Радиационно-индуцированный «эффект спасения» в экспериментах на различных модельных объектах: феноменологические аспекты и возможные механизмы. Обзор

Автор: Когарко И.Н., Петушкова В.В., Когарко Б.С., Селиванова Е.И., Ктиторова О.В., Нейфах Е.А., Ганеев И.И., Кузьмина Н.С.

Журнал: Радиация и риск (Бюллетень Национального радиационно-эпидемиологического регистра) @radiation-and-risk

Рубрика: Научные статьи

Статья в выпуске: 4 т.33, 2024 года.

Бесплатный доступ

В данной работе рассматриваются феноменологические аспекты недавно открытого общебиологического феномена - «эффекта спасения», при котором облучённые клетки или организмы проявляют биоположительную реакцию в результате действия сигналов обратной связи от контактирующих с ними необлучённых клеток/особей. Проведён анализ результатов, представленных в научных публикациях и полученных на различных экспериментальных моделях с применением первичных человеческих фибробластов (NHFL), нормальных дермальных фибробластов человека (NHDF), фибробластов эмбрионов Danio Rerio (ZF4), нормальных фибробластов лёгкого человека (W138); клеточных линий макрофагов и гепатоцитов человека (U9347 и HL-7702 соответственно), а также клеток «бессмертной» линии HeLa, меланомы человека (Me45), аденокарциномы лёгкого (A549). Показано, что индукция «эффекта спасения» зависит от комбинации клеточных линий, использованных в качестве облучённых мишеней и клеток-«свидетелей». Обсуждаются эффекты, полученные на модели эмбрионов Danio Rerio (исследования in vivo ). Рассматриваются механизмы, ассоциированные с индукцией «эффекта спасения» и растворимыми сигнальными факторами (химические мессенджеры), которые получают клетки/организмы как биологическую «помощь» в виде сигналов обратной связи, посылаемых необлучёнными клетками/особями. Обсуждаются пути реализации двух выявленных типов «эффекта спасения». Вид использованного ионизирующего излучения, его дозовый диапазон, спектр облучённых и необлучённых клеток, различные биологические конечные точки имеют решающее значение для того, чтобы дифференцировать или объединять два явления в один феномен. В будущем это будет иметь не только фундаментальное, но и большое практическое значение, связанное с разработкой лекарств, оптимизацией методов радиотерапии и улучшением результатов лечения онкологических больных.

Еще

Ионизирующее излучение, «немишенные эффекты», радиационно-индуцированный «эффект спасения», биологические модели, клеточные линии, модель эмбрионов danio rerio in vivo, радиобиология

Короткий адрес: https://sciup.org/170207409

IDR: 170207409 | DOI: 10.21870/0131-3878-2024-33-4-68-81

Список литературы Радиационно-индуцированный «эффект спасения» в экспериментах на различных модельных объектах: феноменологические аспекты и возможные механизмы. Обзор

Lowe D., Roy L., Tabocchini M.A., Rühm W., Wakeford R., Woloschak G.E., Laurier D. Radiation dose rate effects: what is new and what is needed? //Radiat. Environ. Biophys. 2022. V. 61, N 4. P. 507-543.
Chen S., Zhao Y., Han W., Chiu S.K., Zhu L., Wu L., Yu K.N. Rescue effects in radiobiology: unirradiated bystander cells assist irradiated cells through intercellular signal feedback //Mutat. Res. 2011. V. 706, N 1-2. P. 59-64.
Lam R.K., Fung Y.K., Han W., Yu K.N. Rescue effects: irradiated cells helped by unirradiated bystander cells //Int. J. Mol. Sci. 2015. V. 16, N 2. P. 2591-2609.
Yu K.N. Radiation-induced rescue effect //J. Radiat. Res. 2019. V. 60, N 2. P. 163-170.
Yu K.N. Radiation-induced rescue effect: insights from microbeam experiments //Biology (Basel). 2022. V. 11, N 11. P. 1548. DOI: 10.3390/biology11111548.
Mothersill C., Seymour C. Radiation induced bystander effects: past history and future directions //Radiat. Res. 2001. V. 155, N 6. P. 759-767.
Morgan W.F., Sowa M.B. Non-targeted bystander effects induced by ionizing radiation //Mutat. Res. 2007. V. 616, N 1-2. P. 159-164.
Nikitaki Z., Mavragani I.V., Laskaratou D.A., Gika V., Moskvin V.P., Theofilatos K., Vougas K., Stewart R.D., Georgakilas A.G. Systemic mechanisms and effects of ionizing radiation: a new 'old' paradigm of how the bystanders and distant can become the players //Semin. Cancer Biol. 2016. V. 37-38. P. 77-95.
Shareef M.M., Cui N., Burikhanov R., Gupta S., Satishkumar S., Shajahan S., Mohiuddin M., Rangnekar V.M., Ahmed M.M. Role of tumor necrosis factor-alpha and TRAIL in high-dose radiation-induced bystander signaling in lung adenocarcinoma //Cancer Res. 2007. V. 67, N 24. P. 11811-11820.
Iyer R., Lehnert B.E., Svensson R. Factors underlying the cell growth-related bystander responses to alpha particles // Cancer Res. 2000. V. 60, N 5. P. 1290-1298.
Chou C.H., Chen P.J., Lee P.H., Cheng A.L., Hsu H.C., Cheng J.C. Radiation-induced hepatitis B virus reactivation in liver mediated by the bystander effect from irradiated endothelial cells //Clin. Cancer Res. 2007. V. 13, N 3. P. 851-857.
Facoetti A., Ballarini F., Cherubini R., Gerardi S., Nano R., Ottolenghi A., Prise K.M., Trott K.R., Zilio C. Gamma ray-induced bystander effect in tumour glioblastoma cells: a specific study on cell survival, cytokine release and cytokine receptors //Radiat. Prot. Dosim. 2006. V. 122, N 1-4. P. 271-274.
Matsumoto H., Hayashi S., Hatashita M., Shioura H., Ohtsubo T., Kitai R., Ohnishi T., Yukawa O., Furusawa Y., Kano E. Induction of radioresistance to accelerated carbon-ion beams in recipient cells by nitric oxide excreted from irradiated donor cells of human glioblastoma //Int. J. Radiat. Biol. 2000. V. 76, N 12. P. 1649-1657.
Matsumoto H., Hayashi S., Hatashita M., Ohnishi K., Shioura H., Ohtsubo T., Kitai R., Ohnishi T., Kano E. Induction of radioresistance by a nitric oxide-mediated bystander effect //Radiat. Res. 2001. V. 155, N 3. P. 387-396.
Shao C., Furusawa Y., Aoki M., Matsumoto H., Ando K. Nitric oxide-mediated bystander effect induced by heavy-ions in human salivary gland tumour cells //Int. J. Radiat. Biol. 2002. V. 78, N 9. P. 837-844.
Matsumoto H., Hamada N., Takahashi A., Kobayashi Y., Ohnishi T. Vanguards of paradigm shift in radiation biology: radiation-induced adaptive and bystander responses //J. Radiat. Res. 2007. V. 48, N 2. P. 97-106.
Matsumoto H., Tomita M., Otsuka K., Hatashita M. A new paradigm in radioadaptive response developing from microbeam research //J. Radiat. Res. 2009. V. 50 (Suppl. A). P. A67-A79.
Matsumoto H., Tomita M., Otsuka K., Hatashita M., Hamada N. Nitric oxide is a key molecule serving as a bridge between radiation-induced bystanderand adaptive responses //Curr. Mol. Pharmacol. 2011. V. 4, N 2. P. 126-134.
Shao C., Furusawa Y., Kobayashi Y., Funayama T., Wada S. Bystander effect induced by counted high-LET particles in confluent human fibroblasts: a mechanistic study //FASEB J. 2003. V. 17, N 11. P. 1422-1427.
Widel M., Przybyszewski W.M., Cieslar-Pobuda A., Saenko Y.V., Rzeszowska-Wolny J. Bystander normal human fibroblasts reduce damage response in radiation targeted cancer cells through intercellular ROS level modulation //Mutat. Res. 2012. V. 731, N 1-2. P. 117-124.
Desai S., Kobayashi A., Konishi T., Oikawa M., Pandey B.N. Damaging and protective bystander cross-talk between human lung cancer and normal cells after proton microbeam irradiation //Mutat. Res. 2014. V. 763-764. P. 39-44.
He M., Dong C., Xie Y., Li J., Yuan D., Bai Y., Shao C. Reciprocal bystander effect between -irradiated macrophage and hepatocyte is mediated by cAMP through a membrane signaling pathway //Mutat. Res. 2014. V. 763-764. P. 1-9.
Lam R.K., Fung Y.K., Han W., Li L., Chiu S.K., Cheng S.H., Yu K.N. Modulation of NF-κB in rescued irradi-ated cells //Radiat. Prot. Dosim. 2015. V. 167, N 1-3. P. 37-43.
Fu J., Wang J., Wang X., Wang P., Xu J., Zhou C., Bai Y., Shao C. Signaling factors and pathways of -particle irradiation induced bilateral bystander responses between Beas-2B and U937 cells //Mutat. Res. 2016. V. 789. P. 1-8.
Kong E.Y., Cheng S.H., Yu K.N. Induction of autophagy and interleukin 6 secretion in bystander cells: meta-bolic cooperation for radiation-induced rescue effect? //J. Radiat. Res. 2018. V. 59, N 2. P. 129-140.
Adrian G., Ceberg C., Carneiro A., Ekblad L. Rescue effect inherited in colony formation assays affects radiation response //Radiat. Res. 2018. V. 189, N 1. P. 44-52.
Puck T.T., Marcus P.I. Action of x-rays on mammalian cells //J. Exp. Med. 1956. V. 103, N 5. P. 653-666.
Mackonis E.C., Suchowerska N., Zhang M., Ebert M., McKenzie D.R., Jackson M. Cellular response to modulated radiation fields //Phys. Med. Biol. 2007. V. 52, N 18. P. 5469-5482.
McAleer M.F., Davidson C., Davidson W.R., Yentzer B., Farber S.A., Rodeck U., Dicker A.P. Novel use of zebrafish as a vertebrate model to screen radiation protectors and sensitizers //Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 2005. V. 61, N 1. P. 10-13.
Choi V.W.Y., Ng C.Y.P., Cheng S.H., Yu K.N. -Particle irradiated zebrafish embryos rescued by bystander unirradiated zebrafish embryos //Environ. Sci. Technol. 2012. V. 46, N 1. P. 226-231.
Pereira S., Malard V., Ravanat J.-L., Davin A.-H., Armengaud J., Foray N., Adam-Guillermin C. Low doses of gamma-irradiation induce an early bystander effect in zebrafish cells which is sufficient to radioprotect cells //PLoS One 2014. V. 9, N 3. P. e92974. DOI: 10.1371/journal.pone.0092974.
Когарко И.Н., Петушкова В.В., Когарко Б.С., Пряхин Е.А., Нейфах Е.А., Ктиторова О.В., Андреев С.С., Ганеев И.И., Кузьмина Н.С., Селиванова Е.И., Пелевина И.И. Исследование действия ионизирующего излучения на радиационно-индуцируемые изменения клеток системы крови мышей на уровне организма //Радиация и риск, 2023 Т. 32. № 1. C. 48-60.
Пелевина И.И., Аклеев А.В., Когарко И.Н., Петушкова В.В., Когарко Б.С., Пряхин Е.А., Нейфах Е.А., Ктиторова О.В., Андреев С.С. Радиационно-химическое воздействие ионизирующего излучения на организм и генотоксические нарушения системы крови //Химическая физика. 2021. Т. 40, № 12. C. 48-55.
Ivanov V.N., Zhou H., Ghandhi S.A., Karasic T.B., Yaghoubian B., Amundson S.A., Hei T.K. Radiation-induced bystander signaling pathways in human fibroblasts: a role for interleukin-33 in the signal transmission //Cell Signal. 2010. V. 22, N 7. P. 1076-1087.
Tardito S., Oudin A., Ahmed S.U., Fack F., Keunen O., Zheng L., Miletic H., Sakariassen P.Ø., Weinstock A., Wagner A., Lindsay S.L., Hock A.K., Barnett S.C., Ruppin E., Mørkve S.H., Lund-Johansen M., Chalmers A.J., Bjerkvig R., Niclou S.P., Gottlieb E. Glutamine synthetase activity fuels nucleotide biosynthesis and supports growth of glutamine-restricted glioblastoma //Nat. Cell Biol. 2015. V. 17, N 12. P.1556-1568.
Das S.K., Eder S., Schauer S., Diwoky C., Temmel H., Guertl B., Gorkiewicz G., Tamilarasan K.P., Kumari P., Trauner M., Zimmermann R., Vesely P., Haemmerle G., Zechner R., Hoefler G. Adipose triglyceride lipase contributes to cancer-associated cachexia //Science. 2011. V. 333. P. 233-238.
Suchowerska N., Ebert M.A., Zhang M., Jackson M. In vitro response of tumour cells to non-uniform irradi-ation //Phys. Med. Biol. 2005. V. 50, N 13. P. 3041-3051.
Bromley R., Oliver L., Davey R., Harvie R., Baldock C. Predicting the clonogenic survival of A549 cells after modulated x-ray irradiation using the linear quadratic model //Phys. Med. Biol. 2009. V. 54, N 2. P. 187-206.

Еще

Статья научная