В статье представлен обзор данных литературы (с включением в него результатов собственных исследований) по индукции адаптивного ответа (АО), его формированию, некоторым механизмам, распространенности, универсальности. Предполагается, что множественность механизмов, высокая вариабельность проявлений, отсутствие способности к АО при ряде условий делает развитие АО практически непредсказуемым. Предполагается также, что индукция АО не является столь универсальным феноменом, как это считалось ранее.

В лимфоцитах периферической крови здоровых людей и больных раком предстательной железы (РПЖ) изучали поврежденность генома (частоту клеток с микроядрами и аберрациями хромосом), концентрацию активных форм кислорода (АФК), экспрессию маркеров активации (CD69), пролиферации (Ki67) и проапоптотического антигена CD95 Т-лимфоцитов, адаптивную способность. Исследовали также влияние гормонотерапии на свойства лимфоцитов и связь изученных показателей с эффективностью лечения, которую оценивали по уровню содержания в крови простатспецифического антигена (ПСА). Было обнаружено, что поврежденность генома при РПЖ не отличается от контроля, наблюдаются снижение радиочувствительности (облучение лимфоцитов в условиях in vitro в дозе 1 Гр) и повышение концентрации АФК, но эти изменения статистически незначимы. Содержание клеток, экспрессирующих маркеры CD69 и CD95, при РПЖ не изменяется, снижается экспрессия маркера пролиферативной активности Ki67. Радиочувствительность лимфоцитов при РПЖ коррелирует с экспрессией маркера CD95: при более высокой радиочувствительности этих клеток можно предполагать предрасположенность их к апоптотической гибели. Введение гормонов, курс которых проводят перед лучевой терапией, приводит к увеличению радиочувствительности лимфоцитов при РПЖ, снижению содержания АФК. Адаптивная способность лимфоцитов крови при РПЖ возрастает статистически незначимо, на нее гормоны не влияют, но высокий оксидативный статус способствует формированию адаптивного ответа. Для прогноза лечения представляется очень важным обнаруженная нами корреляционная связь между исходной (до начала лечения) частотой клеток с МЯ и эффективностью лечения: чем меньше поврежденных клеток, тем выше эффективность лечения. Полученные результаты могут иметь значение для экспериментального обоснования и понимания возможности использования лимфоцитов крови для дополнительной диагностики РПЖ и прогноза успеха его лечения.

The incidence of unstable chromosome aberrations in peripheral blood lymphocytes from unirradiated control subjects was analyzed using cytogenetic data obtained from 9 cytogenetic laboratories located in Moscow, St.-Petersburg, Obninsk, and Dubna (Russia). The objective of this study was to estimate the level and spectrum of spontaneous chromosome aberrations in human lymphocytes. 1140 blood samples were taken from 1112 subjects (594 men and 546 women) aged 1 to 72. The total metaphase number was 466795. The uniform Giemsa method for peripheral blood lymphocyte cultures was used. After counting 466795 metaphases, 4288 chromosomal aberrations of various types were classified. The most frequent types of aberrations were acentrics and chromatid deletions. They made up 90% of the total number of aberrations. The remaining 10% were exchange aberrations. The number of chromosome exchanges (dicentrics and centric rings) was twice the number of chromatid exchanges. Overall, the portion ofcells with chromosomal or (and) chromatid aberrations was 0.89 +/- 0.01%; the frequency of acentrics was 0.29 +/- 0.01; the frequency of dicentrics was 0.046 +/- 0.003; the frequency of unstable chromosome aberrations was 0.35 +/- 0.01; and the frequency of chromatid aberrations was 0.57 +/- 0.01 per 100 cells.

Исследована связь скорости движения стимулированных лимфоцитов периферической крови человека по клеточному циклу с другими свойствами популяции: экспрессией ряда иммунологических маркеров, спонтанной поврежденностью генома, радиочувствительностью. В качестве меры скорости использован пролиферативный индекс (ПИ) популяции, который рассчитывался по составу клеточной популяции в микроядерном (МЯ) тесте с цитокинетическим блоком с помощью цитохалазина В. При отсутствии генотоксических воздействий ПИ не сопряжен со спонтанной частотой клеток с МЯ и радиочувствительностью клеток, но тесно связан с иммунологическими показателями. Установлено, что после стимуляции в популяциях с меньшей скоростью движения клеток по циклу доля маркер положительных клеток (маркеров активации CD25+ и CD69+, а также маркера пролиферации Ki67+) выше. Облучение популяции клеток в дозе 1 Гр через 48 ч после стимуляции приводит к возникновению новой коррелятивной связи между радиочувствительностью и ПИ, измеренным сразу после облучения и в тот же промежуток времени, что и ПИ для необлученной популяции. ПИ облученной популяции с уровнем экспрессии маркеров не связан.

DNA damage level was investigated by DNA comet assay in the peripheral blood lymphocytes of prostate cancer patients (28 men) and healthy donors (26 men). It was shown that the level of DNA damage analysed by DNA comet assay in neutral pH was 1,8 higher than in healthy donors. Difference is statistically significant at P

In this paper the results of research at 5–10 and 24 years after the Chernobyl accident are summarized. These results include the investigation of genomic instability, formation of the adaptive response, genome damage, and oxidative status. The studies were performed on cells in culture, mice, children and adults who lived in the contaminated areas, and liquidators of the consequences of the Chernobyl accident. Inhibition of cell proliferative activity, late cell death, and the increase in micronucleus and giant cell frequency were observed after the exposure of cells in culture in the accident zone followed by their culturing in laboratory conditions. In the progeny of the exposed cells, the effect of enhanced radiosensitivity was detected. Thus, it can be assumed that exposure of parental cells in culture in the area of the accident induced genomic instability that resulted in the development of various abnormalities in progeny cells. At the organism level, the Chernobyl zone exposure of mice caused an increase in radiosensitivity; as well, a decrease in the endotheliocyte density in the cerebral cortex and other brain tissues was observed. In the blood lymphocytes of children stimulated by PHA, a more than two times increase in micronucleus cell frequency was detected. A reduced number of individuals with significant adaptive response was found in both the juvenile and adult groups. In all investigated populations, an increased number of individuals with enhanced radiosensitivity were observed in response to low-dose radiation exposure. At 24 years after the accident liquidators were subjected to examinations, which revealed an increased frequency of cells with micronuclei and chromosome-type aberrations in blood lymphocytes, an elevated level of DNA double strand breaks, and a reduced level of reactive oxygen species compared to those of the control group. This means that the genomic instability that was accumulated by the residents of the contaminated regions and liquidators as a result of the accident leads to damage of the genetic apparatus, an increase in radiosensitivity, and hypoxia as late consequences that all are risk factors and increase the probability of the development of tumor and non-tumor diseases. The development of the above-mentioned pathological processes may occur in the distant future.

Genome damage, namely, the frequency of cells with micronuclei (MN) and chromosome aberrations, the level of DNA double-strand breaks, and concentration of reactive oxygen species (ROS), as well as 28 immunological characteristics were studied in the blood lymphocytes of Chernobyl nuclear accident cleanup workers. The goal of the work was to examine the cytogenetic and molecular biological changes in the blood lymphocytes of exposed individuals 24 years after the accident and to find the correlations between genome damage and immunity parameters. The rate of cells with MN and the total rate of the cells with all types of chromosome aberrations did not differ from those of unexposed individuals; however, the amount of chromosome type aberrations and DNA double-strand breaks were elevated in the lymphocytes of cleanup workers, whereas the concentration of reactive oxygen species was decreased. As compared with the control population cohort, cleanup workers displayed a statistically significant increase in the percent of cytotoxic CD8+ T lymphocytes, CD16+ natural killers, CD3+CD16+CD56+ natural killer cells (NK-T cells, displaying antiviral and antitumor activities), HLA-DR+ (a marker of late lymphocyte activation), and regulatory T lymphocytes (CD4+CD25+high). The level of serum immunoglobulin (IgA) increased in a statistically significant manner. The index of immune regulation decreased along with the values of phagocytic activities of neutrophils (PAN) and macrophages (PAM). Liquidators displayed statistically significant (p < 0.05) correlations of the rate of cells with MN with the content of regulatory T lymphocytes (CD4+CD25+high) and between the reactive oxygen species concentration and the content of activated T lymphocytes. A considerably larger number of correlations was detectable at the level of sufficiently reliable trends at p < 0.10, in particular, of the rates of chromosome aberrations and DNA double-strand breaks with the contents of natural killers and regulatory T lymphocytes, as well as of the rates of the cells containing MN and DNA DSBs with PAN. This suggests that the genomic instability induced by exposure 24 years ago during the cleanup activities after the Chernobyl nuclear accident is manifested now as an increased level of genome damage and a decrease in oxidative status, which can result in the cell and humoral immunity disturbance.

У лимфоцитов крови больных раком предстательной железы (РПЖ) до и во время лучевого лечения изучали: поврежденность ДНК методом ДНК-комет (двунитевые разрывы ДНК – ДР ДНК); частоту клеток с микроядрами (МЯ) при использовании цитокинетического блока цитохалазином В; индукцию адаптивного ответа при дополнительном облучении ФГА стимулированных лимфоцитов в дозах 0.05 и 1.0 Гр через 24 и 48 ч после стимуляции. Изменения этих показателей сравнивали со степенью снижения уровня простатспецифического антигена (ПСА), что является адекватным критерием эффективности лечения. Обнаружено, что в лимфоцитах онкологических больных повышен выход ДР разрывов ДНК и частота клеток с МЯ. При проведении лучевой терапии (в течение 3 мес) уровень ДР ДНК и частота клеток с МЯ возрастают. Степень и направленность изменения этих показателей совпадают. Были обнаружены достоверные корреляционные зависимости между степенью увеличения выхода ДР ДНК и частоты клеток с МЯ во время лечения и степенью снижения уровня ПСА. Показано, что чем выше исходная частота лимфоцитов с МЯ (до лечения), тем хуже эффективность лечения. Эти результаты могут иметь большое значение для определения прогноза эффективности лечения. Исследование способности лимфоцитов к индукции адаптивного ответа показало, что у больных с выраженным адаптивным ответом до лечения отмечается менее значительное снижение уровня ПСА во время лечения (в среднем до 3.5–3.6 нг/мл); при отсутствии адаптивного ответа или индукции повышенной радиочувствительности уровень ПСА в большинстве случаев снижается весьма существенно (в среднем до 0.07 нг/мл). Можно полагать, что прогноз эффективности лечения больных РПЖ с адаптивным ответом будет хуже.

Blood lymphocytes of 15 healthy donors have been investigated for their ability to reduce radiosensitivity after low-dose irradiation-radio-induced adaptive response (AR). The frequency of unstable chromosome aberrations was used to evaluate cell radiosensitivity after the irradiation of cells in low adaptive (5 cGy) and high challenge (1 Gy) doses in comparison with the effect of challenge irradiation only. Three indexes have been used, i.e., (A) the frequency of cells with aberrations per total analyzed cell, (B) the number of chromosome aberrations per one cell, (C) and the number of chromosome aberrations per one aberrant cell. It was found that the donors can be divided in the four following groups: 1. AR was not estimated any of the indexes used; 2. AR was estimated with indexes A and B, but not C; 3. AR was shown by indexes B and C; 4. AR was evident with all three indexes. The generally accepted AR repair model only explains the appearance of group-3 and-4 donors, but not group-2. For the purpose of understanding the AR mechanisms and the difference in AR estimations with various criteria, the metaphase distribution by the number of chromosome aberrations has been analyzed for each donor. It was shown that, in group-2 donors, the number of cells without aberrations after adaptive and challenge irradiations was significantly higher than after irradiation with a challenge dose only. Thus, in this group, AR is formed as a result of the changed frequency of cells in the 0 class (population shift). A similar shift is observed in the metaphase distribution in the donors of group 4, but not in group 3. The data obtained show that AR is probably a result of several processes, including the activation of the reparation of premutational genome damages, population shifts evident in the frequency of undamaged cells, and, possibly, the activation of apoptotic cell death. The complex character of AR is reflected to different degrees in each criterion of radiosensitivity.

В работе проанализированы результаты собственных экспериментальных исследований и данные литературы о механизмах формирования адаптивного ответа (АО), о его вариабельности, факторах, на него влияющих. На лимфоцитах крови человека при помощи микроядерного теста с цитокинетическим блоком цитохалазином и метафазного анализа хроматидных аберраций хромосом были изучены изменения состава клеточной популяции, пролиферативный индекс, проявление АО или феномена повышенной чувствительности после облучения в малой адаптирующей (5 сГр) и высокой разрешающей (1.0 Гр) дозах в фазах G1 и G2 (24 и 48 ч после стимуляции ФГА) соответственно. Фиксацию клеток проводили через 50 ч (через 2 ч после добавления демеколцина) и 72 ч (через 48 ч после добавления цитохалазина B). Критериями оценки служили изменение состава клеточной популяции, частота клеток с микроядрами в двуядерных клетках (на 1000 всех двуядерных клеток), частота клеток с аберрациями хромосом (на 100 метафаз). Было показано, что изменение состава популяции, проявление АО и его механизмы зависят от индивидуальных особенностей каждого человека. Оценки (наличия–отсутствия АО) по показателям частоты клеток с микроядрами и клеток с аберрациями хроматидного типа не совпадают (совпадение отмечается в трех случаях из 15). Предполагается, что в G2 фазе цикла после облучения в разрешающей дозе при микроядерном тесте и метафазном анализе аберраций хромосом регистрируются разные клетки (через 24 ч и 2 ч после остановки митозов, соответственно). Изменение состава клеточной популяции может, вероятно, влиять на окончательную оценку АО, но не является его механизмом. Главный механизм формирования АО – это защита от повреждений разными путями. Формирование АО зависит от многих факторов и индивидуальных особенностей, выявляется при использовании определенных критериев оценки, с учетом определенной генетической конституции. Это позволяет ставить вопрос об универсальности АО.

The Chinese hamster cells V-79 were irradiated by y-rays in doses 0.5 Gy and 3 Gy at dose rate of 0.48 Gy/min (an acute irradiation) and in dose 0.5 Gy at dose rate of 0.0485 MGy/min (a prolonged irradiation). The acute and prolonged irradiation in a dose 0.5 Gy enlarges frequency of appearance of micronucleus. Subsequent cultivation of the irradiated cells during 20 generations enlarges frequency of micronucleus, and for a prolonged irradiation the boosted frequency of micronucleus is saved during 40-60 generations. After an acute irradiation the number of micronucleus starts to be reduced after 20 generations. An acute and prolonged irradiating in a dose 0.5 Gy enlarge frequency of chromosome aberrations at once after an irradiating, which is gradually reduced up to a control level to 20 generating. The irradiating in a dose 3 Gy enlarges frequency of chromosome aberrations at once after an irradiating, which is reduced up to a control level to 20 generating, then increases to 40-th generating and remains at this level before 60-th generating.