基于线虫阴门细胞增殖死亡模型的辐射生物学效应研究

发布时间：2020-10-20 00:29

　　 细胞增殖死亡又可以称为细胞克隆死亡,是指受到理化因子胁迫的细胞在经过一轮或几轮分裂后丧失增殖能力而死亡的现象,评价细胞增殖死亡的经典方法是通过离体细胞克隆存活实验。模式生物秀丽隐杆线虫的阴门细胞发育谱系清晰,其分裂过程中的细胞死亡能导致阴门形态发生可观测的畸变,是当前唯一的研究辐射诱导细胞增殖死亡的个体组织模型。一些与细胞增殖死亡相关联的辐射生物学研究,包括辐射适应性反应、辐射旁效应以及重离子辐射效应等主要是建立在细胞克隆存活实验基础上的,尚缺少个体水平的实验证据和机制解析。本论文主要利用线虫阴门模型来评价辐射诱导的细胞增殖死亡,在个体水平开展细胞增殖死亡的辐射适应性、辐射旁效应和重离子辐射效应研究,主要结果如下:1.明确在个体水平细胞增殖死亡诱导的辐射适应性反应,以及DNA损伤反应通路(DDR)在其中的角色。首先利用γ射线对早期幼虫(L1/L2)进行低剂量适应性辐射(adaptive radiaton,AR),2 h后继续施加高剂量挑战辐射(challenging radiation,CR),线虫发育到成虫期后对阴门形态进行检验统计,结果表明:5 Gy的AR辐射能诱导阴门细胞增殖死亡的辐射适应性反应,且表现出很强的时间依赖性,只能在14 h和16 h的线虫上诱导,并且具有一个很窄的时间窗口(2 h)。进一步在实验体系中引入线虫突变体,深入研究DDR通路在线虫阴门细胞辐射适应性诱导中的角色,结果表明:DNA损伤检验点基因atm-1hus-1、mrt-2、clk-2和非同源末端修复基因lig-4功能缺失都能有效抑制阴门细胞辐射适应性的诱导,表明DDR通路对阴门细胞的辐射适应性诱导来说必不可少。然而,与细胞实验体系不同,线虫的cep-1/p53和同源重组修复基因Arc-1并不参与这一过程,表明在线虫阴门细胞辐射适应性反应的诱导有特殊的过程和机制。2.明确个体水平辐射适应性反应和辐射旁效应之间存在偶联。首先使用单粒子质子微束定点辐射幼虫的食道球,2h后施加大剂量的γ全身辐射,线虫发育到成虫期后对阴门形态进行检验统计,结果显示:2000个质子辐射线虫食道球可以明显抑制γ辐射(75 Gy和100 Gy)诱导的阴门畸变,表明在个体水平辐射适应性和旁效应之间的偶联关系,也说明线虫阴门细胞适应性反应的诱导具有远程模式。DNA损伤检验点基因atm-1和hus-1功能缺失可以抑制食道球微束辐射诱导阴门细胞的适应性反应,但是只有hus-1突变可以抑制尾部微束辐射诱导的阴门适应性反应。上述结果表明线虫体系中DDR上游的DNA损伤检验点参与了阴门辐射适应性的远程诱导,并且它们的作用具有组织依赖性。3.确定线虫阴门细胞增殖死亡的重离子射程分布。目前重离子辐射诱导细胞增殖死亡的数据主要来自细胞实验体系,尚缺少个体层面的实验数据。本论文针对线虫个体小的特性,设计了一个楔形降能装置把线虫均匀分布在80MeV/u碳离子辐射的整个射程(分成9个位置)之上,辐射后对9个射程位置处线虫的阴门畸变比例进行分型统计,结果表明:碳离子辐射在整个射程范围内诱导的线虫阴门细胞增殖死亡具有剂量依赖性,其生物峰与物理布拉格峰的位置并不重合,这是因为线虫阴门前体细胞具有特殊的命运替换方式,进而在辐射剂量增加时导致生物峰位置的前向移动。阴门细胞增殖死亡的射程分布受线虫发育时期的影响,峰区敏感性L2L3L1L4。DNA损伤检验点基因atm-1、mrt-2和hus-1功能缺失并不影响生物峰位置,只是增加了线虫阴门细胞的重离子辐射敏感性,而cep-1基因功能缺失反而减少了线虫阴门细胞的辐射敏感性。在下游DNA修复环节,同源重组是碳离子辐射诱导DNA损伤的主要修复方式,而非同源末端连接在γ辐射诱导DNA损伤修复中起主导作用。
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：Q691
【部分图文】：

图１．１辐射对ＤＮＡ的损伤［２］??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｒａｄｉａｔｉｏｎ?ｄａｍａｇｅ?ｔｏ?ＤＮＡ［２］??

这一类研究。此外，利用自交的特性筛选隐性突变体可以比其他不能自交的模式??动物如果蝇、斑马鱼和小鼠减少一代的时间，能更好的提高实验效率。线虫的生??命周期较短，如图１．２所示，在２０°Ｃ，大概三天能完成整个生命周期，当线虫群??体食物不足或者生存空间过于拥挤，会进入ｄａｕｅｒ时期ｔ８２］。??８??

决定上述细胞分化命运的是位于这些细胞上面的一个细胞，称为描定细胞??（ａｎｃｈｏｒｃｅｌｌ，?ＡＣ）。从锚定细胞决定到六个细胞的命运决定，整个过程涉及三??轮细胞间的相互作用，线虫阴门细胞谱系如图１．４所示。??１３??
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本文编号：2847929