Nuova visione di danno da radiazione a DNA

Una nuova tecnica per la valutazione delle cause di radiazione di danno a DNA indica che la disposizione spaziale dei siti nocivi, o le lesioni, è più importanti del numero delle lesioni nella determinazione della severità del danno.

La tecnica, sviluppata dagli scienziati al Dipartimento per l'energia di Stati Uniti (DOE) il laboratorio nazionale del Brookhaven, guide rivela perché le particelle fatte pagare ad alta energia quali gli ioni pesanti nello spazio cosmico sono più potenzialmente nocive che i moduli più a bassa energia di radiazione quali i raggi x ed i raggi gamma. La ricerca ha potuto contribuire a chiarire i rischi affrontati dagli astronauti futuri che pilotano le missioni a lungo termine alla luna o al Marte. Sarà pubblicata nell'emissione del 19 marzo 2008 della ricerca degli acidi nucleici del giornale.

La tecnica usa “i tag„ fluorescenti colorati differenti invece di quei radioattivi per riflettere la riparazione di danneggiamento di DNA, molecola genetica dell'istruzione della vita. Poiché questi tag fluorescenti diminuiscono la quantità di rifiuti pericolosi connessa con la ricerca (ed il suo costo) gli scienziati di Brookhaven, Betsy Sutherland e Brigitte Paap, ora all'Arizona State University, sono stati riconosciuti il più bene dall'ufficio della DAINA di scienza per la loro “innovazione di prevenzione di inquinamento nella classe„.

Betsy Sutherland

“Capendo gli effetti sugli esseri umani di esposizione a radiazioni - se nell'ambiente naturale, nello spazio cosmico, nel posto di lavoro, o dovuto la radioterapia - richiede la comprensione nell'induzione e riparazione di danneggiamento di DNA,„ ha detto Sutherland, un esperto nello studio su radiazione dello spazio. “È molto rewarding fornire una nuova tecnica che ci aiuta a capire questo trattamento mentre allo stesso tempo diminuivano lo spreco si è associato con le tecniche tradizionali.„

La radiazione può danneggiare il DNA “doppia elica„ - due-incagliato, torcendo molecola - in vari modi: 1) buttando giù uno o più del DNA “basa„ noto dalle lettere A, T, G e C, che formano le obbligazioni fra i due fili di doppia elica; 2) ossidando queste basi; o 3) attraversando un o entrambe il filo. Tutti possono provocare un'omissione della molecola di eseguire il suo compito principale - dicendo a celle quali proteine da fare. Quello può piombo alla crescita fuori controlla delle cellule (cancro) o alla morte. Le celle possono riparare spesso il DNA radiazione-nocivo, facendo uso degli enzimi specializzati per asportare e rattoppare i segmenti nocivi. Ma il danno da radiazione di ionizzazione della particella sembra essere più duro da riparare che quello causato dai moduli più a bassa energia di radiazione quali i raggi x ed i raggi gamma. Gli scienziati lungamente hanno supposto che la ragione per questa differenza fosse che le particelle di ionizzazione ad alta energia causate il danno più complesso che contiene molte lesioni vicino insieme sul DNA, piombo alla riparazione più lenta e meno accurata. La tecnica sviluppata da Sutherland e da Paap li ha permessi di verificare questa ipotesi.

Il gruppo di Sutherland ha trovato che le lesioni ragruppate del DNA che si presentano “a monte„ di una lesione di riferimento sul filo opposto del DNA (indicatore blu) sono riparate bene (indicato da verde), mentre le lesioni che accadono “a valle„ o ad entrambi i lati della lesione di riferimento sono riparate male (rosso). I raggi x tendono a produrre i numeri uguali delle lesioni alte ed a valle, in modo da circa la metà delle lesioni sono riparati prontamente. Le particelle fatte pagare ad alta energia, d'altra parte, producono i cluster bilaterali molto più complessi delle lesioni, rendente li più dure riparare.

Facendo uso delle tecniche standard di biologia molecolare, gli scienziati hanno creato il DNA del sintetico con le lesioni conosciute in varie disposizioni spaziali con un tag fluorescente rosso fissato ad un'estremità del filo e un tag fluorescente verde all'altra estremità. Poi hanno applicato un enzima della riparazione del DNA, che taglia il DNA ai siti nocivi. Gli scienziati poi hanno usato l'elettroforesi del gel per separare i frammenti secondo la loro lunghezza. Esaminando le bande rosso- e verde-etichettate e determinando la loro lunghezza, gli scienziati potevano misurare come l'enzima della riparazione riconosciuto ed hanno riparato il danno del DNA.

I risultati erano sorprendenti: Invece di dipendere dal numero delle lesioni, la capacità dell'enzima della riparazione di riconoscere i siti nocivi è sembrato essere più commovente tramite la disposizione spaziale delle lesioni sui fili del DNA. Gli scienziati hanno trovato che l'enzima prontamente ha riconosciuto e riparato le lesioni su uno dei fili del DNA due che si sono presentati tutti ad un lato di una lesione di riferimento sul filo opposto (pensi come “a monte„). Queste lesioni verso l'alto sono state riparate con successo indipendentemente da se c'erano soltanto due o molte lesioni nel danno. Se le lesioni si presentassero “a valle„ dalla lesione di riferimento, tuttavia, l'enzima della riparazione non poteva lavorare correttamente, nessuna materia se il danno ragruppato era un semplice, cluster della due-lesione, simili a quelli causati dai raggi x, o da un cluster complesso della multi-lesione come quelle indotte tramite radiazione dello spazio. Quando le lesioni si sono presentate in un cluster bilaterale sia su che a valle dalla lesione di riferimento, l'enzima della riparazione ha funzionato ancora male.

“Poiché i raggi x producono circa la metà a monte, cluster a valle facilmente riparati e circa la metà, i cluster riparazione-resistenti, circa la metà di loro sarebbero riparati prontamente,„ Sutherland ha detto. “Le particelle pesanti e fatte pagare nella radiazione dello spazio, d'altra parte, producono i cluster molto più complessi e più bilaterali, contenenti tante lesioni che la maggior parte di loro sono riparazione-resistenti. Questa dipendenza direzionale della capacità di riparare le lesioni la spiega perché il danno da radiazione della fare pagare-particella, come quella incontrata nello spazio cosmico, è più nocivo,„ ha detto.

La tecnica facendo uso delle sequenze di DNA sintetiche fluorescente contrassegnate sostituisce una tecnica in cui gli isotopi radioattivi sono utilizzati come tag. Mentre efficienti, gli isotopi radioattivi sono più costosi dei tag fluorescenti. Inoltre, facendo uso dei tracciante radioattivi richiede il frequente preparato di DNA di recente contrassegnato e la disposizione dei campioni sperimentali come rifiuti pericolosi - che accrescimenti più ulteriori il costo della ricerca.

Le molecole fluorescente contrassegnate possono essere memorizzate congelate per i lungi periodi. Così il nuovo metodo minimizza la generazione residua e migliora la sicurezza del lavoratore evitando la manipolazione del materiale radioattivo.

La tecnica può ora essere utilizzata in tutto i laboratori della DAINA ed in università e nell'industria e può essere considerata per altri premi, compreso la Casa Bianca “che chiude concorrenza del premio del cerchio„.

Questa ricerca è stata costituita un fondo per dall'ufficio della ricerca biologica ed ambientale all'interno del Dipartimento per l'energia di Stati Uniti l'ufficio di scienza; il NASA (NASA); l'istituto nazionale del Biomedical dello spazio; gli istituti della sanità nazionali; ed il programma di prevenzione di inquinamento del laboratorio di Brookhaven.