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Comment l'hibernation réduit-elle le risque de mutation radio-induite ?

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Un documentaire récent (passez à 58:20) discute de la possibilité que l'hibernation, si elle pouvait être induite chez les astronautes extrasolaires, réduirait les dommages causés par le rayonnement cosmique. La raison évidente pour laquelle cela pourrait se produire est le blindage des chambres d'hibernation, mais le documentaire examine les preuves que même l'hibernation à l'état sauvage (par exemple les ours) réduit les dommages causés par les radiations en raison d'un métabolisme ralenti.

Je suppose que le lien est que le besoin réduit de synthèse enzymatique maintient l'ADN enroulé la plupart du temps, de sorte que ses nucléotides sont moins exposés aux radiations, mais même si cela est vrai, cela soulève la question de savoir comment l'enroulement protège les radiations. (Par exemple, est-il moins capable de pénétrer les histones ou le squelette du désoxyribose phosphorylé ?) Ajoutant à ma confusion, le documentaire prétend que le mécanisme est enraciné dans le sulfure d'hydrogène, mais n'explique pas non plus pourquoi celui-ci est plus concentré dans les cellules d'hibernation animaux ni comment il réduit les mutations.


Il s'agit toujours d'un domaine de recherche active, et il ne semble pas y avoir de réponse définitive unique aux mécanismes à l'origine de la réduction des dommages causés par les radiations pendant l'hibernation.

Une revue récente de Cerri et al. (2016) couvre une grande partie de la biologie connue derrière l'hibernation et la résistance aux dommages causés par les radiations.

Quelques citations choisies de cette revue :

Au niveau cellulaire, il est bien connu que les cellules irradiées au repos, et laissées au repos pendant 24 h après l'irradiation, sont plus résistantes que les cellules repiquées immédiatement après l'exposition. Cet effet est connu sous le nom de placage retardé et est généralement attribué à la réparation des dommages potentiellement mortels (PLDR) en phase de repos.

Le niveau d'oxygène pendant l'hibernation peut contribuer à l'amélioration de la radiorésistance. L'hypoxie est un mécanisme de protection bien connu et est sans doute la principale raison de l'échec du contrôle local en radiothérapie.

Rockwell et al. (2009) discutent de la raison sous-jacente de la sensibilité réduite aux rayonnements dans un environnement hypoxique :

L'oxygène moléculaire (O2) est un puissant radiosensibilisateur chimique. Cette radiosensibilisation ne résulte d'aucun des effets métaboliques ou physiologiques de l'oxygène, mais reflète plutôt le fait que l'O2 est une molécule extrêmement affine aux électrons qui participe aux réactions chimiques qui conduisent à la production de dommages à l'ADN après l'absorption d'énergie provenant de rayonnement ionisant [21,22].

Mon point de vue personnel serait que le risque réduit de dommages induits par les radiations n'est probablement pas dû à l'arrangement structurel de l'ADN, mais plutôt à l'environnement cellulaire global. Ceci est peut-être lié à une capacité accrue à réparer l'ADN endommagé, mais est également susceptible d'être fortement dépendant des niveaux d'oxygène cellulaire.


But

L'irradiation du sein entier avec la technique d'apnée par inspiration profonde (DIBH) chez les patientes atteintes d'un cancer du sein gauche réduit considérablement l'irradiation cardiaque. Cependant, un inconvénient potentiel est l'augmentation de l'irradiation accidentelle du sein controlatéral.

Méthodes et matériaux

La dose au sein controlatéral (CBD) a été calculée en comparant 400 plans de traitement de 200 patientes atteintes d'un cancer du sein du côté gauche dont les champs tangentiels avaient été planifiés sur des ensembles de données tomodensitométriques synchronisés et non synchronisés. Divers paramètres anatomiques et de terrain ont été analysés pour leur impact sur le CBD. Pour un sous-groupe de patientes (âgées de ≤ 45 ans), le risque de second cancer du sein controlatéral (CB) a été modélisé en appliquant le modèle quadratique linéaire, les modèles composés et les modèles composés en tenant compte des informations dose-volume (DVH).

Résultats

Le CBD moyen était significativement plus élevé dans le DIBH avec 0,69 Gy par rapport à 0,65 Gy en respiration normale (P=.01). Le plus grand impact sur le CBD était dû à un déplacement de la marge de champ interne vers le CB dans DIBH (plage moyenne de 0,4 cm, 0-2), suivi de la taille du champ en magnitude. Le calcul avec différents modèles de risque pour la CBC a révélé des valeurs d'excès de risque relatif/Gy allant de 0,48-0,65 vs 0,46-0,61 pour DIBH vs respiration normale, respectivement.

Conclusion

La dose du sein controlatéral, bien que dans une fourchette de dose faible, a été légèrement mais significativement augmentée dans 200 plans de traitement générés dans des conditions fermées, principalement en raison d'un changement dans la marge médiale du champ. La modélisation du risque de CBC chez les femmes âgées de ≤ 45 ans a également indiqué un risque plus élevé lorsque l'on compare le DIBH avec une respiration normale. Ce risque, cependant, était considérablement plus faible dans le modèle prenant en compte les informations DVH. Nous pensons que les décisions cliniques ne devraient pas être affectées par cette petite augmentation du CBD avec DIBH car DIBH est efficace pour réduire la dose au cœur chez tous les patients.

Tous les auteurs ont contribué de manière significative au travail soumis et ont lu et approuvé la version finale.


Fond

Le cancer est la troisième cause de morbidité et de mortalité dans le monde (Thun, DeLancey, Center, Jemal, & Ward, 2009). Même s'il n'y a pas de médicaments spécifiques conçus pour cela, la radiothérapie (RT) est le principal traitement du cancer et plus de 60% des cas de cancer nécessitent une radiothérapie. La RT est appelée irradiation ou radiothérapie. Les radiations perforent l'ADN des cellules cancéreuses, ce qui inhibe leur croissance et leur division, les détruisant ainsi. Les cellules normales voisines des cellules cancéreuses peuvent également être affectées par les radiations. Même si la RT est largement utilisée dans le monde, elle entraîne de nombreux effets secondaires. L'effet des radiations et de l'apparition du cancer peut être étudié à partir de la recherche épidémiologique des survivants de la bombe atomique (Land et al., 2003 Preston, Shimizu, Pierce, Suyama, & Mabuchi, 2003 UNSCEAR, 2000). Les cancers à un stade précoce sont traités par radiothérapie. La limitation majeure de la radiothérapie est l'endommagement des cellules normales entourant la tumeur maligne (Barber et al., 2000 Sprung, Chao, Leong, & McKay, 2005). Environ 5 % des patients cancéreux radiosensibles sont exposés à des doses de rayonnement limitées pour prévenir les effets secondaires graves de la radiothérapie. Avant le traitement, nous devons identifier les facteurs prédictifs d'une radiosensibilité accrue en radiobiologie. Ce processus permet d'identifier la radiothérapie spécifique au patient (Sprung, Davey, Withana, Distel et amp McKay, 2008). Les doses de rayonnement administrées aux patients sont différentes pour différents cancers. La quantité de rayonnement administrée au patient peut dépendre de la taille de la tumeur, du type de chirurgie, de l'implication des ganglions lymphatiques et des qualités du cancer (Dayes et al., 2006). Cette revue décrit les récents traitements de radiothérapie destinés à divers cancers et leurs effets secondaires associés. Étudier les risques physiologiques et génétiques associés à la RT est un besoin de l'heure. Par conséquent, cette mini revue visait à collecter des données sur les risques de la radiothérapie et à s'assurer que les formulations ayurvédiques diminueraient leurs effets indésirables.


Dommages à l'ADN associés aux rayonnements ionisants, radiothérapie et mécanismes de réparation de l'ADN

Effets des rayonnements ionisants dans la cellule

Le rayonnement ionisant est un type de rayonnement à haute énergie qui est capable de libérer des électrons d'atomes et de molécules générant des ions qui peuvent rompre les liaisons covalentes. Les rayonnements ionisants affectent directement la structure de l'ADN en induisant des cassures de l'ADN, en particulier les DSB. Les effets secondaires sont la génération d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) qui oxydent les protéines et les lipides, et induisent également plusieurs dommages à l'ADN, comme la génération de sites abasiques et les cassures simple brin (SSB). Collectivement, tous ces changements induisent la mort cellulaire et l'échec mitotique.

Les rayonnements ionisants peuvent être divisés en rayons X, rayons gamma, particules alpha et bêta et neutrons. Les cellules quiescentes et à division lente sont moins radiosensibles, comme celles qui constituent le système nerveux, tandis que les cellules à taux de prolifération élevés sont plus radiosensibles, comme la moelle osseuse, la peau et les cellules épithéliales du tractus gastro-intestinal, entre autres. La dose de rayonnement est mesurée en unités gray (Gy), une mesure de la quantité de rayonnement absorbée par 1 kg de tissu (Dunne-Daly, 1999).

Radiothérapie

La radiothérapie est un traitement visant à réduire la masse tumorale ou à éliminer les cellules tumorales résiduelles en exposant la tumeur à des rayonnements ionisants. Les régimes de radiothérapie utilisent principalement des rayonnements X et gamma (Masuda et Kamiya, 2012). Le rayonnement affecte indistinctement les cellules tumorales et saines irradiées. La radiothérapie est utilisée comme traitement standard du cancer du sein après mastectomie, mais cette thérapie peut également être utilisée à titre prophylactique ou palliatif pour réduire le risque de récidive tumorale ou pour soulager les symptômes causés par la croissance tumorale et les métastases associées, respectivement (Delaney et al., 2005). La radiothérapie peut être délivrée par rayonnement externe ou interne. La radiothérapie par faisceau externe est créée électroniquement par un accélérateur linéaire qui produit des faisceaux de photons appelés rayons X, avec des potentiels électriques compris entre 4 et 20 mégavolts. Les patients reçoivent des doses de rayonnement en séances quotidiennes pendant plusieurs semaines, et la dose de rayonnement peut être administrée selon trois schémas différents : fractionnement accéléré, hyperfractionnement et hypofractionnement. Le fractionnement accéléré désigne un schéma de rayonnement dans lequel la dose totale de rayonnement est divisée en petites doses et les traitements sont administrés plus d'une fois par jour. La dose totale de rayonnement est administrée sur une période de temps plus courte (moins de jours) par rapport à la radiothérapie standard (semaines). Une réduction du temps de traitement peut réduire le repeuplement des cellules tumorales, entraînant un meilleur contrôle locorégional. Dans le traitement hyperfractionné, la dose totale de rayonnement est divisée en doses plus faibles, et elle est administrée plus d'une fois par jour mais dans la même période que la radiothérapie standard (jours ou semaines). La réduction de la dose peut réduire le risque de toxicité, bien que la dose totale soit augmentée. La radiothérapie hypofractionnée est administrée une fois par jour ou moins souvent. La dose totale est divisée en doses plus importantes et est administrée sur une période plus courte que la radiothérapie standard. Ce schéma réduit les visites aux patients et les coûts, et moins d'effets secondaires sont remarqués par rapport à la radiothérapie conventionnelle.

La radiothérapie interne, également appelée curiethérapie, est libérée à partir de sources de rayonnement gamma telles que les isotopes radioactifs comme le 60 Co et le 137 Cs, qui sont placés dans le corps du patient. Ce type de rayonnement peut délivrer de fortes doses de rayonnement focalisé avec un potentiel électrique compris entre 0,6 et 1 mégavolt et endommage moins les tissus normaux (Patel et Arthur, 2006).

Réparation de l'ADN après rayonnement ionisant

Les rayonnements ionisants provoquent directement des DSB, mais en plus des dommages de base dus à des effets indirects sont également induits. Ce rayonnement provoque la formation de ROS (espèces réactives de l'oxygène) qui sont indirectement impliquées dans les dommages à l'ADN. Ces ROS génèrent des sites apuriniques / apyrimidiniques (basiques) dans l'ADN, des SSB, des modifications de la fraction sucre et des bases d'addition désaminées (Redon et al., 2010 Aparicio et al., 2014). Lorsque l'ADN est endommagé, la machinerie de réparation de la cellule est activée et arrête le cycle cellulaire à des points de contrôle spécifiques pour réparer les dommages à l'ADN et empêcher la poursuite du cycle. Il est connu que la radiosensibilité intrinsèque des cellules tumorales est fortement influencée par la capacité de réparation des cellules DSB (Mladenov et al., 2013). Si les cellules tumorales sont capables de réparer efficacement les dommages causés par les radiations, une résistance aux radiations se développe, permettant aux cellules de survivre et de se répliquer. Si les dommages ne sont pas réparés, ces mécanismes induisent la mort cellulaire programmée ou l'apoptose pour empêcher l'accumulation de mutations dans les cellules filles (Deckbar et al., 2011 Guo et al., 2011).

Comme mentionné, les rayonnements ionisants atteignent inévitablement les tissus normaux, induisant des effets indirects dans les cellules normales adjacentes à la tumeur qui peuvent contribuer aux aberrations chromosomiques et augmenter le risque de nouvelles tumeurs malignes. Des doses élevées de rayonnement peuvent produire une toxicité et réduire le pronostic du patient (Brown et al., 2015). La radiothérapie individuelle basée sur la capacité de réparation du DSB pourrait prédire la toxicité pour les tissus environnants, améliorant ainsi la sécurité du traitement. La capacité de réparation des DSB dépend non seulement de l'intégrité des gènes, mais aussi de l'expression des gènes. En plus des mutations germinales affectant des gènes comme BRCA 1 et 2 ou d'autres gènes apparentés, des mécanismes génétiques et épigénétiques peuvent réduire ou abroger l'expression de gènes impliqués dans la réparation des DSB (Bosviel, et al., 2012). La capacité de réparation de l'ADN pourrait être pertinente pour décider du traitement approprié pour les patients atteints de cancer, et les tests fonctionnels peuvent fournir des informations précieuses pour ces décisions cliniques.

Voies de réparation DSB

La réparation DSB est réalisée de trois manières : la jonction d'extrémités non homologues (NHEJ), la recombinaison homologue conservatrice (HR) et l'alignement simple brin, également appelé recombinaison homologue non conservatrice (SSA) (Langerak et Russell, 2011). La RH est considérée comme un mécanisme sans erreur car elle utilise un brin guide d'ADN non endommagé pour réparer le DSB, et l'ADN d'origine est reconstitué sans perte d'informations génétiques, mais ce mécanisme se déroule lentement et ne s'exerce qu'aux phases S/G2 de la cycle cellulaire. NHEJ et SSA sont considérés comme des mécanismes mutagènes et sujets aux erreurs, car le traitement des extrémités de l'ADN peut entraîner une perte ou une modification de l'information génétique aux extrémités DSB réparées. Le NHEJ est le mécanisme le plus courant de réparation des DSB dans les cellules eucaryotes. Dans ce mécanisme, les brins d'ADN au niveau du DSB sont coupés ou modifiés, et les extrémités sont ligaturées ensemble indépendamment de l'homologie, générant des délétions ou des insertions. Bien que ce processus soit sujet aux erreurs, ce mécanisme peut réparer rapidement les dommages à l'ADN, car il n'est pas limité à une seule phase du cycle cellulaire, empêchant ainsi une instabilité génétique accrue (Do et al., 2014). Ces mécanismes sont détaillés ci - dessous et dans la figure 1 . Les principales protéines impliquées dans les premières étapes de la détection des DSB, du remodelage de la chromatine et de la réparation de l'ADN sont répertoriées dans le tableau 1 .

Tableau 1

GèneNomFonctionEmplacement du cromosome
AKT1homologue d'oncogène viral de thymome murin v-akt 1Sérine/thréonine kinase. Régule les composants de la machinerie apoptotique.14q32.32
AU MAtaxie télangiectasie mutéeSérine thréonine protéine kinase. Active les points de contrôle du cycle cellulaire lors de l'induction du DSB agissant comme un capteur de dommages à l'ADN.11q22-q23
BAP1Protéine 1 associée à BRCA1 (ubiquitine carboxy-terminal hydrolase)Se lie à BRCA1. Impliqué dans le cycle cellulaire, la réponse aux dommages de l'ADN et la dynamique de la chromatine.3p21.1
BIRP1Interaction de la protéine BRCA1 avec l'hélicase c-terminaleProtéine interagissant avec les récepteurs formant un complexe avec BRCA1. Actif pendant la réparation DSB.17q22.2
BRCA1Cancer du sein 1Réparation de l'ADN, ubiquitination et régulation transcriptionnelle pour maintenir la stabilité génomique. Induit des arrêts du cycle cellulaire après irradiation ionisante.17q21
BRCA2Cancer du sein 2Impliqué dans la réparation DSB et/ou la recombinaison homologue dans la méiose.13q12
CDKProtéine Kinase de Division CellulaireKinases du cycle cellulaire.10q21.2
CDKN1BInhibiteur de kinase cycline-dépendante 1BProgression du cycle cellulaire à G1.12p13.1-p12
CCND1Cycline D1Régule le cycle cellulaire pendant G1/S, interagit également avec un réseau de protéines de réparation dont RAD51 pour réguler les RH11q13
CCND3Cycline D3Régule la transition G1/S dans le cycle cellulaire6p21.1
RBBP8Protéine de liaison du rétinoblastomeEndonucléase qui fonctionne avec le complexe MRX dans la première étape de la réparation DSB.18q11.2
EP3003 00 kDa E1A-Binding protein geneRègle la transcription passant par remodelage de la chromatine. Régulé par l'acétylation dans la réponse aux dommages de l'ADN.22q13.2
EXO1Exonucléase 15’-3’ Exonucléase1q43
FGFR2Récepteur 2 du facteur de croissance des fibroblastesRécepteur tyrosine kinase de surface cellulaire régulant la prolifération, la migration et l'apoptose cellulaires.10q25.3-q26
HIST1H2BCAmas d'histones 1, H2BCHistone centrale jouant un rôle dans la réparation, la réplication et la stabilité chromosomique de l'ADN.6p22.1
H2AXFamille H2A Histone, membre XRequis pour l'arrêt médié par les points de contrôle de la progression du cycle cellulaire en réponse à de faibles doses de rayonnement ionisant et pour une réparation efficace des DSB lorsqu'ils sont modifiés par la phosphorylation C-terminale.11q23.3
KU70Autoantigène thyroïdien 70 kDaLiaison aux extrémités DSB et inhibition de l'activité exonucléase à ces extrémités.22q13.2
LIG4ligase IVL'ADN ligase impliquée dans la jonction des extrémités non homologues de l'ADN (NHEJ) requise pour la réparation de la DSB.13q33.3
LSP1Protéine spécifique des lymphocytes 1La protéine de liaison à l'actine F.11p15.5
MDC1Médiateur du point de contrôle des dommages à l'ADN 1Protéine médiateur-adaptateur en réponse aux dommages de l'ADN, active pendant les phases S et G2/M du cycle cellulaire.6p21.3
MLL3Leucémie myéloïde/lymphoïde ou à lignée mixte 3Une partie du complexe ASCOM régulé par acétylation pour induire l'expression de cibles p53 telles que p21 dans la réponse aux dommages à l'ADN.7q36.1
MRE11Recombinaison méiotique 11Endonucléase, exonucléase, complexe MRN/X-5.11q21
NBN1NibrineComposant du complexe MRN/X. Joue un rôle essentiel dans la réponse cellulaire aux dommages de l'ADN et dans le maintien de l'intégrité des chromosomes. Régulateur des points de contrôle du cycle cellulaire dans la méiose.8q21.3
PALB2Partenaire et localisateur de BRCARôle critique dans la réparation des RH en recrutant BRCA2 et RAD51.16p12.1
PTENHomologue de la phosphatase et de la tensineProtéine suppresseur de tumeur. Actif dans la réparation de l'ADN par des interactions avec les voies Chk1 et P53. Régulateur de l'activité RAD51.10q23.3
RAD50Homologue RAD50 Sacharomyces cerevisiaeProtéine impliquée dans la réparation DSB, requise pour NHEJ et HR.5q23-q31
RAP80Motif d'interaction d'ubiquitine contenant 1Reconnaître les histones H2A et H2AX ubiquitinées et recruter l'hétérodimère BRCA1/BARD1 au DSB.5q35.2
RB1RétinoblastomeLa protéine suppresseur de tumeur, médie l'arrêt du cycle cellulaire.17q22.2
Rif1Homologue du facteur d'interaction RAP1 (levure)Requis pour l'arrêt du cycle cellulaire en phase S en réponse à des dommages à l'ADN.2q23.3
RNF168RING Finger ProtéineE3 ubiquitine-protéine ligase requise pour recruter des protéines de réparation sur les sites de dommages à l'ADN.3q29
TGFβ1Facteur de croissance transformant 㬡Peptides multifonctionnels qui régulent la prolifération cellulaire, la migration, l'adhésion, la différenciation et d'autres fonctions.19q13.1
HautBP1Protéine de liaison à la topoisomérase (ADN) IIRégulateur de point de contrôle en phase S.3q22.1
TOX3Tox boîte groupe haute mobilité membre de la famille 3Impliqué dans l'altération de la structure de la chromatine.16q12.1
TP53Protéine tumorale p53Protéine suppresseur de tumeur, arrêt du cycle cellulaire, apoptose, sénescence et réparation de l'ADN.17p13
XLF/CernunnosFacteur de jonction d'extrémité non homologueProtéine d'échafaudage. Servir de pont entre XRCC4 et les autres facteurs NHEJ.2q35
XRCC4X-Ray Repair Complémentaire DéfectueuxProtéine d'échafaudage impliquée dans NHEJ.5q14.2
53BP1Protéine tumorale protéine de liaison P53Protéine adaptatrice, lecteur de chromatine. Favorise le NHEJ.15q15.3

Jonction d'extrémités non homologues (NHEJ)

NHEJ canonique (C-NHEJ) est un processus de jonction terminal conservateur, et cette voie est également essentielle pour la recombinaison V(D)J pendant le développement des lymphocytes T et B. NHEJ n'est pas limité à une phase particulière du cycle cellulaire, mais se produit préférentiellement au cours de la G0, G1 et les premières phases S (Chistiakov et al., 2008 Barre de pont et al., 2011 Malou et al., 2012a,b). NHEJ implique la ligature des extrémités d'ADN de rupture et ne nécessite pas d'homologie de séquence. La première étape du processus est la reconnaissance des extrémités de l'ADN par l'hétérodimère KU composé des protéines KU70 et KU80. L'hétérodimère se lie aux extrémités de l'ADN et les protège d'une dégradation supplémentaire (Williams et al., 2014). Des études cristallographiques de l'hétérodimère KU70/80 ont montré qu'il adopte une structure en forme d'anneau encerclant l'hélice d'ADN duplex qui atteint les extrémités de l'ADN (Walker et al., 2001). Les sous-unités KU sont similaires dans l'organisation du domaine, elles ont un domaine von Willebrand amino-terminal participant à l'hétérodimérisation KU (Fell et Schild-Poulter, 2012). L'hétérodimère KU70/80 forme un échafaudage aux extrémités de l'ADN et recrute et active la sous-unité catalytique de la protéine kinase dépendante de l'ADN (ADN-PKcs). Les DNA-PKcs forment une structure en forme de pince qui crée un canal central qui médie la capacité des DNA-PKcs à se lier à l'ADN double brin (Sibanda et al., 2010 Davis et al., 2014). Par la suite, la réparation par rayons X complétant la protéine de réparation défectueuse dans les cellules de hamster chinois 4 (XRCC4) interagit avec la sous-unité KU70 et une autre protéine d'échafaudage NHEJ critique, permettant aux enzymes d'interagir avec la région DSB. L'ADN ligase IV interagit directement avec l'hétérodimère KU, une interaction médiée par les domaines C-terminaux BRCA1 en tandem (BRCT) trouvés dans l'extrémité C-terminale de l'ADN ligase IV (Ochi et al., 2014). Ensuite, le PNKP (polynucléotide kinase-phosphatase) interagit avec le XRCC4 phosphorylé. L'analyse structurale a montré que cet échafaudage forme des filaments interagissant avec les extrémités de l'ADN et forme un pont qui stabilise les extrémités du DSB (Hammel et al., 2010 Ochi et al., 2014). Il a également été montré que XRCC4 se joint à PNKP non phosphorylé, mais avec moins d'affinité. D'autres protéines, telles que l'aprataxine, l'aprataxine et le facteur de type PNKP (APLF) et le facteur de type XRCC4 (XLF) se lient également au XRCC4.

Habituellement, les extrémités DSB sont irrégulières et présentent d'autres défauts, comme des segments de brins abasiques qui doivent être résolus avant que NHEJ ne se produise. Si des groupes phosphate ou adénylate sont présents aux extrémités DSB, un traitement des extrémités de l'ADN peut être nécessaire pour la ligature ultérieure. PNKP est une kinase/phosphatase responsable de l'ajout de phosphate à l'extrémité 5 &# x02018OH et de l'élimination des groupes phosphate à l'extrémité 3&# x02032 (Bernstein et al., 2005). L'aprataxine est une nucléotide hydrolase et transférase qui catalyse l'élimination des groupes adénylate liés de manière covalente à 5&# x02032 phosphate (Grundy et al., 2013). Lorsque les asymétries DSB doivent être corrigées, l'exonucléase Artemis est phosphorylée et se lie à l'ADN-PKcs pour couper les extrémités redondantes. KU a une activité 5�oxyribose-5-phosphate (5′-dRP)/AP lyase impliquée dans le clivage des simples brins abasiques redondants présents aux extrémités DSB (Roberts et al., 2010). Le syndrome de Werner Rec Q helicase like protein (WRN) rejoint l'hétérodimère KU et XRCC4 et stimule une activité exonucléase 3&# x02032 à 5&# x02032 (Gu et al., 2010 Malou et al., 2012). Parfois, il est nécessaire de combler les lacunes dans les brins du site DSB, et cette fonction peut être accomplie par les polymérases de la famille X (polymérases μ et λ) (Capp et al., 2006, 2007).

Lorsque les extrémités DSB de deux segments d'ADN sont propres et compatibles, elles sont ligaturées par l'ADN ligase IV (Jahan et al., 2014). L'activité de la ligase IV est stimulée par XRCC4 (Gu et al., 2007). Des extrémités incompatibles peuvent être jointes par une interaction entre la ligase IV et XLF.

Il existe également une voie alternative NHEJ (A-NHEJ) qui est indépendante de l'activité de l'hétérodimère KU70/KU80. Dans ce mécanisme, les extrémités de l'ADN sont excisées par la protéine de recombinaison méiotique 11 (MRE11) et la protéine de liaison du rétinoblastome 8 (RBBP8, synonyme de CtIP) exonucléases (Gu et al., 2010, Hammel et al., 2010), exposant des régions de microhomologie qui peuvent être alignées, permettant le remplissage des segments vides par les polymérases de la famille X. Par la suite, XRCC1 et la ligase III peuvent compléter le processus de jonction finale (Frit et al., 2014). C-NHEJ est un processus d'assemblage final plus conservateur, mais son efficacité peut être affectée par l'activité très sujette aux erreurs de la voie A-NHEJ, l'adaptabilité du C-NHEJ pour réparer les extrémités irrégulières et l'incompatibilité de certains ADN se termine (Bétermier et al., 2014).

Recombinaison homologue (HR)

HR pour la réparation DSB nécessite une séquence d'ADN homologue fournie par la chromatide homologue sœur pour restaurer une lésion DSB. Par conséquent, ce processus n'est actif que pendant les phases du cycle cellulaire S et G2, où cette chromatide sœur est disponible comme modèle (Krejci et al., 2012). HR commence par la liaison du complexe MRN aux extrémités DSB. Le complexe MRN est constitué par la protéine MRE11, l'homologue de rad 50 S. cerevisiae (RAD50) et la protéine nibrine (NBS1) (Richard et al., 2011a,b). Ensuite, les 3 𠆎nds du DSB sont digérés par l'activité exonucléase du MRE11/CtIP pour générer des extrémités libres au DSB qui sont prolongées par l'activité exonucléase EXO1 3′- 5′ (Limbo et al., 2007). Par la suite, la protéine de liaison à l'ADN simple brin 1 (hSSB1) se lie aux extrémités libres 3’ et rejoint la protéine de réplication A (RPA) pour protéger ces extrémités libres d'une dégradation supplémentaire, afin d'éviter un annelage inapproprié qui pourrait conduire à des réarrangements génomiques et pour empêcher la formation d'épingles à cheveux (Chen et al., 2013). La RPA est un complexe hétérotrimérique formé de RPA70, RPA32 et RPA14 également impliqué dans le contrôle des mécanismes de réplication et de réparation de l'ADN (Sleeth et al., 2007). Ensuite, la RPA est remplacée par un ensemble de protéines RAD51 assemblées à huit domaines BRC de la protéine du cancer du sein 2 (BRCA2) et la participation de cinq protéines supplémentaires (RAD51B/RAD51C/RAD51D/XRCC2/XRCC3) (West, 2003). Rad51 est une recombinase qui forme un filament de nucléoprotéine pré-synaptique RAD51-BRCA2 sur l'ADN (Williams et Michael 2010). Les filaments de la nucléoprotéine RAD51-BRCA2 recherchent et envahissent les séquences homologues pour former une structure de jonction Holliday (Masson et al., 2001). Les chromatides sœurs sont reliées par les protéines de cohésine SMC1, 3, 5 et 6. Ces protéines facilitent la cohésion du DSB et des brins homologues intacts pour favoriser la recombinaison homologue (Kim et al., 2002, Kong et al., 2014). Après l'invasion de la chromatide sœur (synapses) et l'alignement des séquences d'ADN homologues, RAD51 est retiré en laissant une extrémité 3&# x02032-OH libre permettant la réparation de la synthèse d'ADN par l'ADN polymérase &# x003b4 dans le 3&# x02032-5&# direction x02032 à l'aide de résolvases, comme la sous-unité d'endonucléase spécifique de la structure (MUS81), l'endonucléase 1 spécifique de la structure méiotique essentielle (EME1) et l'endonucléase à volet Holliday Junction 5′ (GEN1) (Constantinou et al., 2002). Une fois la synthèse de l'ADN réparé terminée, ces enzymes résolvent la jonction Holliday et les extrémités de l'ADN sont reliées par l'ADN ligase I (Matos et West 2014). Bien qu'elle ne soit pas complètement comprise, la protéine BRCA1 joue un rôle important dans la direction de l'échafaudage des filaments Rad51-BRCA2 et interagit également avec l'histone H2AX (décrite ci-dessous) lors de la réparation HR (O'Donovan et Livingston, 2010).

La méthode de réparation HR est considérée comme sans erreur, car elle utilise la séquence homologue de la chromatide sœur comme modèle pour la synthèse. Il a été proposé que la condensation chromosomique rend difficile la recherche de séquences homologues dans le noyau, et donc NHEJ est plus fréquemment utilisé par les cellules pour réparer le DSB (Deckbar et al., 2011 Langerak et Russell, 2011). La haute fidélité des HR est également proposée pour expliquer la faible sensibilité et résistance cellulaire des cellules en phase S/G2 aux rayonnements ionisants. Par conséquent, il est suggéré que la résistance à la radiothérapie est médiée par la RH (Somaiah et al., 2013).

Alignement monobrin (SSA)

La SSA peut être considérée comme une forme spéciale de réparation des RH. Ce mécanisme de réparation n'est pas conservateur et dépend de la présence de séquences répétées flanquant le DSB. Cela commence par le clivage de l'extrémité 5 d'un brin d'ADN pour exposer les microhomologies. Ceci est médié par un complexe protéique composé du complexe CtIP et du complexe MRN, suivi de l'alignement des extrémités homologues. Les régions non alignées sont éliminées par les nucléases ERCC1/XPF (entraînant une perte de nucléotides dans la chaîne d'ADN) puis, les extrémités d'ADN sont jointes par l'ADN ligase III (Salles et al., 2011 Liu et al., 2014). Les preuves suggèrent que la réparation de l'ASS peut provoquer la formation de translocations chromosomiques pathologiques liées au cancer (Manthey et Bailis, 2010).

Radiosensibilité chez les patientes atteintes d'un cancer du sein

La radiosensibilité est la sensibilité des cellules ou des tissus aux rayonnements ionisants. Certains patients peuvent être plus sensibles aux radiations. La sensibilité résulte des effets toxiques de la radiothérapie entraînant des lésions des tissus normaux du patient. Ces effets peuvent être aigus ou tardifs, selon le moment de leur manifestation. Les effets aigus surviennent pendant le traitement ou peu de temps après et ils sont généralement réversibles et surviennent dans les tissus à prolifération rapide, comme la peau, le tractus gastro-intestinal et les tissus hématopoïétiques. Les effets tardifs se manifestent six mois ou plus après le traitement. Les effets tardifs peuvent être permanents, affectant principalement les tissus à prolifération lente tels que les reins, le cœur et le système nerveux, et peuvent impliquer des dérégulations systémiques du système endocrinien (Barnett et al., 2009). Le rayonnement favorise le DSB comme mentionné ci-dessus, et ces dommages sont préjudiciables à l'intégrité du génome (Chistiakov et al., 2008 Rﲾ et al., 2008 Henríquez-Hernández et al., 2011).

Les mécanismes d'hypersensibilité aux rayonnements ionisants ne sont toujours pas clairs, mais on estime que 70 % des cas d'hypersensibilité sont dus à des variantes génétiques (Turesson et al., 1996). Comme mentionné ci-dessus, les mutations dans le AU M gène sont associés à une hypersensibilité extrême aux rayonnements ionisants (Masuda et Kamiya, 2012) et à des polymorphismes dans des gènes comme XRCC3 et RAD51 augmenter le risque de radiosensibilité (Vral et al., 2011). Ces gènes sont également impliqués dans le cancer du sein. Mayer et al. (2011) ont analysé l'expression des gènes dans les lymphocytes du sang périphérique de patientes atteintes d'un cancer du sein et du col de l'utérus. Ils ont identifié 153 gènes altérés par les rayonnements ionisants. Ces gènes sont impliqués dans le contrôle du cycle cellulaire et l'apoptose en réponse aux rayonnements. Parmi ceux-ci, 67 gènes étaient utiles pour faire la distinction entre les patients à réaction normale et les sujets présentant une radiosensibilité sévère. Cependant, les analyses ont été effectuées sur des lymphocytes, et les auteurs commentent qu'une analyse de l'expression dans différents tissus serait nécessaire pour définir une signature génique plus précise (Mayer et al., 2011).

Les dommages de la base 7,8-dihydro-8-oxo-2&# x02032-deoxyguanosine (8-oxo-dG) sont produits par les rayonnements ionisants et sont réparés par excision de nucléotides suivie de l'élimination de ce désoxynucléoside anormal hors de la cellule (Evans et al., 2010). La 8-oxo-dG a été utilisée comme marqueur urinaire du stress oxydatif et a été associée au cancer du poumon (Il'yasova et al., 2012) et les maladies gastro-intestinales (Ock et al., 2012). Il a également été proposé comme marqueur de radiosensibilité (Erhola et al., 1997, Roszkowski et Olinski, 2012). Haghdoost et al. (2001) ont étudié les taux urinaires de 8-oxo-dG chez des patientes atteintes d'un cancer du sein avant et après radiothérapie adjuvante (4 à 6 Gy). Les patients radiosensibles présentaient des rougeurs cutanées dans les zones irradiées et une augmentation significative des taux urinaires de 8-oxo-dG, et ces auteurs ont proposé l'utilisation de ce désoxynucléoside comme biomarqueur urinaire de la radiosensibilité. Ce biomarqueur facilite l'étude de la radiosensibilité individuelle, puisque le métabolite anormal peut être mesuré par ELISA (Haghdoost et al., 2001). Dans une étude de Skiöld et al. (2013), la réponse au stress oxydatif radio-induit a été analysée par le biomarqueur 8-oxo-dG dans le sérum de ex vivo échantillons de leucocytes irradiés obtenus de patientes atteintes d'un cancer du sein qui ont développé des réactions cutanées aiguës sévères (RTOG [Radiotherapy Oncology Group Criteria] grade 3-4) pendant la radiothérapie et de patientes atteintes d'un cancer du sein ne présentant aucune réaction cutanée précoce après radiothérapie (RTOG grade 0). Les auteurs ont démontré que les patients de grade RTGO 0 présentaient une augmentation des taux sériques extracellulaires de 8-oxo-dG, contrairement aux taux sériques significativement bas observés chez les patients de grades RTOG 3 et 4, indiquant que la 8-oxo-dG est un biomarqueur utile. pour analyser les réponses cellulaires aux rayonnements ionisants (Skiöld et al., 2013). Néanmoins, la 8-oxo-dG peut également résulter de l'exposition des cellules au stress oxydatif par les ROS, comme cela peut se produire lorsque les tissus sont exposés à des polluants environnementaux (Hecht, 1999). Pour ces raisons, ce biomarqueur n'est pas spécifique des rayonnements ionisants mais, comme dans le cas des études de Skiöld et al. (2013), il est utile en tant que comparaison ex vivo test de cellules irradiées pour définir les effets biologiques des rayonnements ionisants. Les niveaux extracellulaires de 8-oxo-dG sont des indicateurs appropriés de la capacité des cellules à réparer les dommages à l'ADN causés par les ROS.

Certains phénotypes de cancer du sein ont été associés à une récidive locorégionale (RLR). Brollo et al. (2013) ont suggéré que les tumeurs HER2+ sont plus sensibles aux rayonnements ionisants, tandis que Voduc et al. (2010) ont observé que la LRR semblait plus élevée chez les patientes atteintes d'un cancer du sein à triple marqueur négatif, bien que le nombre d'événements LRR soit faible. À l'heure actuelle, il n'existe pas de méthodes moléculaires pour discriminer entre les patients avec une LRR élevée et faible (Britten et al., 2013). En outre, il n'y a pas suffisamment d'informations concernant les effets indésirables possibles de la radiothérapie qui peuvent induire des modifications génomiques et épigénétiques et des changements dans les profils d'expression génique dans le cancer du sein.

Henríquez-Hernández et al. (2011) ont analysé des lymphocytes isolés du sang périphérique (PBL) de patientes atteintes d'un cancer du sein avancé traitées ex vivo avec de fortes doses de radiothérapie pour étudier la résistance aux rayonnements ionisants. Ils ont montré que les lymphocytes de patients présentant de faibles dommages à l'ADN et des taux d'apoptose élevés présentaient de faibles risques d'événements indésirables liés aux rayonnements.

Des études analysant le type de réparation qui se produit lorsque les cellules sont exposées à des radiations et la corrélation avec l'expression anormale de certains gènes impliqués dans la réparation des DSB ont également été menées. In vitro des études sur les lignées cellulaires Bca11 (lignée cellulaire du cancer du sein familiale) et Bca10 (lignée cellulaire du cancer du sein sporadique) ont montré une activité de réparation NHEJ élevée et une réparation directe non conservatrice de la RH dans la lignée cellulaire Bca11. La lignée cellulaire Bca10 a également montré une augmentation de la réparation non conservatrice de la RH directe, mais à un degré moindre que Bca11. Par conséquent, les mécanismes de réparation dans ces lignées cellulaires peuvent provoquer des délétions dans la séquence d'ADN et une dérégulation du cycle cellulaire (Keimling et al., 2008). Ces auteurs ont réalisé une étude sur les PBL de patientes atteintes d'un cancer du sein sporadique, de femmes en bonne santé présentant un risque familial de cancer du sein et de témoins sains, et ils ont démontré une augmentation de la NHEJ et de la SSA chez les patientes cancéreuses et les sujets à risque héréditaire. vs. les témoins sains. Cette étude a suggéré que ces deux groupes sont sujets à des mécanismes de réparation étendus non conservateurs des DSB. Sur la base de ces résultats, Keimling et al. (2012) ont mis en œuvre un test pour analyser la réparation DSB in vitro.

Techniques d'analyse des réparations DSB

Certains tests ont été conçus pour évaluer les dommages à l'ADN en réponse à diverses substances, micro-organismes ou conditions environnementales. Certains de ces tests sont décrits ci-dessous.

Essai de comète

L'analyse des comètes alcalines implique la mesure des dommages à l'ADN dans la SSB et la DSB. Cette méthode est rapide et bon marché. Il fournit des informations importantes sur le risque de maladies liées au stress oxydatif (Alapetite et al., 1999 Dusinska et Collins, 2008). Dans cet essai, les cellules sont incorporées dans une fine couche d'agarose sur une lame de verre mince, les cellules sont lysées dans une solution contenant du détergent et du NaCl, libérant l'ADN des protéines qui y sont liées, mais laissant des fragments d'ADN encore attachés à la membrane nucléaire . Ensuite, la plaque est incubée dans une solution alcaline, une électrophorèse est effectuée et l'ADN est coloré au bromure d'éthidium. Des fragments d'ADN se rendent à l'anode formant une image semblable à une comète lorsqu'ils sont visualisés par microscopie à fluorescence (Fikrov&# x000e1 et al., 2011, Baumgartner et al., 2012). L'image de la tête de la comète indique le contenu en ADN et la queue la fréquence des cassures d'ADN (figure 2B). Les logiciels conçus pour analyser l'image de la comète permettent de mesurer le contenu en ADN et la longueur de la queue. La longueur de la queue de la comète est en corrélation avec le niveau de dommages à l'ADN.

Cheveux et al. (2010) ont utilisé une méthode de test des comètes modifiée dans laquelle des lames contenant des cellules incorporées dans de l'agarose ont été incubées avec trois traitements différents : 1) électrophorèse alcaline pour détecter le rayonnement induit par la SSB et les sites labiles aux alcalins 2) électrophorèse de cellules traitées avec de la formamidopyrimidine [Fapy] - L'ADN glycosylase (Fpg) libère les purines endommagées, laissant des sites apuriniques (sites AP) qui sont ensuite clivés avec la lyase AP cellulaire, produisant des fragments simple brin qui peuvent être visualisés dans le test des comètes, et 3) électrophorèse après traitement des cellules avec endonucléase bactérienne EndoIII, qui clive les brins endommagés aux sites présentant des pyrimidines oxydées, augmentant ainsi la sensibilité du test des comètes en laissant des lacunes dans les bases mutées (Hair et al., 2010).

Certains inconvénients du test des comètes sont la variabilité entre les différents protocoles et entre les laboratoires, ce qui rend difficile la définition des toxicités des rayonnements ionisants, ce problème nécessitera donc l'adoption de protocoles standardisés et comparables (Forchhammer et al., 2010 Henríquez-Hernández et al., 2012 Azqueta et al., 2014). Sirota et al. (2014) ont étudié la variation interlaboratoire des facteurs de dosage des comètes, comme les marques de lames, la durée du traitement alcalin et les conditions d'électrophorèse, et ils ont constaté que les différences de laboratoire étaient associées aux conditions d'électrophorèse, en particulier la température pendant l'électrophorèse alcaline, qui affecte le taux de conversion des sites labiles aux alcalis aux cassures simple brin (Sirota et al., 2014). De plus, il a été suggéré que la mise en œuvre d'un logiciel standard sera nécessaire pour l'interprétation des tests de comète (Fikrová et al., 2011).

La variante histone H2AX de l'histone H2A est présente dans des sous-ensembles de nucléosomes (2 à 25 % du total H2A) et a été impliquée dans la réparation des DSB.Lorsque H2AX est phosphorylé au niveau du résidu sérine 139 par les phosphoinositide-3-kinase-related protein kinases (PIKK), le groupe phosphate adopte une position γ dans la protéine, constituant la configuration gamma H2AX (γ-H2AX) (Rogakou et al., 1998 Rothkamm et Horn, 2009). Cette phosphoprotéine agit dans les premiers événements de réparation de l'ADN en décondensant la chromatine près du DSB (Kruhlak et al., 2006). De plus, γ H2AX se joint aux extrémités du DSB pour former un foyer “γH2AX” qui s'étend sur plusieurs Mo sur les côtés du DSB. Une méthode utilisée pour l'analyse des dommages à l'ADN est la mesure de γ-H2AX à l'aide d'anticorps contre

Dans les tests γ-H2AX, le sang périphérique est collecté et les cellules mononucléées sont séparées et fixées sur une surface en verre. Ensuite, une immunohistochimie avec un anticorps anti-γ-H2AX est réalisée et les résultats sont analysés par microscopie à fluorescence dans laquelle les foyers fluorescents sont mesurés (figure 2A). Ce test peut également être analysé par cytométrie en flux ou par western blot (Kinner et al., 2008 et al., 2009 Podhorecka et al., 2010).

Les mesures des foyers γ-H2AX chez les patients avant et après des radiothérapies utilisant des doses faibles et élevées de rayonnements ionisants ont montré une relation linéaire entre les dommages à l'ADN et l'exposition aux rayonnements. Le nombre initial de foyers γ-H2AX est cohérent avec les DSB dans les cellules. Après un certain temps, les foyers γ-H2AX disparaissent en raison de la réparation de l'ADN (Rﲾ et al., 2008 Cor et al., 2011). Cette méthode est sensible pour mesurer la réparation de l'ADN chez les patients subissant une radiothérapie, mais elle est également appliquée dans d'autres domaines, tels que l'analyse des dommages à l'ADN dus à l'exposition professionnelle ou au contact avec des polluants environnementaux, la fumée de cigarette, les médicaments, etc. Il est important de noter que ces co-expositions peuvent affecter les résultats chez les patients en radiothérapie et, par conséquent, doivent être considérées sur une base individuelle. De plus, la phosphorylation de H2AX est observée en l'absence de DSB dans le processus de réplication, en mitose et lors de la fragmentation de l'ADN en apoptose. Par conséquent, le test doit être capable de faire la distinction entre les cellules apoptotiques et non apoptotiques (Dickey et al., 2009).

Le test des comètes et les méthodes γ-H2AX décrites ci-dessus aident à évaluer les dommages et la réparation de l'ADN, mais ne permettent pas de discriminer le type de dommage, comme SSB ou DSB. Il est également important d'analyser si les dommages sont réparés et quel type de mécanisme de réparation fonctionne pour évaluer si les cellules sont sensibles ou résistantes aux rayonnements ionisants.

Protéines modifiées pour détecter la DSB spontanée

Elle et al. (2013) ont développé une nouvelle technologie de synthèse pour quantifier les DSB dans les cellules bactériennes et mammifères. Cette méthode utilise la protéine fluorescente verte (GFP) fusionnée à la protéine GAM (GAM-GFP), une protéine virale du bactériophage Mu, qui partage une homologie de séquence avec les protéines eucaryotes KU80 et KU70 impliquées dans NHEJ (Aparicio et al., 2014). Contrairement à la protéine KU, la protéine GAM n'est pas impliquée dans les réactions de réparation de l'ADN. GAM se lie à l'ADN et inhibe une variété d'exonucléases impliquées dans la réparation de l'ADN (Abraham et Symonds, 1990 Fagagna et al., 2003 et al., 2013). Cette avancée permet l'étude et la quantification des cassures d'ADN. Dans cette méthode, le I-SceL'endonucléase I est utilisée pour fabriquer des DSB spécifiques à un site et les cellules sont transfectées avec un vecteur d'expression de fusion Mu GAM-GFP. La protéine GAM-GFP rejoint les DSB formés par le I-SceI traitement, générant une fluorescence au niveau des sites endommagés qui peut être analysée par microscopie à fluorescence. Étant donné que la protéine GAM-GFP est en compétition avec les protéines KU, cela entraîne de faibles niveaux de dommages à l'ADN, limitant ainsi cette technologie à l'étude de la réparation des DSB par HR (Shee et al., 2013).

Identification des mécanismes de réparation par des substrats d'ADN spécifiques

Comme mentionné ci-dessus, Keimling et al. (2012) ont développé une in vitro méthode dans laquelle les PBL sont transfectés avec des plasmides marqueurs pour permettre la discrimination des mécanismes impliqués dans la réparation des DSB : HR, NHEJ et SSA (figure 3A). Dans cette procédure, les PBL sont transduits dans trois expériences différentes avec des plasmides séparés, chacun contenant le gène rapporteur EGFP suivi de différentes séquences susceptibles de subir l'un des différents mécanismes de réparation de l'ADN définis ci-dessus. Les cellules des trois groupes sont co-transduites avec un plasmide codant pour I-SceI en tant qu'inducteur des événements de réparation DSB. La détection de fluorescence après 24 h par cytométrie en flux dans l'une des trois cellules transduites du panel mesure les événements de chaque mécanisme de fonctionnement individuel, permettant des informations plus détaillées sur la réparation DSB chez des patients individuels (figure 3B). Ce test se prête au traitement et à l'analyse d'échantillons à haut débit (Boehden et al., 2002 Keimling et al., 2012).


Le taux d'incidence du cancer ajusté selon l'âge aux États-Unis de 2001 à 2005 était de 467 cancers par an pour 100 000 hommes et femmes

(Programme américain de surveillance, d'épidémiologie et de résultats finaux (SEER), voir http://seer.cancer.gov)

Les risque relatif Le modèle suppose que le rayonnement augmente l'incidence naturelle d'un cancer et qu'il est exprimé comme une fraction ou un multiple du risque naturel. Cette valeur est toujours supérieure à 1 (sauf si le rayonnement est supposé produire un effet bénéfique &ndash cette hypothèse est appelée &ldquohormesis&rdquo et elle ne sera pas considérée ici). La plupart des publications consultatives utilisent le risque relatif car il présente certains avantages mathématiques et statistiques lorsqu'il est dérivé d'études épidémiologiques. Les valeurs actuellement acceptées du risque relatif sont données dans le tableau 2. Notez qu'une nouvelle unité d'exposition aux rayonnements est utilisée appelée le Sievert (Sv). Cette unité est utilisée pour définir la dose efficace due à l'exposition aux rayonnements. Il est bien connu que différents tissus réagissent différemment aux rayonnements, c'est-à-dire que certains tissus sont plus sensibles aux dommages causés par les rayonnements que d'autres. La sensibilité des tissus aux rayonnements est liée au type de rayonnement (rayons X, particules alpha, etc.) qui expose le tissu et au type de tissu qui est exposé en raison de l'âge cellulaire du tissu, du cycle mitotique et d'autres facteurs. Par conséquent, lors de l'examen des effets des rayonnements relatifs à l'induction du cancer, l'énergie de rayonnement absorbée est normalisée par rapport à la sensibilité des tissus. Cette normalisation est désignée par l'utilisation du Sievert au lieu du Gray (le Gray désigne l'énergie absorbée dans le tissu uniquement &ndash voir la section Effets déterministes).

De plus, lors de la conversion de la dose absorbée en Gray en dose efficace en Sievert, la géométrie de l'exposition doit être connue pour tenir compte de chaque type de tissu qui se trouve dans le champ de vision du rayonnement et de tous les tissus qui se trouvent dans ou à proximité du champ de rayonnement. de vue qui peuvent être exposés aux rayonnements diffusés. Avec la connaissance des tissus exposés et de la sensibilité des tissus aux rayonnements, il existe des modèles basés sur un humain moyen pour déterminer le facteur de conversion de Gray en Sievert. Notez que la plupart des études d'imagerie n'impliquent qu'une exposition à une partie du corps, et même ainsi, une fraction du rayonnement n'interagit pas du tout avec les tissus du patient, mais traverse le patient pour créer l'image. Par conséquent, la conversion du Gray en Sievert a pour résultat que chaque tissu ne reçoit qu'une fraction de l'énergie totale qui est entrée dans le patient. La plage de valeurs pour cette conversion va de 1 % pour les tissus insensibles aux rayonnements jusqu'à 12 % pour les tissus les plus sensibles. Par conséquent, la dose efficace (c'est-à-dire Sv) est toujours inférieure à la dose absorbée (c'est-à-dire Gy).

Tableau 2 : Risque nominal d'effets cancéreux*

Étant donné que les résultats des effets des rayonnements sur les cultures cellulaires, les études animales et les études d'épidémiologie humaine peuvent être interprétés différemment, vous pouvez constater des variations dans les valeurs de risque relatives publiées, mais elles se situent toutes à quelques points de pourcentage les unes par rapport aux autres. De nombreux auteurs utilisent une valeur moyenne de 5 % par Sievert lorsqu'ils discutent du risque de cancer lié à l'exposition aux rayonnements.

Notez que les valeurs du tableau 2 concernent les adultes ou toutes les personnes (c'est-à-dire l'ensemble de la population). On sait que la sensibilité aux radiations varie en fonction de l'âge cellulaire et du cycle mitotique. Cela suggère que les enfants devraient avoir un risque relatif plus élevé par rapport aux adultes en raison de leur taux de croissance accru et de la différenciation cellulaire en cours. C'est pourquoi il y a une augmentation des valeurs de risque relatif pour l'ensemble de la population dans le tableau 2. Dans la figure 2, le risque estimé à vie que le rayonnement produise un cancer (carcinogenèse) est présenté par rapport à l'âge de la personne. Cela montre que les enfants ont un risque à vie de 10 % à 15 % d'exposition aux rayonnements, tandis que les personnes de plus de 60 ans ont un risque minime ou nul (en raison de la période de latence du cancer et de l'espérance de vie de la personne).

Figure 2 Adapté de la publication CIPR 60 (1990)

Ces données démontrent également que vous ne pouvez pas simplement utiliser le risque relatif moyen indiqué dans le tableau 2 pour estimer l'incidence accrue du cancer due à l'exposition aux rayonnements. Afin de faire cette analyse correctement, vous devez prendre en considération l'âge de tous les individus du groupe irradié.

A.3. Considérations spéciales pour l'embryon/le fœtus

Le développement précoce de la vie est un moment où se produisent une division et une différenciation cellulaires rapides. Par conséquent, la sensibilité aux rayonnements est élevée pour l'embryon/le fœtus en développement et la protection contre les rayonnements doit être considérée différemment de celle du grand public. Le tableau 3 présente un examen du stade et des effets déterministes qui peuvent survenir chez l'embryon/le fœtus après une exposition à différents niveaux de rayonnement. Semblable à ce qui a été montré dans le tableau 1, les effets déterministes en dessous d'une dose absorbée de 0,1 Gy ne sont pas trouvés, même chez l'embryon/le fœtus.

Tableau 3 : Résumé des effets déterministes présumés des rayonnements induits in utero*

Bien que les effets déterministes ne soient pas observés à de faibles doses chez l'embryon/le fœtus, de nombreuses études ont montré une incidence accrue de cancer (c'est-à-dire des effets stochastiques) chez les enfants après une exposition in utero aux rayonnements. Les expositions prénatales aux rayonnements ont entraîné une augmentation du taux de cancer chez les descendants des survivants des bombardements atomiques d'Hiroshima et de Nagasaki. Dans d'autres études épidémiologiques, il y a également eu de bons résultats statistiques qui démontrent une augmentation du taux de cancer chez les enfants après une exposition prénatale aux rayonnements provenant d'études de radiologie diagnostique. Malheureusement, ces études épidémiologiques ne fournissent pas de très bonnes données sur la dose spécifique absorbée reçue par le fœtus ou l'embryon. Cela limite la capacité de caractériser avec précision la dose par rapport à la réponse, comme cela a été fait pour les effets déterministes. Mais comme les doses reçues dans ces études épidémiologiques se situaient dans la plage de la radiologie diagnostique, elles suggèrent que de faibles niveaux d'exposition aux rayonnements de l'embryon/du fœtus augmentent définitivement le risque de cancer chez l'enfant.


[Effets de l'exposition aux rayonnements sur le corps humain]

Il existe deux types de troubles aigus liés aux effets des rayonnements sur la santé et de troubles à début tardif. Le trouble aigu est un effet déterministe dont les symptômes apparaissent par exposition au-dessus d'un seuil. Les tissus et les cellules qui composent le corps humain ont respectivement une sensibilité différente aux rayonnements et les symptômes apparaissent dans l'ordre, à partir de tissus hautement radiosensibles. Les symptômes cliniques du trouble aigu commencent par une diminution des lymphocytes, puis apparaissent des symptômes tels qu'une alopécie, un érythème cutané, des lésions hématopoïétiques, des lésions gastro-intestinales, des lésions du système nerveux central avec l'augmentation de la dose de rayonnement. En ce qui concerne le trouble d'apparition tardive, un effet prédominant sur la santé est le cancer parmi les symptômes tels que le cancer, les maladies non cancéreuses et l'effet génétique. Le cancer et l'effet génétique sont reconnus comme des effets stochastiques sans seuil. Lorsque la dose de rayonnement est égale ou supérieure à 100 mSv, on observe que le risque de cancer par exposition aux rayonnements augmente linéairement avec une augmentation de la dose. En revanche, le risque de développer un cancer par exposition aux rayonnements à faible dose, moins 100 mSv, n'a pas encore été clarifié scientifiquement. Bien que des incertitudes subsistent concernant l'estimation du risque de faible niveau, la CIPR propose un modèle LNT et mène une radioprotection conformément au modèle LNT dans les rayonnements à faible dose et à faible débit de dose à partir d'un poste de radioprotection. Pendant ce temps, le mécanisme des dommages causés par les radiations a été progressivement clarifié. On pense que l'événement initial des maladies radio-induites est les dommages au génome tels que les cassures double brin de l'ADN induites par les rayonnements. Récemment, il a été clarifié que nos cellules pourraient reconnaître les dommages du génome et induire la réponse cellulaire diversifiée pour maintenir l'intégrité du génome. Ce phénomène est appelé réponse aux dommages de l'ADN qui induit l'arrêt du cycle cellulaire, la réparation de l'ADN, l'apoptose, la sénescence cellulaire, etc. Ces réponses agissent dans le sens de maintenir l'intégrité du génome contre les dommages du génome, cependant, la mort d'un grand nombre de cellules entraîne un trouble aigu, puis une mauvaise réparation et une mutation de l'ADN sont supposées provoquer le cancer. La mesure dans laquelle ce type de réponse cellulaire pourrait réduire le risque de rayonnement à faible dose est un défi majeur pour la recherche future.


Voies de réparation DSB

La réparation DSB est réalisée de trois manières : la jonction d'extrémités non homologues (NHEJ), la recombinaison homologue conservatrice (HR) et l'alignement simple brin, également appelé recombinaison homologue non conservatrice (SSA) ( Langerak et Russell, 2011 Langerak P et Russell P (2011) Réseaux réglementaires intégrant le contrôle du cycle cellulaire avec des points de contrôle des dommages à l'ADN et la réparation des cassures double brin. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 366:3562-3571. ). La RH est considérée comme un mécanisme sans erreur car elle utilise un brin guide d'ADN non endommagé pour réparer le DSB, et l'ADN d'origine est reconstitué sans perte d'informations génétiques, mais ce mécanisme se déroule lentement et ne s'exerce qu'aux phases S/G2 de la cycle cellulaire. NHEJ et SSA sont considérés comme des mécanismes mutagènes et sujets aux erreurs, car le traitement des extrémités de l'ADN peut entraîner une perte ou une modification de l'information génétique aux extrémités DSB réparées. Le NHEJ est le mécanisme le plus courant de réparation des DSB dans les cellules eucaryotes. Dans ce mécanisme, les brins d'ADN au niveau du DSB sont coupés ou modifiés, et les extrémités sont ligaturées ensemble indépendamment de l'homologie, générant des délétions ou des insertions. Bien que ce processus soit sujet aux erreurs, ce mécanisme peut réparer rapidement les dommages à l'ADN, car il ne se limite pas à une seule phase du cycle cellulaire, empêchant ainsi une instabilité génétique accrue ( Faire , 2014 Les tests de réparation des cassures double brin TA, Brooks JT, Le Neveu MK et La Rocque JR (2014) déterminent le choix de la voie et la structure des événements de conversion génique chez Drosophila melanogaster. G3 4:425-432. ). Ces mécanismes sont détaillés ci-dessous et dans la figure 1. Les principales protéines impliquées dans les premières étapes de la détection des DSB, du remodelage de la chromatine et de la réparation de l'ADN sont répertoriées dans le tableau 1.

Jonction d'extrémités non homologues (NHEJ)

NHEJ canonique (C-NHEJ) est un processus de jonction terminal conservateur, et cette voie est également essentielle pour la recombinaison V(D)J pendant le développement des lymphocytes T et B. NHEJ n'est pas limité à une phase particulière du cycle cellulaire, mais se produit préférentiellement au cours de la G0, G1 et les premières phases S ( Chistiakov , 2008 Chistiakov DA, Voronova NV et Chistiakov PA (2008) Variations génétiques des gènes de réparation de l'ADN, radiosensibilité au cancer et susceptibilité aux réactions tissulaires aiguës chez les patients cancéreux traités par radiothérapie. Acta Oncol 47:809-824. Barre de pont , 2011 Deckbar D, Jeggo PA et Löbrich M (2011) Comprendre les limites des points de contrôle du cycle cellulaire radio-induit. Crit Rev Biochem Mol Biol 46:271-283. Malou , 2012a Malu S, De Ioannes P, Kozlov M, Greene M, Francis D, Hanna M, Pena J, Escalante CR, Kurosawa A, Erdjument-Bromage H, et al. (2012a) La région C-terminale d'Artemis facilite la recombinaison V(D)J grâce à ses interactions avec l'ADN ligase IV et l'ADN-PKcs. J Exp Med 209:955-963. , b Malu S, Malshetty V, Francis D et Cortes P (2012b) Rôle de la jonction d'extrémités non homologues dans la recombinaison V(D)J. Immunol Res 54:233-246. ). NHEJ implique la ligature des extrémités d'ADN de rupture et ne nécessite pas d'homologie de séquence. La première étape du processus est la reconnaissance des extrémités de l'ADN par l'hétérodimère KU composé des protéines KU70 et KU80. L'hétérodimère se lie aux extrémités de l'ADN et les protège d'une dégradation supplémentaire ( Williams , 2014 Williams GJ, Hammel M, Radhakrishnan SK, Ramsden D, Lees-Miller SP et Tainer JA (2014) Aperçus structurels du NHEJ : construire une image intégrée du super complexe de réparation dynamique DSB, un composant et une interaction à la fois. Réparation de l'ADN 17:110-120. ). Des études cristallographiques de l'hétérodimère KU70/80 ont montré qu'il adopte une structure en forme d'anneau encerclant l'hélice d'ADN duplex qui atteint les extrémités de l'ADN ( Marcheur, 2001 Walker JR, Corpina RA et Goldberg J (2001) Structure de l'hétérodimère Ku lié à l'ADN et ses implications pour la réparation des cassures double brin. Nature 412 : 607-614. ). Les sous-unités KU sont similaires dans l'organisation du domaine, elles ont un domaine von Willebrand amino-terminal participant à l'hétérodimérisation KU ( Fell et Schild-Poulter, 2012 Fell VL et Schild-Poulter C (2012) Ku régule la signalisation vers les voies de réponse aux dommages à l'ADN via le domaine Ku70 von Willebrand a. Mol Cell Biol 32:76-87. ). L'hétérodimère KU70/80 forme un échafaudage aux extrémités de l'ADN et recrute et active la sous-unité catalytique de la protéine kinase dépendante de l'ADN (ADN-PKcs). L'ADN-PKcs forme une structure en forme de pince qui crée un canal central qui médie la capacité de l'ADN-PKcs à se lier à l'ADN double brin ( Sibanda , 2010 Sibanda BL, Chirgadze DY et Blundell TL (2010) La structure cristalline de l'ADN-PKcs révèle un grand berceau à anneau ouvert composé de répétitions HEAT. Nature 463:118-121. Davis, 2014 Davis AJ, Chen BPC et Chen DJ (2014) DNA-PK: Une enzyme dynamique dans une voie de réparation DSB polyvalente. Réparation de l'ADN 17:21-29. ). Par la suite, la réparation par rayons X complétant la protéine de réparation défectueuse dans les cellules de hamster chinois 4 (XRCC4) interagit avec la sous-unité KU70 et une autre protéine d'échafaudage NHEJ critique, permettant aux enzymes d'interagir avec la région DSB. L'ADN ligase IV interagit directement avec l'hétérodimère KU, une interaction médiée par les domaines C-terminaux BRCA1 en tandem (BRCT) trouvés dans l'extrémité C-terminale de l'ADN ligase IV ( Ochi, 2014 Ochi T, Wu Q et Blundell TL (2014) L'organisation spatiale de la jonction d'extrémités non homologues : du pontage à la jonction d'extrémité. Réparation de l'ADN 17:98-109. ). Ensuite, le PNKP (polynucléotide kinase-phosphatase) interagit avec le XRCC4 phosphorylé. L'analyse structurale a montré que cet échafaudage forme des filaments interagissant avec les extrémités de l'ADN et forme un pont qui stabilise les extrémités du DSB ( Hammel , 2010 Hammel M, Yu Y, Fang S, Lees-Miller SP et Tainer JA (2010) XLF régulent l'architecture filamentaire du XRCC4. Complexe ligase IV. Structure 18 : 1431-1442. Ochi, 2014 Ochi T, Wu Q et Blundell TL (2014) L'organisation spatiale de la jonction d'extrémités non homologues : du pontage à la jonction d'extrémité. Réparation de l'ADN 17:98-109.). Il a également été montré que XRCC4 se joint à PNKP non phosphorylé, mais avec moins d'affinité. D'autres protéines, telles que l'aprataxine, l'aprataxine et le facteur de type PNKP (APLF) et le facteur de type XRCC4 (XLF) se lient également au XRCC4.

Habituellement, les extrémités DSB sont irrégulières et présentent d'autres défauts, comme des segments de brins abasiques qui doivent être résolus avant que NHEJ ne se produise. Si des groupes phosphate ou adénylate sont présents aux extrémités DSB, un traitement des extrémités de l'ADN peut être nécessaire pour la ligature ultérieure. PNKP est une kinase/phosphatase chargée d'ajouter du phosphate à l'extrémité 5' OH et d'éliminer les groupements phosphate à l'extrémité 3' ( Bernstein, 2005 Bernstein NK, Williams RS, Rakovszky ML, Cui D, Green R, Karimi-Busheri F, Mani RS, Galicia S, Koch CA, Cass CE, et al. (2005) L'architecture moléculaire de l'enzyme de réparation de l'ADN des mammifères, la polynucléotide kinase. Cellule Mol 17:657-670. ). L'aprataxine est une hydrolase et une transférase nucléotidiques qui catalyse l'élimination des groupes adénylate liés de manière covalente aux terminaisons phosphate 5' ( Grundy , 2013 Grundy GJ, Rulten SL, Zeng Z, Arribas-Bosacoma R, Iles N, Manley K, Oliver A et Caldecott KW (2013) APLF favorise l'assemblage et l'activité de complexes protéiques non homologues. EMBO J 32:112-25. ). Lorsque les asymétries DSB doivent être corrigées, l'exonucléase Artemis est phosphorylée et se lie à l'ADN-PKcs pour couper les extrémités redondantes. La KU a une activité 5′désoxyribose-5-phosphate (5′-dRP)/AP lyase impliquée dans le clivage des simples brins abasiques redondants présents aux extrémités DSB ( Roberts, 2010 Roberts SA, Strande N, Burkhalter MD, Strom C, Havener JM, Hasty P et Ramsden DA (2010) Ku est une lyase 5'dRP/AP qui excise les dommages nucléotidiques près des extrémités cassées. Nature 464 : 1214-1217. ). Le syndrome de Werner Rec Q helicase like protein (WRN) rejoint l'hétérodimère KU et XRCC4 et stimule une activité exonucléase 3′ à 5′ ( Gu, 2010 Gu J, Li S, Zhang X, Wang LC, Niewolik D, Schwarz K, Legerski RJ, Zandi E et Lieber MR (2010) DNA-PKcs régule une activité endonucléase ADN simple brin d'Artemis. Réparation de l'ADN 9:429-437. Malou , 2012 Malu S, De Ioannes P, Kozlov M, Greene M, Francis D, Hanna M, Pena J, Escalante CR, Kurosawa A, Erdjument-Bromage H, et al. (2012a) La région C-terminale d'Artemis facilite la recombinaison V(D)J grâce à ses interactions avec l'ADN ligase IV et l'ADN-PKcs. J Exp Med 209:955-963. ). Parfois, le remplissage des lacunes dans les brins au site DSB est nécessaire, et cette fonction peut être accomplie par les polymérases de la famille X (polymérases et ) ( Capp, 2006 Capp JP, Boudsocq F, Bertrand P, Laroche-Clary A, Pourquier P, Lopez BS, Cazaux C, Hoffmann JS et Canitrot Y (2006) L'ADN polymérase est requise pour la réparation des cassures double brin d'ADN non compatibles par NHEJ dans les cellules de mammifères. Nucleic Acids Res 34:2998-3007. , 2007 Capp JP, Boudsocq F, Besnard AG, Lopez BS, Cazaux C, Hoffmann JS et Canitrot Y (2007) Implication de l'ADN polymérase dans la réparation d'un sous-ensemble spécifique de cassures double brin d'ADN dans les cellules de mammifères. Nucleic Acids Res 35:3551-3560. ).

Lorsque les extrémités DSB de deux segments d'ADN sont propres et compatibles, elles sont ligaturées par l'ADN ligase IV ( Jahan , 2014 Jahan F, Kweon J, Wang Y, Han E, Kan Y, Lichter N, Weisensel N et Hendrickson EA (2014) Un rôle pour XLF dans la réparation et la recombinaison de l'ADN dans les cellules somatiques humaines. Réparation de l'ADN 15:39-53. ). L'activité de la ligase IV est stimulée par XRCC4 ( Gu, 2007 Gu J, Lu H, Tippin B, Shimazaki N, Goodman MF et Lieber MR (2007) XRCC4:DNA ligase IV peuvent ligaturer des extrémités d'ADN incompatibles et peuvent se ligaturer à travers des espaces. EMBO J 26:1010-1023. ). Des extrémités incompatibles peuvent être jointes par une interaction entre la ligase IV et XLF.

Il existe également une voie alternative NHEJ (A-NHEJ) qui est indépendante de l'activité de l'hétérodimère KU70/KU80. Dans ce mécanisme, les extrémités de l'ADN sont excisées par la protéine de recombinaison méiotique 11 (MRE11) et la protéine de liaison du rétinoblastome 8 (RBBP8, synonyme de CtIP) exonucléases ( Gu, 2010 Gu J, Li S, Zhang X, Wang LC, Niewolik D, Schwarz K, Legerski RJ, Zandi E et Lieber MR (2010) DNA-PKcs régule une activité endonucléase ADN simple brin d'Artemis. Réparation de l'ADN 9:429-437. , Hammel , 2010 Hammel M, Yu Y, Fang S, Lees-Miller SP et Tainer JA (2010) XLF régulent l'architecture filamentaire du XRCC4. Complexe ligase IV. Structure 18 : 1431-1442. ), exposant des régions de microhomologie qui peuvent être alignées, permettant le remplissage des segments vides par les polymérases de la famille X. Par la suite, XRCC1 et la ligase III peuvent compléter le processus de jonction finale ( Fritté , 2014 Frit P, Barboule N et Yuan Y (2014) Alternative end-joining path(s): Bricolage at DNA breaks. Réparation de l'ADN 17:81-97. ). C-NHEJ est un processus d'assemblage final plus conservateur, mais son efficacité peut être affectée par l'activité très sujette aux erreurs de la voie A-NHEJ, l'adaptabilité du C-NHEJ pour réparer les extrémités irrégulières et l'incompatibilité de certains ADN prend fin ( Bétermier , 2014 Bétermier M, Bertrand P et Lopez BS (2014) L'assemblage final non homologue est-il vraiment un processus intrinsèquement sujet aux erreurs PLoS Genet 10:e1004086. ).

Recombinaison homologue (HR)

HR pour la réparation DSB nécessite une séquence d'ADN homologue fournie par la chromatide homologue sœur pour restaurer une lésion DSB. Par conséquent, ce processus n'est actif que pendant les phases du cycle cellulaire S et G2, où cette chromatide sœur est disponible comme modèle ( Krejci , 2012 Krejci L, Altmannova V, Spirek M et Zhao X (2012) La recombinaison homologue et sa régulation. Nucleic Acids Res 40:5795-5818. ). HR commence par la liaison du complexe MRN aux extrémités DSB. Le complexe MRN est constitué par la protéine MRE11, l'homologue de rad 50 S. cerevisiae (RAD50) et la protéine nibrine (NBS1) ( Richard , 2011a Richard DJ, Cubeddu L, Urquhart AJ, Bain A, Bolderson E, Menon D, White MF et Khanna KK (2011a) HSSB1 interagit directement avec le complexe MRN en stimulant son recrutement aux cassures double brin de l'ADN et son activité endonucléase. Nucleic Acids Res 39:3643-3651. , b Richard DJ, Savage K, Bolderson E, Cubeddu L, So S, Ghita M, Chen DJ, White MF, Richard K, Prize KM, et al. (2011b) HSSB1 se lie rapidement aux sites des cassures double brin de l'ADN et est nécessaire au recrutement efficace du complexe MRN. Nucleic Acids Res 39:1692-1702. ). Ensuite, les extrémités 3' du DSB sont digérées par l'activité exonucléase du MRE11/CtIP pour générer des extrémités libres au DSB qui sont prolongées par l'activité exonucléase EXO1 3'-5' ( Les limbes , 2007 Limbo O, Chahwan C, Yamada Y, Bruin RAM, Wittenberg C et Russell P (2007) Ctp1 est une protéine régulée par le cycle cellulaire qui fonctionne avec le complexe Mre11 pour contrôler la réparation des cassures double brin par recombinaison homologue. Cellule Mol 28:134-146. ). Par la suite, la protéine de liaison à l'ADN simple brin 1 (hSSB1) se lie aux extrémités 3' libres et se joint à la protéine de réplication A (RPA) pour protéger ces extrémités libres d'une dégradation supplémentaire, pour empêcher un annelage inapproprié qui pourrait conduire à des réarrangements génomiques et à empêcher la formation d'épingles à cheveux ( Chen, 2013 Chen H, Lisby M et Symington L (2013) RPA coordonne la résection de l'ADN et empêche la formation d'épingles à cheveux d'ADN. Cellule Mol 50:589-600. ). La RPA est un complexe hétérotrimérique formé de RPA70, RPA32 et RPA14 également impliqué dans le contrôle des mécanismes de réplication et de réparation de l'ADN ( Sleeth , 2007 Sleeth KM, Sørensen CS, Issaeva N, Dziegielewski J, Bartek J et Helleday T (2007) La RPA intervient dans la réparation de la recombinaison pendant le stress de réplication et est déplacée de l'ADN par la signalisation des points de contrôle dans les cellules humaines. J Mol Cell Biol 373:38-47. ). Ensuite, la RPA est remplacée par un ensemble de protéines RAD51 assemblées à huit domaines BRC de la protéine du cancer du sein 2 (BRCA2) et la participation de cinq protéines supplémentaires (RAD51B/RAD51C/RAD51D/XRCC2/XRCC3) ( Ouest, 2003 West SC (2003) Vues moléculaires des protéines de recombinaison et de leur contrôle. Nat Ap 4:1-11. ). Rad51 est une recombinase qui forme un filament de nucléoprotéine pré-synaptique RAD51-BRCA2 sur l'ADN ( Williams et Michael 2010 Williams AB et Michael WM (2010) Avis d'expulsion : nouvelles informations sur l'élimination de Rad51 de l'ADN lors d'une recombinaison homologue. Mol Cell 37:157-158. ). Les filaments de la nucléoprotéine RAD51-BRCA2 recherchent et envahissent les séquences homologues pour former une structure de jonction Holliday ( Masson, 2001 Masson JY, Tarsounas MC, Stasiak AZ, Stasiak A, Shah R, McIlwraith MJ, Benson FE et West SC (2001) Identification et purification de deux complexes distincts contenant les cinq paralogues RAD51. Gènes Dev 8:3296-3307. ). Les chromatides sœurs sont reliées par les protéines de cohésine SMC1, 3, 5 et 6. Ces protéines facilitent la cohésion du DSB et des brins homologues intacts pour favoriser la recombinaison homologue ( Kim, 2002 Kim JS, Krasieva TB, LaMorte V, Malcolm A, Taylor R et Yokomori K (2002) Recrutement spécifique de la cohésine humaine pour les dommages à l'ADN induits par le laser. J Biol Chem 277:45149-45153. , Kong , 2014 Kong X, Ball Jr AR, Pham HX, Zeng W, Chen H, Schmiesing JA, Kim J, Berns M, Yokomori K, Ball AR, et al. (2014) Fonctions distinctes de la Cohésine-SA1 et de la Cohésine-SA2 humaines dans la réparation des cassures double brin. Cell Mol Biol 34:685-698. ). Après l'invasion de la chromatide soeur (synapses) et l'alignement des séquences d'ADN homologues, RAD51 est éliminé en laissant une extrémité 3'-OH libre permettant la réparation de la synthèse d'ADN par l'ADN polymérase dans le sens 3'-5' à l'aide des résolvases, comme la sous-unité d'endonucléase spécifique de la structure (MUS81), l'endonucléase 1 spécifique de la structure méiotique essentielle (EME1) et l'endonucléase Holliday Junction 5' flap (GEN1) ( Constantinou, 2002 Constantinou A, Chen XB, McGowan CH et West SC (2002) Résolution de la jonction Holliday dans les cellules humaines : deux endonucléases de jonction avec des spécificités de substrat distinctes. EMBO J 21 : 5577-5585. ). Une fois la synthèse de l'ADN réparé terminée, ces enzymes résolvent la jonction Holliday et les extrémités de l'ADN sont reliées par l'ADN ligase I ( Matos et l'Ouest 2014 Matos J et West SC (2014) Résolution de jonction Holliday : Régulation dans l'espace et le temps. Réparation de l'ADN 19:176-181. ). Bien qu'elle ne soit pas complètement comprise, la protéine BRCA1 joue un rôle important dans la direction de l'échafaudage des filaments Rad51-BRCA2 et interagit également avec l'histone H2AX (décrite ci-dessous) lors de la réparation de la RH ( O'Donovan et Livingston, 2010 O'Donovan PA et Livingston DM (2010) DM. BRCA1 et BRCA2 : produits géniques de susceptibilité au cancer du sein/de l'ovaire et participants à la réparation des cassures double brin. J Carcinog 31:961-967. ).

La méthode de réparation HR est considérée comme sans erreur, car elle utilise la séquence homologue de la chromatide sœur comme modèle pour la synthèse. Il a été proposé que la condensation chromosomique rend difficile la recherche de séquences homologues dans le noyau, et donc NHEJ est plus fréquemment utilisé par les cellules pour réparer DSB ( Barre de pont , 2011 Deckbar D, Jeggo PA et Löbrich M (2011) Comprendre les limites des points de contrôle du cycle cellulaire radio-induit. Crit Rev Biochem Mol Biol 46:271-283. Langerak et Russell, 2011 Langerak P et Russell P (2011) Réseaux réglementaires intégrant le contrôle du cycle cellulaire avec des points de contrôle des dommages à l'ADN et la réparation des cassures double brin. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 366:3562-3571. ). La haute fidélité des HR est également proposée pour expliquer la faible sensibilité et résistance cellulaire des cellules en phase S/G2 aux rayonnements ionisants. Par conséquent, il est suggéré que la résistance à la radiothérapie est médiée par la RH ( Somaïa , 2013 Somaiah N, Yarnold J, Lagerqvist A, Rothkamm K et Helleday T (2013) La recombinaison homologue médie la résistance cellulaire et la sensibilité à la taille des fractions à la radiothérapie. Radiother aOncol 108:155-161. ).

Alignement monobrin (SSA)

La SSA peut être considérée comme une forme spéciale de réparation des RH. Ce mécanisme de réparation n'est pas conservateur et dépend de la présence de séquences répétées flanquant le DSB. Il commence par le clivage de l'extrémité 5' d'un brin d'ADN pour exposer les microhomologies. Ceci est médié par un complexe protéique composé du complexe CtIP et du complexe MRN, suivi de l'alignement des extrémités homologues. Les régions non alignées sont éliminées par les nucléases ERCC1/XPF (entraînant une perte de nucléotides dans la chaîne d'ADN) puis, les extrémités d'ADN sont jointes par l'ADN ligase III ( Salles , 2011 Salles D, Mencalha AL, Ireno IC, Wiesmüller L et Abdelhay E (2011) BCR-ABL stimule la réparation des cassures double brin de l'ADN homologue mutagène via le facteur de traitement final de l'ADN CtIP. Carcinogenèse 32:27-34. Liu, 2014 Liu C, Srihari S, Cao K-AL, Chenevix-Trench G, Simpson PT, Ragan MA et Khanna KK (2014) Une dissection à petite échelle de la machinerie de réparation des cassures double brin de l'ADN et de ses implications pour le traitement du cancer du sein. Nucleic Acids Res 42:6106-6127. ). Les preuves suggèrent que la réparation de l'ASS peut provoquer la formation de translocations chromosomiques pathologiques liées au cancer ( Manthey et Bailis, 2010 Manthey GM et Bailis AM (2010) Rad51 inhibe la formation de translocations par recombinaison homologue non conservatrice chez Saccharomyces cerevisiae. PloS One 5:e11889. ).


Risque accru de développer un cancer du poumon après une radiothérapie pour un cancer du sein

Les femmes qui subissent une radiothérapie pour un cancer du sein ont un risque faible mais significativement accru de développer par la suite une tumeur pulmonaire primitive, et des recherches ont maintenant montré que ce risque augmente avec la quantité de rayonnement absorbée par le tissu.

Le Dr Trine Grantzau (MD) a déclaré lors de la 33e conférence de la Société européenne de radiothérapie et d'oncologie (ESTRO33) à Vienne : « Nous avons constaté que pour chaque Gray délivré au poumon dans le cadre d'une radiothérapie pour une tumeur du sein, le risque relatif de développer un le cancer du poumon primitif subséquent a augmenté.Ce risque accru était similaire au risque accru de maladie cardiaque signalé après une radiothérapie pour un cancer du sein.

"Nos résultats suggèrent que toute réduction de la dose de rayonnement dans les poumons entraînerait une réduction du risque de cancers du poumon ultérieurs radio-induits. Avec les progrès du traitement du cancer du sein et l'introduction du dépistage du cancer du sein, un nombre croissant de les femmes deviennent des survivantes à long terme, et nous devons donc avoir une sensibilisation accrue aux cancers secondaires induits par le traitement et prendre des mesures pour réduire ces risques en utilisant des techniques de radiothérapie qui épargnent autant que possible les tissus normaux. »

Le Dr Grantzau, médecin au département d'oncologie clinique expérimentale de l'hôpital universitaire d'Aarhus (Aarhus, Danemark), et ses collègues ont étudié l'incidence des seconds cancers primitifs du poumon (c'est-à-dire un nouveau cancer du poumon et non une tumeur secondaire qui s'est propagée à partir du cancer du sein) dans un groupe de 23 627 femmes au Danemark qui avaient été traitées par radiothérapie postopératoire pour un cancer du sein précoce entre 1982 et 2007. Parmi ce grand groupe de femmes, 151 (0,6 %) ont reçu un diagnostic de nouveau cancer du poumon (le groupe de cas) et ils ont été jumelés à 443 femmes qui n'avaient pas développé de cancer du poumon (le groupe témoin).

Dans une étude précédente incluant les 23 627 femmes irradiées et, en outre, 22 549 patientes atteintes d'un cancer du sein non irradié, les résultats ont montré que le risque de développer un deuxième cancer du poumon radio-induit était d'environ une femme sur 200 traitées par radiothérapie postopératoire. "Dans la présente étude, nous voulions voir s'il y avait une corrélation dose-réponse pour le deuxième cancer du poumon primitif après l'irradiation du cancer du sein. Nous souhaitions en outre estimer l'excès de risque relatif par Gray délivré au poumon. Comme le tabagisme est fortement corrélé cancer du poumon, nous avons également examiné les effets des radiations et du tabagisme », a expliqué le Dr Grantzau.

Les chercheurs ont récupéré les enregistrements de radiothérapie de la radiothérapie précédente contre le cancer du sein (y compris la dose délivrée, la taille du champ et la technique de traitement) ainsi que le statut tabagique de tous les cas et témoins. Pour les cas, ils ont également obtenu des images radiographiques des cancers du poumon. Grâce à ces informations, ils ont pu reconstituer la manière dont les femmes avaient été traitées pour le cancer du sein d'origine et estimer la quantité de rayonnement délivrée à la partie du poumon où la tumeur ultérieure s'est développée. Ils ont testé la précision de leurs doses de rayonnement calculées sur un modèle, ou "fantôme", et ont fait des ajustements pour prendre en compte les doses plus élevées qu'ils ont trouvées effectivement délivrées dans des zones en dehors du champ principal de rayonnement.

L'âge médian des femmes lorsqu'elles ont reçu un diagnostic de cancer du sein était de 54 ans (avec un intervalle de 34 à 74 ans) et l'âge médian lorsqu'un deuxième cancer du poumon primitif a été diagnostiqué était de 68 ans (intervalle de 46 à 90 ans). Soixante-dix pour cent des cancers du poumon ont été diagnostiqués cinq ans ou plus après la radiothérapie pour le cancer du sein, allant de cinq à 26 ans. La majorité (91 %) des cas de cancer du poumon étaient des fumeurs, tandis que 40 % des témoins étaient des fumeurs.

La dose moyenne moyenne de radiothérapie pendant le traitement du cancer du sein qui avait été délivrée au site de la tumeur pulmonaire était de 8,7 Gy, alors qu'elle était de 5,6 Gy au site comparable chez les femmes qui n'avaient pas développé de cancer du poumon. Bien que le risque absolu de développer un deuxième cancer du poumon soit faible, les chercheurs ont montré que parmi les femmes qui avaient survécu à un cancer du sein pendant au moins cinq ans, le risque relatif de développer par la suite un cancer du poumon augmentait de 8,5% par Gy délivré au poumon.

"Ces résultats montrent que le risque de second cancer du poumon après radiothérapie chez les patientes atteintes d'un cancer du sein précoce est associé à la dose délivrée au poumon", a déclaré le Dr Grantzau.

« Il est cependant important de placer le risque de développer un deuxième cancer du poumon radio-induit dans une perspective équilibrée avec les avantages connus de la radiothérapie dans le traitement adjuvant du cancer du sein. La radiothérapie postopératoire chez les patientes atteintes d'un cancer du sein diminue la probabilité de récidive du cancer du sein et améliore la survie globale.Le défi pour les radio-oncologues est de réduire la dose délivrée de radiothérapie de manière à minimiser la dose au tissu normal pour éviter les tumeurs malignes radio-induites, sans compromettre son efficacité dans le tissu mammaire cancéreux ."

Elle a ajouté : « De plus, les cliniciens devraient continuellement conseiller aux patientes atteintes d'un cancer du sein d'arrêter de fumer afin de réduire leur risque de développer un cancer du poumon. Il est important de souligner que le risque de contracter un cancer du poumon induit par le tabac est beaucoup plus élevé que le risque contracter un deuxième cancer du poumon radio-induit.

Le professeur Vincenzo Valentini, président de l'ESTRO et radio-oncologue à la Policlinico Universitario A. Gemelli, Rome, Italie, a commenté : « Cette recherche montre l'importance de surveiller la sécurité des procédures de radiothérapie afin que nous puissions utiliser les informations obtenues pour obtenir un bon équilibre entre les risques et les avantages d'un traitement particulier.Réduire la dose de rayonnement aux tissus normaux est toujours bénéfique, et connaître la cible exacte et la meilleure dose de rayonnement aidera à réduire les effets secondaires à long terme d'une thérapie dont la recherche a longtemps montré qu'elle était essentielle pour aider à sauver la vie de femmes atteintes d'un cancer du sein. Les recherches du Dr Grantzau suggèrent qu'il existe une légère augmentation du risque de cancer du poumon dans les années qui suivent la radiothérapie pour le cancer du sein, en particulier chez les femmes qui fument. Cela souligne l'importance pour les femmes de ne pas fumer, car cela augmente le risque de diverses maladies. Nous, en tant que radio-oncologues, continuerons à travailler pour surveiller et améliorer la sécurité et l'efficacité de nos thérapies. »


Risques radiologiques pour les équipages des missions interplanétaires : problèmes biologiques et stratégies de recherche (1996)

Blindage

Recommandations de recherche pour mieux déterminer les exigences de blindage

Par rapport aux préoccupations concernant d'autres problèmes physiologiques et la fiabilité des véhicules, il y avait initialement une appréciation minimale des risques d'exposition aux rayonnements en orbite terrestre basse. La seule exception concernait les ceintures de radiation piégées, qui ont atteint une intensité maximale dans l'anomalie de l'Atlantique Sud, mais avec des trajectoires de vol judicieusement choisies, même cette exposition a été maintenue à des niveaux acceptables.

Les risques relatifs posés par l'exposition aux rayonnements seront sensiblement différents pour l'établissement d'une station lunaire ou pour une mission en équipage vers Mars. Par exemple, les effets protecteurs du champ géomagnétique terrestre ne s'appliqueront plus et, par conséquent, le spectre et l'abondance des particules composant le terme source de rayonnement différeront de ceux observés en orbite terrestre basse.

Alors qu'une optimisation minimale du bouclier était requise dans les véhicules initiaux en orbite basse, l'optimisation sera et devrait être un facteur majeur dans la conception de véhicules pour un voyage prolongé dans le système solaire. Les domaines de recherche qui devraient être abordés sont les suivants :

  1. Caractérisation des rayonnements dans l'espace et de leurs incertitudes pour le rayonnement cosmique galactique et les événements de particules solaires (SPE)
  2. Sections efficaces de base pour les interactions de particules primaires et la formation de produits de fragmentation
  3. Validation expérimentale de codes de modélisation informatique de blindage de transport et de fragmentation et
  4. Réévaluation complète des matériaux de blindage et des modèles de risque radiologique.

Développement de la base de connaissances

Les études actuelles indiquent que la distribution des particules et les énergies qui se produisent derrière les divers matériaux de bouclier potentiels dépendent de manière critique de la fragmentation et de la production de particules secondaires qui se produisent lorsque le blindage du vaisseau spatial est frappé par le rayonnement. Même les sections efficaces pour les protons, qui ont été étudiées de manière approfondie à la fois expérimentalement et théoriquement dans les codes de modélisation informatique les plus largement supportés, montrent des désaccords d'un facteur 2 1 entre les valeurs calculées à partir des modèles et les mesures dans les régions énergétiques pour lesquelles il n'y avait auparavant aucune donnée. . Pour réduire les incertitudes dans tout code de transport (c. le code.

Le temps total de faisceau acheté par la NASA pour la recherche avec des ions plus lourds que les protons est actuellement de 100 heures par an. Cela comprend le temps non seulement pour les expériences de physique évoquées ci-dessus, mais aussi pour les irradiations biologiques et la dosimétrie pour les expériences biologiques, qui peuvent prendre autant de temps que les irradiations biologiques elles-mêmes. Cette quantité de temps de faisceau se compare à environ 400 heures par an auparavant disponibles pour des études de recherche similaires au Berkeley BEVALAC, aujourd'hui fermé. A partir des sections efficaces prédites pour les particules secondaires et des taux de comptage maximum des détecteurs les plus sensibles pour détecter ces particules dans l'appareil, il est possible d'estimer les périodes de temps typiques nécessaires pour accumuler un nombre suffisant de comptages à un taux de faisceau spécifié, ainsi que l'erreur aléatoire dans les comptes totaux est minimisée. Une estimation raisonnable pour les mesures des spectres de particules secondaires est d'environ 1 heure de faisceau sur la cible pour chaque point de données, c'est-à-dire un type de particule incidente à un niveau d'énergie pour une composition cible à une épaisseur. Chaque matériau de blindage devrait être testé avec au moins trois types de particules, sans compter les protons. Chaque type de particule devrait être accéléré à environ cinq niveaux d'énergie différents, et cinq épaisseurs de blindage devraient être testées à chaque énergie. Y compris le temps nécessaire pour installer les expériences et tester l'équipement (qui peut être égal au temps nécessaire pour accumuler des données), le groupe de travail a estimé qu'environ 100 heures sont nécessaires pour chaque matériau de blindage examiné avec un type de particule pour les données collectées le long de l'axe principal du faisceau. , le temps de faisceau augmentant géométriquement avec l'angle de diffusion. (Une installation semi-permanente ou dédiée pourrait réduire considérablement les temps d'installation, car l'équipement peut être laissé en place entre les expériences.) Si la collecte de données hors axe est également envisagée, une estimation prudente du temps nécessaire pour obtenir des données sur les types de particules, les nombres , et les énergies est d'environ 300 heures pour chaque particule pour chaque matériau de blindage, ou d'environ 900 heures pour trois matériaux. Cette durée augmenterait d'un facteur 2 ou plus si les données étaient collectées à des angles de diffusion hors axe et pourrait correspondre à environ 1 ou 2 années chronologiques équivalentes de recherche dédiée à la plupart des accélérateurs du DOE.

La composition des spectres de particules GCR dicte de se concentrer sur le fer en tant que particule d'intérêt critique ayant le plus grand nombre atomique (Z). Des études avec des ions supplémentaires sont toutefois nécessaires pour comparer le code de section efficace théorique par rapport à la plage Z d'intérêt. Étant donné que l'incertitude des sections efficaces calculées se reflète dans l'incertitude du niveau de blindage requis, la réduction de l'incertitude de ces valeurs de données aura des implications majeures en termes de réduction des coûts.

En plus de la validation des codes de calcul de section transversale, la validation du code de transport lui-même est nécessaire. Les mesures expérimentales des particules émanant d'un blindage stratifié épais doivent être comparées à des calculs théoriques pour comparer les codes de transport et réduire l'incertitude dans le calcul de la quantité de blindage nécessaire. Les écrans stratifiés doivent être choisis avec soin pour refléter la gamme complète de matériaux qui pourraient être utilisés SiC, 6 LiH, Al, régolithe et autres matériaux contenant de l'hydrogène qui sont prometteurs.

Approches de blindage

Comme indiqué ci-dessus, les rayonnements n'ont pas été considérés comme un danger grave dans les missions en orbite terrestre basse de durée relativement courte à de faibles inclinaisons, étant donné que les doses dans les engins spatiaux ont été bien en deçà des directives du NCRP. 2 Pour la mission vers Mars, cependant, la perte des avantages de blindage du champ magnétique terrestre et les périodes plus longues sur lesquelles la dose s'accumule nécessitent que la conception du blindage soit réévaluée. Le concept &ldquoil suffit d'ajouter un peu plus d'aluminium&rdquo n'est pas une solution satisfaisante.

Deux options peuvent être envisagées pour le blindage dans l'espace : le blindage actif ou passif. L'approche passive du blindage en vrac a été choisie pour les missions en orbite basse de la NASA et a abouti à un système fiable à un coût raisonnable. Un système actif nécessiterait l'utilisation de très grandes intensités de champ magnétique pour détourner les particules chargées de l'engin spatial. La minimisation des besoins énergétiques impliquerait l'utilisation de systèmes supraconducteurs et impliquerait la complexité associée de tels systèmes. Etant donné que le rayonnement cosmique est essentiellement isotrope, un écran magnétique englobant complètement serait souhaitable mais d'un point de vue pratique serait très difficile à réaliser. Ainsi, la construction d'un bouclier actif satisfaisant est discutable. La NASA a choisi de ne pas poursuivre la conception d'un système de blindage actif principalement en raison de doutes sur sa fiabilité et ce rapport se concentre sur les exigences d'un système de blindage passif.


Conclusion

Les effets de proximité induits par les rayonnements ont été largement étudiés au cours de la dernière décennie. La pléthore de données maintenant disponibles concernant cet effet se divise en deux catégories : (je) dans les cultures confluentes où des contacts physiques entre les cellules irradiées et non irradiées sont établis et où les communications par jonctions lacunaires se sont avérées essentielles pour le processus, et (ii) dans des cultures peu peuplées où les effets de proximité peuvent être médiés par des signaux d'endommagement libérés dans le milieu de culture par les cellules irradiées. En conséquence, l'incubation de cellules non irradiées avec un milieu conditionné provenant de cultures irradiées peut conduire à l'induction d'effets biologiques. Dans la présente étude, des monocouches confluentes spatialement distinctes de NHLF ont été utilisées. Il n'est pas clair si les molécules de signalisation impliquées dans les deux processus d'observation s'excluent mutuellement. En fait, il est probable que certaines étapes initiales ou intermédiaires communes soient impliquées.

Le mécanisme de l'effet de proximité induit par le rayonnement, qu'il implique un contact cellule-cellule ou qu'il soit médié par des facteurs solubles, n'est pas clair, est susceptible d'être complexe et implique de multiples voies. Il est cependant clair que la fonction du gène p53 n'est pas nécessaire pour l'effet, car les cellules sans fonction p53 normale (telles que les cellules ovariennes de hamster chinois) présentent une réponse de proximité importante dans l'une ou l'autre des voies de proximité. Il est probable que de multiples cascades de signalisation impliquant à la fois un événement initiateur et des étapes de signalisation en aval soient nécessaires pour arbitrer le processus de présence. Dans la présente étude, nous avons utilisé une approche systématique pour d'abord identifier les gènes de signalisation qui sont altérés de manière différentielle parmi les cellules témoins, suivies de tests fonctionnels pour identifier et évaluer la signification biologique des molécules de signalisation.

En utilisant un microarray spécifique pour les gènes de signalisation cellulaire, nous avons identifié la transcription de deux gènes, COX-2 et IGFBP-3, qui ont été systématiquement modifiés dans les cellules témoins. Comme proposé dans notre modèle de travail (Fig. 8), les fonctions de ces deux gènes pourraient fonctionner de manière coordonnée pour médier l'effet bystander. COX-2 est un membre de la famille de gènes COX qui ont des fonctions importantes dans la médiation de la réponse immunitaire cellulaire. Il existe deux isoformes de COX : COX-1 et COX-2, qui diffèrent à bien des égards. Par exemple, COX-1 est exprimé de manière constitutive dans les tissus normaux, mais COX-2 est inductible après traitement avec différents facteurs de croissance et cytokines, tels que TGFβ, TNF-α, IL1β et différents facteurs de stress (28, 29). Tous ces stimuli induisent les voies Ras-Raf-MEK-ERK-AP1 et inhibiteur du facteur nucléaire κB kinase (IKK)-NF-κB et ciblent enfin la transcription du gène COX-2. La COX-2 est l'étape enzymatique initiale et limitante du métabolisme de l'acide arachidonique en un groupe complexe de médiateurs lipidiques de signalisation appelés prostaglandines (30), qui jouent un rôle important dans la modulation de l'inflammation cellulaire, de la carcinogenèse et de l'instabilité génomique.

Modèle de travail des voies de signalisation impliquées dans l'effet bystander radio-induit. La liaison des ligands TNF-α, TGFβ, IGF, IL-1 et IL-8 aux récepteurs correspondants active les voies de signalisation, notamment la protéine kinase kinase activée par les mitogènes MEK1/2 (MKK3/6) et la kinase p38 (toutes sur les lignes bleues ), qui conduisent à l'expression du gène COX-2. Inhibiteurs spécifiques des différentes voies de signalisation, tels que Wortmannin (wt) pour la phosphatidylinositol 3-kinase et NLe chlorhydrate de -(α)-tosyl-l-lysine chlorométhylcétone pour le NF-κB peut être utilisé pour délimiter des voies de signalisation spécifiques impliquées dans le phénomène de spectateur.

Parce que l'abondance de COX-2 L'ARN est multiplié par 3 dans les cellules témoins, il est nécessaire de neutraliser le COX-2 voies de signalisation pour établir sa fonction dans l'effet de spectateur. Nous avons utilisé le NS-398, un inhibiteur spécifique de COX-2, Pour atteindre cet objectif. Le CI50 valeurs de NS-398 pour la forme recombinante humaine de COX-1 et COX-2 ont été établies à 75 et 1,8 M, respectivement (31). En présence de NS-398, l'effet mutagène du spectateur a été réduit de >6 fois dans les cellules NHLF, établissant ainsi le lien fonctionnel de la COX-2 avec la cascade d'événements du spectateur. Cependant, étant donné que les cellules NHLF spectateurs directement irradiées et non irradiées ont été maintenues dans le même milieu avec le NS-398, nous ne pouvons pas exclure les effets possibles du NS-398 sur les cellules directement irradiées en favorisant les effets spectateurs induits par le rayonnement.

Un autre gène qui s'est révélé différentiellement exprimé dans les cellules NHLF voisines est IGFBP-3. Chez l'homme, la majorité des IGF circulants sont liés à l'IGFBP-3, qui est produite principalement dans le foie (32). L'IGFBP-3 inhibe l'activité de l'IGF au niveau cellulaire en se liant de manière compétitive aux IGF et, de ce fait, en empêchant leur liaison aux récepteurs de l'IGF à la surface cellulaire. En empêchant les IGF de se lier aux récepteurs de l'IGF, l'IGFBP-3 inhibe efficacement les voies de signalisation médiées par l'IGF (33). L'observation qu'il y avait une diminution de 7 fois des niveaux d'IGFBP-3 parmi les cellules témoins suggère que le processus de signalisation de l'IGF est actif et pourrait potentiellement jouer un rôle fonctionnel dans le processus témoin. Nos découvertes selon lesquelles l'IGFBP-3 appliquée de manière exogène peut éliminer à la fois la survie des spectateurs et les effets mutagènes soutiennent fortement le rôle important de la boucle d'activation de l'IGF. Cette découverte est cohérente avec nos observations selon lesquelles un prétraitement avec un anticorps monoclonal anti-TNF-α humain (5 g/ml), qui n'affecte pas la phosphorylation d'ERK dans les fibroblastes irradiés, a complètement aboli l'activation d'ERK dans les cellules témoins.

Comme mentionné ci-dessus, l'une des conséquences de la liaison du TNF-α, de l'IGF et d'autres leucotriènes aux sites récepteurs de surface est l'activation des voies de signalisation cellulaire MAPK. Les trois classes de MAPK comprennent ERK, la kinase c-Jun N-terminale (JNK) et les kinases p38 (34). On pense que les ERK sont fortement activés et jouent un rôle important dans la signalisation intracellulaire induite par divers facteurs de croissance, tels que le facteur de croissance épidermique et les promoteurs tumoraux (par exemple, les esters de phorbol) (35). D'autre part, les kinases JNK et p38 sont activées par de multiples stress, notamment les UV, les rayonnements ionisants, les produits chimiques cytotoxiques et les espèces réactives de l'oxygène (36). Bien que le rôle de la signalisation de la kinase p38 dans la réponse cellulaire aux stimuli externes soit diversifié, les réponses de ERK et JNK sont assez fiables. Ceci est cohérent avec notre découverte actuelle, où l'activation d'ERK est robuste et persistante.

En outre, il existe des preuves que le TGFβ peut jouer un rôle important dans la médiation des effets de spectateur dans les expériences de transfert moyen (23). De même, Lehnert et al. (37, 38) ont démontré la contribution des espèces réactives de l'oxygène (ROS) à l'induction d'échanges de chromatides sœurs parmi des cultures non irradiées exposées à des milieux de culture irradiés. Parce que TGFβ et ROS peuvent déclencher la cascade de signalisation MAPK, ces résultats sont cohérents avec l'observation actuelle du rôle de la COX-2 dans l'effet spectateur. De même, le rôle de l'oxyde nitrique dans la réponse des témoins à médiation moyenne a été décrit (24). Les observations que (je) l'oxyde nitrique est connu pour réguler l'expression de l'IL-8 dans certaines cellules humaines (39) et (ii) la synthase de l'oxyde nitrique, qui est essentielle à la biosynthèse des anions peroxynitrite, s'est avérée impliquée dans la régulation de l'expression de la COX-2 (40) fournit un lien fonctionnel pour le rôle de l'oxyde nitrique et de la COX-2 dans la médiation du spectateur effet. Il est probable que certaines étapes initiales ou intermédiaires communes soient impliquées dans les deux processus.

Enfin, une meilleure compréhension des mécanismes cellulaires et moléculaires du phénomène bystander, ainsi que la preuve de leur occurrence in vivo, nous permettra de formuler un modèle plus précis pour évaluer les effets sur la santé des faibles doses de rayonnements ionisants.


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