2) синтез дополнительных структур ДНК (+)
3) внутри- и межмолекулярные сшивки типа ДНК-ДНК, ДНК-белок
4) повреждение азотистых оснований нуклеотидов с последующим их удалением из ДНК
Ионизирующее излучение повреждает генетический материал за счёт прямой ионизации молекулы ДНК либо опосредованно — через образование активных форм кислорода при радиолизе воды. Типичными первичными повреждениями являются модификации азотистых оснований, утрата оснований с формированием апуриновых или апиримидиновых участков, одноцепочечные и двуцепочечные разрывы, а также ковалентные сшивки между цепями ДНК или между ДНК и белками.
Синтез дополнительных структур ДНК не относится к самостоятельным видам лучевого повреждения. Синтез нуклеотидной последовательности может происходить на этапе репарации, когда ферментные системы восстанавливают удалённый или повреждённый участок, либо при ошибочной репликации и рекомбинации. Следовательно, это процесс клеточного ответа на повреждение, а не первичный радиационно-индуцированный дефект молекулы.
Наибольшее радиобиологическое значение имеют двуцепочечные разрывы и комплексные кластерные повреждения, при которых несколько дефектов располагаются в пределах одного–двух витков двойной спирали. Их ошибочная репарация может приводить к делециям, транслокациям, хромосомным аберрациям, мутациям, клеточной гибели или злокачественной трансформации.
| Тип изменения ДНК | Механизм возникновения | Биологическое значение |
|---|---|---|
| Повреждение азотистых оснований | Окисление, дезаминирование или разрушение оснований активными формами кислорода | Вызывает ошибки репликации; преимущественно устраняется эксцизионной репарацией оснований |
| Апуриновые и апиримидиновые участки | Утрата повреждённого основания из сахарофосфатного остова | Блокируют нормальную репликацию и могут стать причиной мутаций или разрывов цепи |
| Одноцепочечный разрыв | Повреждение сахарофосфатной связи одной цепи ДНК | Обычно репарируется, но при множественности или репликации может перейти в двуцепочечный разрыв |
| Двуцепочечный разрыв | Одновременное нарушение целостности обеих цепей двойной спирали | Считается одним из наиболее летальных повреждений; способствует хромосомным перестройкам |
| Сшивки ДНК–ДНК и ДНК–белок | Образование аномальных ковалентных связей между макромолекулами | Нарушают расплетание ДНК, транскрипцию и репликацию |
| Кластерное повреждение | Сочетание нескольких разрывов и модификаций оснований на небольшом участке | Трудно распознаётся и репарируется, поэтому обладает высокой мутагенностью |
| Репаративный синтез ДНК | Включение новых нуклеотидов после удаления повреждённого фрагмента | Является механизмом восстановления, а не разновидностью лучевого повреждения |
Исход облучения определяется не только количеством поглощённой энергии, но и пространственной плотностью повреждений. Излучение с высокой линейной передачей энергии чаще формирует сложные, плохо репарируемые дефекты ДНК. Неправильное восстановление таких повреждений повышает вероятность геномной нестабильности. При невозможности репарации клетка может запускать апоптоз, митотическую катастрофу или переходить в состояние стойкого старения.