电离辐射致DNA的损伤.PPT

DNA受重离子辐射后的结构变化和碎片长度分布 赵 葵 隋 丽 倪嵋楠 郭继宇 梅俊平 孔福全 路秀琴 周 平 原子能院核物理所 * * 第十次全国核结构讨论会 脱氧核糖核酸（DNA） 腺嘌呤 腺嘧啶 鸟嘌呤 胞嘧啶 脱氧核糖核酸（DNA） 在辐射生物学和放射医学中，DNA是电离辐射引致细胞杀伤或转化的主要靶分子。 DNA的辐射损伤是辐射所致生物效应中最基本和最关键的一环。 电离辐射致DNA的损伤 电离辐射损伤DNA途径: 直接作用 指射线直接作用于DNA分子，通过电离和激发使DNA受到损伤。 间接作用 指射线与DNA周围其它原子或分子特别是水分子作用，产生具有很高活性的自由基（如·OH，·H和eaq-）进而损伤DNA。 碱基变化 脱氧核糖变化 DNA链断裂— 单链断裂（SSB） 双链断裂（DSB） 交联— DNA链交联 DNA-蛋白质交联 其中DSB是辐射所致生物学效应中最重要的原初损伤，而非重接性的DSB则被认为是细胞杀伤效应的最重要的损伤。 电离辐射致DNA分子的变化 DNA链断裂示意图 单链断裂 双链断裂 单链断裂：是DNA双螺旋结构中一条链断裂。 双链断裂：是DNA的两条互补链于同一对应处或相邻处同时断裂。 是具有高传能线密度（LET）的电离辐射，它所引起的能量沉积密集，局部剂量大。 与低LET辐射(如 X、? 射线和电子束等)相比，通过物质时有完全不同结构的电离径迹，所引起的损伤机制也极为复杂。 重离子的特征 质子和碳离子在水中径迹比较 国内外的研究DSB的方法 中性梯度沉降 中性过滤淘析 凝胶电泳 早期染色体凝缩 电子显微镜 原子力显微镜 这几种方法都有一定的适用范围和局限性，不同程度地存在着灵敏性差、物理基础不清楚及操作复杂等缺点。近来的一些研究证实，这些方法低估了DSBs的产额。 原子力显微镜(AFM)原理 具有可达几纳米的高分辨本领，可以研究包括绝缘体和导体在内的许多不同材料的表面原子结构和组织形态，还可以用于有机分子和生物样品的研究。因而有更加广泛的应用领域。 原子力显微镜(AFM)特点 利用AFM研究DSB状况 利用AFM观测电离辐射致DNA双链断裂在国外（从1996年起）仅有的几个实验研究中，所用的电离辐射源是电子、X射线、γ射线和?粒子，给出了辐照后DNA分子的结构变化。 利用AFM研究DSB状况 (1)1996年美国乔治华盛顿大学的D.PANG等人用AFM在水溶液中测量辐射(电子)引起的DNA双链断裂的第一个实验。 （D.Pang et al. Scan.Microsc. 10(1996)1105-1110） (B) 50 Gy，750-850nm占88％，平均长度790nm (C)100 Gy，750-850nm占67％，143-750nm占23％，平均长度690nm (D)150 Gy，最多碎片200nm长，占40％，平均长度400nm (E)200 Gy，50-150nm占36％，150-250nm占32％，平均长度200nm 利用AFM研究DSB状况 (2)1998年D.Pang 等人又用同样方法测量了中子引起的DNA损伤。 （D.Pang et al., Radiation Research 150(1998)612-618） 中子对DNA的辐射，导致了许多短碎片的产生，DSBs的分布更局部、更密集。为成团的DNA双链断裂提供了实验证据。 （3）2000年，日本辐射生物科学研究所的一个小组用AFM研究了60Co的?射线诱发的DNA损伤。观测到了闭环（完整DNA分子）、开环（单链断裂）和线性（双链断裂）三种形态的质粒DNA及它们随剂量的变化情况。 利用AFM研究DSB状况 利用AFM研究DSB状况 利用AFM直接观测重离子诱发的DNA链断裂的实验则未见正式报道。 我们采用加速器辐照技术与先进的原子力显微镜技术相结合的研究方法，以生物大分子DNA为切入点，在分子水平上研究重离子诱发的DNA双链断裂。 HI-13 串列加速器平面图 HI-13串列加速器可加速的重离子 及其在生物(水)中的特性 实验设施的其它优势 重离子扫描辐照装置，可以在3?30cm范围内提供均匀的束流； 北京Q3D磁谱仪可提供均匀的、 无?辐射、低本底辐射源； 串列加速器已经加速了碳的微集团束； 微束装置； 原子力显微镜。 重离子扫描装置 北京Q3D磁谱仪 Q3D磁谱仪结构示意图 AJ-Ⅲ型扫描探针显微镜 AJ－Ⅲ型扫描探针显微镜