Книга Рожденная веком - Самуил Петрович Ярмоненко

функциям. С них, как с матриц, считывается информация, печатаются, собираются блоки жизненно необходимых для клетки белков. Этот сложнейший процесс великолепно автоматизирован и выполняется отдельными участками макромолекул ДНК. Поэтому, несмотря на возникшие повреждения ДНК, ее разрывы, до тех пор пока клетка не делится, она и не подозревает о происшедшей катастрофе — «котел варит в полном объеме» (или с ничтожными нехватками). Но вот в момент очередного деления клетки оторванные куски содержащих ДНК хромосом неравномерно распределяются по двум дочерним клеткам — из-за неправильного соединения или вследствие потери — и возникает, как говорят цитогенетики, генный дисбаланс. Новообразованная клетка, лишенная части ДНК, необратимо утрачивая способность синтеза специфических материалов и управляющих функций, свойственных потерянному участку молекулы, обречена на гибель. В микроскопе такие обреченные клетки легко различить по наличию в них отдельно лежащих фрагментов хромосом.

Отсюда становится ясным, почему делящиеся клетки намного более радиочувствительны, чем находящиеся в стационарном, покоящемся состоянии. Продемонстрируем это на весьма наглядном примере. Два молодых аспиранта Геннадий Палыга и Ольга Ольшевская подвергли локальному облучению печень крысы. Печень относят к весьма радиорезистентным органам, и это понятно. Клетки ее в норме не делятся. И действительно, животные перенесли облучение без последствий. При микроскопическом исследовании ткани печени также не было обнаружено никаких изменений, не была нарушена существенно и функция органа. Через полгода у животных часть печени удалили, а оставшаяся начала регенерировать — надо же восполнить утраченную долю органа. И когда подвергли микроскопии кусочки регенерата, то оказалось, что многие из делящихся клеток содержат хромосомные аберрации, т. е. эти клетки или их потомки были обречены на гибель. Таким образом, лучевое повреждение клеток в стационарном состоянии не сказалось ни на их функции, ни на жизнеспособности. Более того, они как бы законсервировали это поражение, которое легко проявилось, однако, при искусственном побуждении клеток к делению. Такая форма гибели, характерная для большинства клеток, известна под названием репродуктивной, т. е. связанной с процессом репродукции (самовоспроизведения, деления).

Из рис. 9, на котором схематически изображены наиболее важные локализации лучевого поражения клетки, видно, что кроме непосредственных молекул ДНК важная роль отводится структурной целостности ядерных и цитоплазматических мембран и в первую очередь ДНК-мембранного комплекса, которому отводят регулирующую роль в воспроизведении ДНК и в разделении ее нитей в процессе деления. Приведенная схема иллюстрирует современные представления о роли совокупности повреждений структурно-функциональных звеньев строго упорядоченной системы, каковой является клетка, подчеркивая при этом особо важную роль ядерного аппарата в исходе ее поражения.

Рис. 9. Схема наиболее важных локализации лучевого поражения клетки. 1—2 —одиночные и двойные разрывы ДНК; 3 — нарушение связи ДНК с белком; 4 — нарушение структуры ДНК-мембранного комплекса; 5, 6 — нарушение ядерной и митохондриальной мембран

Некоторые клетки (их значительно меньше) гибнут и без деления, как говорят радиобиологи, под лучом или в первые минуты и часы после облучения. Это молодые, еще малодифференцированные клетки, не закончившие своего формирования в зрелые элементы. Типичным примером служат клетки эмбриона, находящегося на разных стадиях развития. Причины этой формы гибели клеток, называемой интерфазной (между делениями) точно не установлены. Известна лишь их чисто феноменологическая связь с процессами дифференцировки, в которых очень большая роль принадлежит также клеточному ядру. Наглядной иллюстрацией этому могут служить эксперименты Ю. В. Корогодиной, которая обнаружила, что при облучении крысят в первую неделю их жизни небольшими дозами наблюдается типичная интерфазная гибель большинства нервных клеток коры мозжечка, еще не завершивших свою дифференцировку.

Не исключено, что с этим связана и высокая радиочувствительность лимфоцитов, которые, будучи зрелыми клетками, обладают удивительным свойством полипо-тентности — превращения в другие клетки, т. е. сохраняют потенциальную способность к дифференцировке. Это дает основание предполагать о наличии в лимфоците некоей системы, которая, как следует из наблюдений за малодифференцированными клетками, чрезвычайно радиочувствительна. В этом случае высокая радиочувствительность зрелых лимфоцитов не противоречит правилу Бергонье и Трибондо (см. начало главы). Еще менее обоснована точка зрения о противоречии этому правилу высокой радиорезистентности постоянно делящихся бактерий, ибо сам акт деления, как было показано, является не причиной высокой радиочувствительности, а лишь способом выявления клеточного повреждения.

Мы взяли «под защиту» «доброе» правило Бергонье и Трибондо в связи с частыми нападками на него без достаточных оснований, при обнаружении чисто умозрительных противоречий. Между тем можно только удивляться и быть благодарными великолепным исследователям начала века, сформулировавшим это феноменологическое правило только на основании тщательных наблюдений. Сейчас, когда клеточная радиобиология продвинулась так далеко, общие закономерности, описанные Бергонье и Трибондо более 70 лет назад, остаются в силе и потверждаются в огромном числе исследований в самых разнообразных условиях эксперимента. Это не умаляет важности обнаружения отдельных исключений, но без тщательного их анализа нет оснований для опровержения «правила», которое следует лишь осмысливать с позиций сегодняшнего дня.

Не все потеряно

До недавнего времени казалось, что возникающие в клетке радиационные изменения необратимы. Основанием для такой точки зрения служили представления о невозможности «ремонта» повреждений уникальной структуры ДНК. Однако многолетние наблюдения В. И. Корогодина над судьбой облученных дрожжевых клеток уже к концу 50-х годов опровергли эти представления. Оказалось, что выживаемость облученных клеток сильно зависит от условий их последующего содержания. Автору в многочисленных опытах удалось показать, что если дрожжи после облучения выдержать некоторое время в обычной воде, а затем посеять в питательную среду, то их выживаемость резко повышается по сравнению с клетками, посеянными в среду сразу после облучения. Так было впервые обнаружено явление пострадиационного восстановления. Честь этого открытия была официально признана за В. И. Корогодиным Государственным комитетом по открытиям и изобретениям Совета Министров СССР.

В последующем сам по себе феномен пострадиационного восстановления, а также зависимость реализации повреждений от условий содержания клеток после облучения наблюдались многими исследователями. В настоящее время различают два основных типа клеточного восстановления, или, как его обычно называют, репарации — восстановление от сублетальных и от потенциально летальных повреждений.

Сублетальные повреждения, как следует из их названия, сами по себе еще не ведут к гибели клетки, но облегчают ее инактивацию при последующем облучении. Типичными повреждениями такого типа являются одиночные разрывы ДНК. Сами по себе они не детальны, однако с увеличением дозы излучения повышается вероятность образования новых одиночных разрывов вблизи «старых», существующих во второй нити ДНК, что приводит к появлению двойных разрывов (обеих нитей), как правило, летальных для клетки.

В отличие от сублетальных потенциально летальные поражения уже сами по себе вызывают гибель клетки, но в определенных условиях могут быть репарированы (восстановлены). Именно восстановление этого типа повреждений, выявляемое изменением