İki tür radyasyon vardır, iyonlaştırıcı ve iyonlaştırıcı olmayan radyasyon, ilki atomlar veya moleküller ile etkileşime girerken ikincisi etkileşmez. İnsanlığın radyasyona maruz kalması arttıkça gelişen teknolojik gelişmeler. Radyasyona bağlı etkiler, canlı organizmaları oluşturan hücreleri farklı şekillerde etkiler. Bu, etkilenen organizmada farklı etkilere neden oldukları anlamına gelir. Radyasyonla değiştirilmiş DNA metilasyonu, bu bağlamda etkilenen hücresel sistemlerden biridir. DNA metilasyonu, özellikle hücresel radyo-duyarlılık ile ilişkili önemli bir epigenetik mekanizmadır ve ayrıca radyoterapi veya kemoterapiye karşı artan direnç ile ilişkili olabilir. Bitkileri içerenlerden insanlarla yürütülenlere kadar çeşitli türlerdeki araştırmalarda bu fikri destekleyen bilimsel kanıtlar artıyor. Bu alanda artan bir eğilime sahip yeni bulgular var.
İçindekiler
Radyasyonun bitkiler üzerindeki etkileri
Genel olarak düşük moleküler ağırlıklı flavonoidler, üreme, sinyal, uva-koruyucu ve uva-koruyucu yollar üzerinde çok çeşitli etkiler gösterebilir. Bunlar, farklı fizyolojik alanlarda olduğu kadar sinyal yollarında ve bitki patojenlerine karşı korumada da belirli roller oynayabilen bir grup ikincil metabolittir. Genellikle bitkiler tarafından sentezlenen bu moleküller, biyosentetik yolların temelini oluşturan fenilpropanoid yol ile sentezlenirler. Bu moleküller, fenilpropanoid yolu yoluyla p-Coumaroyl-CoA oluşumuna yol açan shikimic asit yolu yoluyla sentezlenir. Bu metabolizma, fenilalanin amonyak liyaz (PAL), sinamat 4-hidroksilaz (C4H) ve 4-kumarat-CoA (4CL) olmak üzere üç enzim tarafından gerçekleştirilir. Coumaroyl-CoA ayrıca kalkon sentaz (CHS) ve kalkon izomeraz (CHI) ile etkileşim yoluyla çeşitli flavonoid moleküllerinden naringenin’e dönüştürülür. Bir iyonlaştırıcı olmayan radyasyon türü olan Ultraviyole-B (UV-B), genellikle bitkilerde flavonoid biyosentezi üzerinde olumlu bir etkiye sahiptir.
UV-B ışınları genellikle flavonoid sentezini destekler ve flavonoid sentezinde artışa neden olan tek türdür. Bununla birlikte, güneş enerjisi veya güneş dışı kaynaklardan gelen ROS, UV-B radyasyonu dışında daha geniş bir bant aralığında hemostazı etkiler. Mevcut stres koşulları birçok enzimatik antioksidanı etkisiz hale getirebilirken, flavonoidler ikincil bir savunma sistemi görevi görebilir. Son yıllarda epigenetik mekanizmaların gen ekspresyonu üzerindeki etkileri hakkında artan bilgi nedeniyle bu alanda etkili mekanizmalar ortaya çıkmıştır. Özellikle, metillenmiş sitozinler tarafından artan veya azalan gen ekspresyonunun hücre içi düzenlemesinin bitkilerde de geçerli olduğu gösterilmiştir. Ek olarak, DNA metilasyonunun dinamiklerinde bir dizi abiyotik stres etkeninin etkili olduğu bulunmuştur. DBR2 geninin sitozin metilasyonu ve UV-B demetilasyonu ile artemisinin biyosentezi arasında bir ilişki olduğu gösterilmiştir.
uzay radyasyonu
Son yıllarda, Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi (NASA) ve diğer ülkelerdeki uzay ajansları, Ay’daki meteoritler ve Mars veya Dünya yakınlarındaki asteroitler arasında insanlı uzay görevleri ve teknolojileri geliştirmek için politikalar izlemeye başladılar. Başka bir deyişle, toprağın azalan kaynaklarını değiştirmek için bu tür politikalar başlatacaklardı. Şaşırtıcı olmayan bir şekilde, bu görevlerle ilgili en büyük sorun, astronotların derin uzay ortamında karşılaşabilecekleri birkaç tehlikeli durumdur. Bu şeylerden bazıları tahmin edilebilirken, diğerleri tahmin edilemez olma eğilimindedir. Bu tehlikeli durumların başında protonlar, yüksek enerji (H) veya yüksek atom numaralı radyasyon (HZE; yüksek atom numarası (Z) ve enerji) ve galaktik kozmik radyasyon (GCR) gelmektedir. HZE’ler +2 elektrik yükleri nedeniyle iyonlaşarak karşılaştıkları hücre veya dokulara zarar verirler.
Astronotların Mars’a seyahat etmek gibi derin uzay görevleri sırasında maruz kalacakları radyasyon türünün ciddi bilişsel bozukluklara neden olduğu gösterilmiştir. Radyasyonun uzay görevlerindeki diğer etkileri, beyindeki artan oksidatif stres, nöroenflamasyon, nöronal yapıların bozulması ve sinaps bütünlüğünün bozulması gibi diğer yapısal ve işlevsel değişiklikleri içerir. Uzay radyasyonunun bu etkilere neden olabileceği mekanizmalar hakkında çok az çalışma vardır. Bununla birlikte, merkezi sinir sistemi (CNS) işlevindeki bu dramatik değişiklikleri üretmesi muhtemel moleküler mekanizmalar nispeten açıklığa kavuşturulmuştur. Beynin biyolojik işlevleri çok katmanlı, çok işlevli ve epigenetik mekanizmalardır, özellikle düzgün işleyiş için gerekli olan ve biliş için kritik olan DNA metilasyonu ve histon modifikasyonlarıdır. Son gelişmeler, özellikle nörogenetik alanındakiler, DNA metilasyonundaki kalıcı değişikliklerin öğrenme ve hafıza yeteneklerini önemli ölçüde etkileyebileceğini göstermiştir.
DNA metilasyonunu manipüle etmek için metil grubu donörlerinden oluşan bir diyete maruz kalan hayvanlarda çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmalar, glutamat reseptörleri, yeni nesne tanıma ve bağırsaklarla ilgili genlerdeki ifadede değişiklikler olduğunu gösterdi. Kimyasal toksisite ve kararlılığın yokluğunda, bazı DNA metilasyon enzimlerinin öğrenilmesi ve hafızasının, DNA metilasyon mekanizmaları tarafından genetik olarak değiştirilebileceği gösterilmiştir. Bazı araştırmalar, hafıza düzenlemesinin ve bağımlılık gibi davranışların, virüsler aracılığıyla metil grupları ekleyen veya çıkaran belirli DNMT’lerin aktivitesini azalttığını bulmuştur. 10-11 geçişlerinin, metilsitozin deoksijenaz (TET) enzimlerinin ifadesindeki değişikliklerle değiştirilebileceğini gösterdi. Pek çok epigenetik modifikasyon arasında en çok araştırılanı, DNMT’de sitozinin 5-metilsitozin (5mC) modifikasyonudur. Bu tür modifikasyonlar çoğunlukla gen transkripsiyonunu etkileyen promotör bölgelerinde yoğunlaşmıştır. Bununla birlikte, bilimsel araştırmalar 5mC’nin dinamik olduğunu ve ayrıca tüm DNA zinciri boyunca veya X kromozomu gibi belirli bir kromozom üzerinde yoğunlaşabileceğini göstermektedir.
Bölünen hücrelerde DNMT enzim grubunun (özellikle DNMT1) DNA metilasyonu hücre farklılaşması için çok önemlidir. DNMT enzimleri (özellikle DNMT3a ve 3b), yetişkin beynini oluşturan terminal olarak farklılaşmış nöronlarda özellikle önemlidir. Bunun nedeni, de novo metiltransferaz aktivitesinin, genomu oluşturan DNA’da önceden tanımlanmış sitozinlere metil grupları eklemesidir. Mitotik nöronlarda DNMT3a ekspresyon miktarının yüksek olması yetişkin beyni için özellikle önemlidir. Ek olarak, 5mC ortam oksijeni ile oksitlenebilir veya TET enzimleri ile modifiye edilebilir. TET enzim grubundan TET3, merkezi sinir sisteminde en yaygın enzim olup, öğrenme ve hafıza fonksiyonu ile yakından ilişkili olduğu bilinmektedir. Benzer şekilde, TET1’in potansiyel önemi, nöronal aktivite ile değişebilen DNA metilasyon motifleri ile ilgilidir. 5mC’nin oldukça kararlı, modifiye edilmiş ve oksitlenmiş bir formu olan 5-Hidroksimetilsitozin (5hmC), beyinde vücudun diğer organlarına göre daha yüksek seviyelerde bulunur. Ek olarak, 5hmC gerektiğinde DNA onarım mekanizmaları tarafından devre dışı bırakılabilir ve immobilize olmasına rağmen işaretlenmemiş sitozinlere geri döndürülebilir.
Düşük doz iyonlaştırıcı radyasyon ve oksidatif stres
İyonlaştırıcı radyasyon, karşılaştığı malzemelerin atomları üzerinde doğrudan veya dolaylı olarak iyonlaştırıcı etkilere sahip olabilir. Pozitif yüklü parçacıklar, karşılaştıkları malzemelerin atomik yapısını bozmaya yetecek kadar enerji içerdiklerinden doğrudan iyonlaştırıcılardır. Bu yüklü parçacıklar nispeten ağırdır ve kısa mesafelerde oldukça etkilidir. Ancak gama gibi kütlesiz ve dalga benzeri radyasyon, ışıkta hız hareket ettikçe ve iyonlaştırıcı radyasyon elektronlar gibi hızlı hareket eder. Bu nedenle karşılaştıkları atomlara enerjilerini salıvererek yüklü parçacıklar üretirler. Bu hızlı hareket sonucunda canlı hücrelerdeki DNA, RNA, protein gibi biyomoleküller, canlı organizmalarla karşılaşmaları halinde doğrudan zarar görebilirler. Ayrıca yüksek oranda reaktif oksijen türleri (ROS) oluşturabilirler. İyonlaştırıcı radyasyon ayrıca amino asitler gibi biyolojik maddelerin varlığında nitrik oksit (NO) sentaz oluşumuna neden olarak ROS üretimini indükleyebilir. Bu NO molekülü, peroksinitrit (ONOO-) üretmek için bir süperoksit radikali (O 2 -) ile reaksiyona girebilir.
Peroksinitrit, DNA bazları, proteinler ve lipitler gibi biyomoleküllerle etkileşime girebilen güçlü bir oksitleyici ajandır. Nikotinamid adenin dinükleotit fosfat (NADPH) oksidaz, hücre içi ROS üretimine neden olan bir diğer önemli moleküler kaynaktır. NADPH oksidaz, aktifleştirilmiş ve fagositik olmayan hücrelerin zarında bulunan çoklu alt birimlere sahip karmaşık bir enzimdir. NADPH oksidaz, elektronları hücre zarından sitoplazmik NADPH yoluyla hücre dışı moleküler oksijene aktararak süperoksit anyonları üretir. NADPH oksidaz ailesinin üyeleri olan NOX4 ve NOX5’in LDIR indükleyici tarafından aktivasyonu, potansiyel DNA hasarı ile ilişkilendirilmiştir. LDIR gibi uyaranların mitokondri üzerindeki etkisi hemen hemen aynı şekilde gerçekleşir.
Mitokondri, bir grup enzim içeren organellerdir. Mitokondride meydana gelen bir dizi reaksiyon, elektronların mitokondriden kaçması nedeniyle serbest radikal yan ürünlerinin oluşumuna da yol açabilir. Bu kaçan elektronlar, süperoksit oluşumunun temel seviyesine katkıda bulunur. Yüksek enerjili radyasyon, artan süperoksit üretimine yol açan mitokondriden elektron salınımını artırarak elektron akışını etkiler. Ek olarak, iyonlaştırıcı radyasyon, akonitaz da dahil olmak üzere mitokondriyal proteinlerin elektron taşıma zinciri (ETC) enzimlerini inhibe ederek mitokondriyal işlevi bozar. LDIR’in aracılık ettiği mitokondriyal etkiler, hücre içi oksidatif stres seviyelerini arttırır ve yüksek ROS sinyalleşmesine yol açar. Bu programlanmış hücresel değişiklikler, ilk maruz kalmanın ardından hücre bölünmelerinden sonra oluşan yavru hücrelerde meydana gelir.
LDIR tarafından indüklenen genomik istikrarsızlık ve değişikliklerin ardından Mendel dışı mekanizmalarda artan değişiklikler, LDIR’in epigenetik tabanlı mekanizmalar yoluyla etki ettiğini düşündürmektedir. Çalışmalar, RNA ekspresyonunun radyasyona bağlı DNA metilasyonu gibi hücresel değişiklikleri göstermiştir. Genellikle kanser modellerinde gen dizilerinin histon modifikasyonu ve anlamsız dönüşümü, bu çalışmalardan elde edilen moleküler ve mekanik içgörüler, çeşitli biyolojik hücresel sistemlere oldukça uygulanabilir. Son araştırmalar, LDIR’ye maruz kalmanın hücre içi DNA metilasyon profilini değiştirebileceğini göstermiştir. Hayvan modelleri kullanılarak, LDIR’e maruz kalmanın global metilasyonu azaltmada farklı doz, cinsiyet ve doku etkileri olduğu gösterilmiştir. LDIR’nin meme kanseri hücrelerinde TRAPC1, FOXC1 ve LINE1 (uzun süre dolaşan nükleer element-1) genlerinin bölgeye özgü DNA hipometilasyonuna neden olduğu gösterilmiştir.
Bu metilasyonun bir sonucu olarak, DNA metiltransferaz enzimlerinin ve ayrıca CpG metilasyon bağlayıcı proteinlerin ekspresyon seviyelerinde azalma gözlendi. Benzer şekilde LDIR, LINE-1’in hipometilasyonu ve aktivasyonu ile ilişkilendirilmiştir. Ayrıca, LINE-1 ekspresyon seviyelerinin artmasına ve genetik anormalliklerin artmasına neden oldu. LDIR’in azaltılmış küresel DNA metilasyonu üzerindeki etkileri, kontrol gruplarında nükleer endüstride çalışanlardan daha olumlu görünmektedir. Bu nedenle, doğal olarak radyasyona maruz kalırlar. İlgili çalışmalarda, LINE-1 metilasyon miktarı ışınlanmış işçilerde kontrollere göre daha yüksekti. Bu işçilerde, azalmış global metilasyonun sitogenetik kromozomal anormalliklerde anlamlı olarak daha yüksek olduğu gözlendi. Bu nedenle, LDIR’nin aracılık ettiği azalmış global metilasyon modelleri, radyasyona maruz kalma ile artan gen düzensizliği arasında bir bağlantı olduğunu düşündürür. LDIR maruziyeti global metilasyonda bir azalmaya yol açsa da, uyarılmış hipermetilasyonun global metilasyona kıyasla daha kararlı olduğu gösterilmiştir.
kaynak:
liebertpub.com/doi/pdf/10.1089/act.2011.17609
msdmanuals.com/en-kr/professional/special-subjects/principles-of-radiologic-imaging/risks-of-medical-radiation
yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]