Irradiation-induced DNA strand breaks in normal hematopoietic cells and in chronic lymphocytic leukemia

Abstract

Ionisoiva ja UV-säteily aiheuttavat solujen DNA:han vaurioita. Ionisoiva säteily aiheuttaa monenlaisia DNA:n emäs- ja sokerivaurioita, mutta vi katkaista DNA-säikeen suoraankin. UV-säteily aiheuttaa DNA:n kaksoiskierteistä rakennetta vääntäviä vaurioita. Korjaamattomina nämä vauriot voivat aiheuttaa mutaatioita sekä vaikuttaa syövän syntyyn. DNA-vaurioiden tehokas korjaus onkin ensiarvoisen tärkeää eliön elinkyvyn ylläpitämiseksi. Soluilla on eri keinoja vaurioiden korjaamiseen. Tärkeimmät ovat nuklotidiekskiisiokorjaus (NER) ja emäsekskiisiokorjaus (BER). Ionisoivan säteilyn aiheuttamat DNA-vauriot soluissa korjaa BER ja UV-säteilyn aiheuttamat vauriot korjaa NER. UV-säteily ei katkaise DNA-säiettä suoraan, vaan ketjun katkeaminen tapahtuu osana korjaustapahtumaa. Komeettamenetelmä on metodi, jolla voidaan tutkia DNA:n yhden ja kahden ketjun katkoksia yksittäisissä spesifisesti erotelluissa soluissa. Menetelmän etuja ovat nopeus, visuaalisuus ja hyvä toistettavuus. Komeettamenetelmällä voidaan myös tutkia erittäin pieniä solupopulaatioita. Menetelmä on oivallinen työkalu tutkittaessa DNA:n eri korjausreittejä. Tämä on mahdollista silloin, kun DNA-vaurio aiheutetaan tunnetusti, esimerkiksi säteilyllä, jolloin tiedetään, mitä korjausreittiä solu käyttää muodostuneen vaurion korjaamiseen. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli kartoittaa ionisoivan ja UV-säteilyn aiheuttamien DNA:n yhden ja kahden ketjun katkosten muodostumista ja korjaantumista ihmisen normaaleissa kypsissä verisoluissa: lymfosyyteissä ja granulosyyteissä, epäkypsissä luuytimen soluissa ja luuytimen CD34+ kantasoluissa sekä kroonisen lymfaattisen leukemian leukeemisissa soluissa. Ionisoivan säteilyn aiheuttamien DNA:n ketjukatkosten muodostuminen ja korjaantuminen oli yllättävän samankaltainen kaikissa tutkituissa solutyypeissä. Luuytimen CD34+ kantasolut osoittautuivat kypsempiä luuytimen soluja tehokkaammiksi suuren UV-säteilyannoksen aiheuttamien vaurioiden korjaajiksi. Leukeemisissa soluissa todettiin normaaleista soluista poikkeava DNA:n korjaantuminen UV-sädetyksen jälkeen. 24 tunnin kuluttua sädetyksestä solut olivat muodostaneet kaksi ryhmää, joista toisessa solut olivat apoptoottisia. Näiden kuolevien solujen osuus saattaa olla yksi määräävä tekijä potilaiden sädeherkkyydessä. On mahdollista, että tämänkaltainen tieto auttaa tulevaisuudessa kehittämään uusia kroonisen lymfaattisen leukemian hoitomuotoja.

Ionizing and UV-irradiation induce a variety of DNA damage. The effective repair of DNA damage is vital for the survival of an organism. Defects in repair can lead to mutagenesis and carcinogenesis. The main mechanisms of cells to repair DNA damage are nucleotide excision repair (NER) and base excision repair (BER). DNA lesions induced by ionizing irradiation are mainly repaired by the action of enzymes of BER and damage induced by UV-irradiation are most efficiently repaired by NER. Unlike ionizing irradiation, UV-irradiation do not directly cause DNA strand breaks, but they are formed during the NER process.

Comet assay is a fast, visual and sensitive method for the detection of DNA single and double-strand breaks in individual specifically separated cells. It can be performed with small cell samples and is highly reproducible, which are major advantages. With comet assay it is possible to investigate the function of NER and BER when the DNA damage is induced specifically.

The purpose of this study was to investigate UV and ?-irradiation-induced DNA strand break formation and repair in normal human hematopoietic cells: mature lymphocytes and granulocytes, immature bone marrow cells and in CD34+ progenitor cells, and in chronic lymphocytic leukemia cells. Contrary to previous assumptions on the basis of expression of the BER enzyme uracil-DNA glycosylase, the kinetics of excision repair after ?-irradiation was surprisingly similar in every cell type investigated. However, a better NER function in immature CD34+ progenitor cells than in more mature bone marrow cells after a high dose of UV-irradiation was observed. Interesting features of CLL cells after a moderate dose of UV-irradiation were revealed. Two cell populations, one evidently apoptotic, were formed 24 hours after irradiation. The proportion of these cells might be one determinant in radiation-resistance or sensitivity. It is possible that such information can promote the development of novel CLL treatment strategies in the future.