Биологи из России выяснили, почему малые дозы радиации редко вызывают рак

Биологи из институтов РАН, МГУ и МФТИ выяснили, что стволовые клетки часто выживают при постепенном облучении радиацией и не превращаются в рак благодаря тому, что они замедляют цикл своего деления и используют эту задержку для починки ДНК, говорится в статье, опубликованной в журнале Oncotarget.

"Ядерные катастрофы, такие как Чернобыль или Фукусима, приводят к тому, что многие люди постоянно подвергаются действию небольших и средних доз радиации. И хотя наблюдения за последствиями взрыва атомных бомб показывают, что облучение большими дозами радиации заметно повышает риск развития рака, то, как "медленное" облучение действует на организм, остается предметом дискуссий", - пишут Сергей Леонов из МФТИ в Долгопрудном и его коллеги.

Человек и прочие живые существа крайне негативно реагируют на облучение радиацией по той причине, что ионизирующее излучение напрямую вносит разрывы в цепочки ДНК или опосредованно "ломает" их, порождая множество химически агрессивных веществ при взаимодействии с содержимым клетки. Они заставляют многие клетки считать, что они необратимо повреждены, что вызывает их массовую гибель и приводит к смерти организма в целом.

Достаточно долгое время ученые считали, как рассказывают авторы статьи, что рак возникает в результате появления мутаций во "взрослых" клетках организма, забывающих свою роль и функции и начинающих бесконтрольно размножаться при появлении серьезных "опечаток" в ДНК. Исследования последних десяти лет показывают, что это далеко не так в большинстве случаев, и что многие виды рака, по сути, возникают в результате появления мутаций в стволовых клетках, небольшие колонии которых присутствуют почти во всех тканях тела.

Пытаясь понять, как развиваются подобные виды рака, Леонов и его коллеги наблюдали за тем, как колонии стволовых клеток, извлеченных из десен человека, реагируют на примерно одинаковые дозы радиации, которыми ученые облучали их или мгновенно, или растягивали на несколько суток или недель.

Как и ожидали ученые, мгновенное облучение убило большое число клеток и породило в них множество двойных и одиночных разрывов ДНК, которые они пытались починить при помощи двух белков гамма-H2AX и 53BP1. Концентрация их молекул повышалась вместе с дозой радиации и быстро достигала того уровня, при котором клетка уже не может справиться с поломкой ДНК и погибает из-за появления множества ошибок внутри нее.

Совсем другая картина наблюдалась при "медленном" облучении клеток. Изначально концентрация этих белков тоже росла, но через примерно четыре часа она достигла некого предела, выше которого она уже не поднималась. Это означает, что число разрывов в ДНК перестало расти, несмотря на то, что клетки по-прежнему бомбардировались ионизирующим излучением.

Это необычное открытие заставило ученых искать причины того, почему клетки или перестали бороться с мутациями, или как-то смогли уменьшить частоту их появления. Для поиска ответа на этот вопрос Леонов и его коллеги следили за концентрацией другого белка - Rad51, который участвует в починке ДНК только во время непосредственного деления клетки и удвоения ее хромосом.

Как оказалось, концентрация Rad51 начинала расти при длительном облучении клеток, что раскрыло тот трюк, которым пользуются стволовые клетки для защиты себя от радиации. Суть его проста - фаза митоза, деления клетки, продолжается необычно долго при облучении, что позволяет Rad51 и двум другим белкам-"ремонтникам" починить все разрывы в ДНК до того, как клетка поделится на две части.

Это необычное свойство стволовых клеток может не только объяснять то, почему ученые пока не нашли однозначной связи между развитием рака и жизнью в окрестностях Фукусимы и Чернобыля, но и раскрывать механизм появления некоторых видов опухолей. Дальнейшее изучение поведения стволовых клеток, как надеются ученые, поможет понять, так ли это на самом деле и найти возможные пути защиты стволовых клеток от радиации.