/- w populacjach napromienionych i odpowiednio 2.89% vs. 1.05% w populacjach „bystander” P < 0.05). Statystycznie znamienne różnice obserwowaliśmy także w przeżywalności komórek klonogennych (frakcje przeżywające, SF po 8 Gy wynosiły 1,61% dla p53+/+ vs 0,19% dla p53-/- dla komórek napromieniowanych, oraz odpowiednio 3,57% vs 50,39% dla komórek ko-inkubowanych, p<0,05). Naszym głównym sukcesem było odkrycie, że liczba komórek ulegających senescencji silnie koreluje z frakcją przeżywającą komórek napromieniowanych (R = -0,98, P = 0,001) jak i sąsiadujących (R = -0,97, P < 0,001). Rozszerzony o senescencję standardowy matematyczny model liniowo-kwadratowy (linear-quadratic model, LQ) jaki opracowaliśmy na podstawie badań pozwolił na lepsze opisanie krzywych przeżycia dla obu typów komórek i wyjaśnienie obserwowanych różnic pomiędzy obu liniami. Nasze spostrzeżenia upoważniają nas do sformułowania wniosku, że senescencja indukowana promieniowaniem zależna od obecności funkcjonalnego genu TP53 może odgrywać kluczową rolę w popromiennym efekcie sąsiedztwa.

 

Owocem naszych badań jest praca opublikowana w Radiation Reearch183 (2015) 571–577 (IF= 2,45) zatytułowana “Connecting Radiation-Induced Bystander Effects and Senescence to Improve Radiation Response Prediction”

 

Autorzy:

 

Jan Poleszczuk, Aleksandra Krzywoń, Urszula Foryś and Maria Widel