2) аминокислоты
3) РНК
4) ДНК (+)
ДНК является главным критическим мишеневым объектом ионизирующего излучения, поскольку именно повреждение генетического материала определяет жизнеспособность клетки, возможность её репарации и сохранение наследственной информации. Воздействие реализуется двумя путями: прямой ионизацией молекулы ДНК и косвенным повреждением активными формами кислорода, возникающими при радиолизе воды. Формируются модификации азотистых оснований, однонитевые и особенно двунитевые разрывы, межнитевые сшивки и кластерные повреждения.
Двунитевые разрывы наиболее опасны: при ошибочной репарации они вызывают делеции, транслокации, хромосомные аберрации и мутации, а при невозможности восстановления активируют апоптоз или клеточную сенесценцию. В ответ на повреждение ДНК запускаются сигнальные пути ATM/ATR–p53, остановка клеточного цикла и репарация с участием негомологичного соединения концов и гомологичной рекомбинации. Поэтому радиочувствительность ткани зависит не только от поглощённой дозы, но и от пролиферативной активности клеток, фазы клеточного цикла и эффективности систем репарации.
Митохондрии, РНК и белковые молекулы также подвергаются радиационно-индуцированному окислительному повреждению, однако многие такие изменения обратимы или компенсируются обновлением повреждённых компонентов. Повреждение митохондриальной ДНК может усиливать образование активных форм кислорода и энергетический дефицит, но первичным определяющим событием для генетических и репродуктивных последствий остаётся поражение ядерной ДНК.
| Внутриклеточный объект | Типичное радиационное повреждение | Основное биологическое последствие | Относительная значимость |
|---|---|---|---|
| Ядерная ДНК | Дву- и однонитевые разрывы, повреждение оснований, сшивки, кластерные дефекты | Мутации, хромосомные аберрации, остановка клеточного цикла, апоптоз или утрата репродуктивной способности | Главная критическая мишень |
| Митохондрии | Повреждение мембран, дыхательной цепи и митохондриальной ДНК | Снижение синтеза АТФ, усиление окислительного стресса, активация апоптоза | Важная вторичная мишень |
| РНК | Окислительная модификация и фрагментация молекул | Нарушение трансляции и синтеза белка, обычно с возможностью замены повреждённых молекул | Менее критична из-за постоянного обновления |
| Белки и аминокислоты | Окисление боковых цепей, денатурация, образование поперечных сшивок | Нарушение ферментативных и структурных функций | Чаще приводит к функциональным, а не наследуемым изменениям |
| Клеточные мембраны | Перекисное окисление липидов и изменение проницаемости | Ионный дисбаланс, повреждение органелл, нарушение клеточного гомеостаза | Вклад в общее цитотоксическое действие |
| Системы репарации ДНК | Распознавание повреждений и восстановление разрывов | Определяют, будет ли повреждение устранено, приведёт к мутации или вызовет гибель клетки | Ключевой модификатор радиочувствительности |
Радиационно-индуцированные изменения ДНК лежат в основе как тканевых реакций, так и отдалённых стохастических эффектов, включая канцерогенез. Наиболее быстро реагируют активно пролиферирующие клетки костного мозга, кишечного эпителия и репродуктивной системы. В радиобиологии тяжесть поражения оценивают с учётом дозы, мощности дозы, качества излучения и распределения повреждений по клеткам. Принцип радиационной защиты ALARA направлен на поддержание облучения настолько низким, насколько это разумно достижимо.