【摘 要】
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高能重离子利用其有利的深度-剂量分布,可以在有效杀伤人体内部肿瘤的同时尽量减小对正常组织的损伤,在肿瘤治疗中具有明显优势。但另一方面,其在诱发后期效应方面有着很高的生物有效性,对载人航天探索造成严重威胁。细胞对重离子辐照诱导的密集损伤的响应,特别是DNA损伤应答（DDR）,与对稀疏电离损伤的响应是截然不同的。DNA损伤应答是一个高度协调的过程,这些损伤应答因子在反应中的参与程度取决于应答因子之间以
【机 构】
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中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所
【基金项目】
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国家自然科学基金委; 科技部基金
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高能重离子利用其有利的深度-剂量分布,可以在有效杀伤人体内部肿瘤的同时尽量减小对正常组织的损伤,在肿瘤治疗中具有明显优势。但另一方面,其在诱发后期效应方面有着很高的生物有效性,对载人航天探索造成严重威胁。细胞对重离子辐照诱导的密集损伤的响应,特别是DNA损伤应答（DDR）,与对稀疏电离损伤的响应是截然不同的。DNA损伤应答是一个高度协调的过程,这些损伤应答因子在反应中的参与程度取决于应答因子之间以及它们与染色质之间的生化反应。支架蛋白被认为在协调这些因子的招募/解离中起着核心作用,它能够稳定DNA损伤及其周围环境,为其它修复因子提供结合位点,促进完整的修复过程。我们利用基于中国科学院近代物理研究所的高能微束装置上的在线活细胞成像系统,研究了人纤维肉瘤细胞HT1080（表达XRCC1标记RFP）被高LET重离子辐照后,支架蛋白X射线修复交叉互补蛋白1（XRCC1）在局部DNA损伤位点的响应过程。利用随机光学重建显微镜观察了重离子辐照后人纤维肉瘤细胞HT1080中XRCC1等蛋白的修复聚点的纳米分辨结构。取得的主要结论如下:1)XRCC1以聚ADP-核糖聚合酶（PARP）依赖的方式被招募到DNA损伤位点,它的响应极为快速,其招募/解离动力学符合连续反应模型。2)我们引入连续反应模型分析DNA损伤应答因子的招募/解离过程,特别是利用模型中的招募速率常数k1和解离速率常数k2定量的分析了XRCC1的动力学。3)对相同细胞的分次照射导致先形成的损伤位点上XRCC1的加速解离,而解离的XRCC1立即以更高的招募效率被循环利用,揭示了XRCC1新的急救机制及其在DNA损伤应答中的高周转效率。4)当辐照离子的线性能量传递（LET）相对更高时,XRCC1的招募速度更快,解离速度也较慢;G2期的XRCC1招募速度比G1期的更快,解离速度也较慢;但辐照离子的数目对XRCC1的动力学没有影响。更高密度的DNA损伤为XRCC1提供了更多的结合位点,从而更有利于XRCC1的招募和停留。5)对重离子辐照诱导的DNA损伤修复聚点结构的超分辨解析发现,XRCC1和PARP-1的修复聚点为小的圆团形,而53BP1的修复聚点呈现弯曲的细长条形,XRCC1与53BP1会同时出现共定位和反共定位的情况,可能反映了它们在DNA损伤修复中的协作和竞争。我们引入了连续反应模型,定量的分析了高LET重离子辐照诱导的DNA损伤位点XRCC1的动力学,观察了修复聚点纳米分辨的微观结构,取得的结果有助于我们理解DNA损伤应答中的生化机制,为重离子放射治疗和空间辐射防护提供有益的参考。
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