2) свободные радикалы вызывают повреждение (+)
3) образуются только двойные разрывы
4) образуются лишь одиночные разрывы
Косвенное действие ионизирующего излучения реализуется преимущественно через радиолиз воды — расщепление молекул воды с образованием высокореактивных частиц: гидроксильных радикалов (•OH), атомарного водорода, гидратированных электронов, а также перекиси водорода. Эти активные формы кислорода и свободные радикалы взаимодействуют с компонентами хроматина и вызывают окислительную модификацию азотистых оснований, повреждение дезоксирибозы, образование апуриновых/апиримидиновых участков и разрыв фосфодиэфирных связей. Наиболее значимым повреждающим агентом считается гидроксильный радикал, отличающийся высокой реакционной способностью.
Поэтому косвенное воздействие не ограничивается каким-либо одним типом повреждения ДНК: возможны одиночные и двойные разрывы цепей, модификация оснований, межцепочечные и внутрицепочечные сшивки, а также кластерные, или сложноустранимые, повреждения. Биологический эффект зависит от дозы, линейной передачи энергии излучения, содержания кислорода и эффективности репарационных систем клетки. Кислород фиксирует радиационно-индуцированные радикальные повреждения, формируя кислородный эффект и повышая их стабильность.
| Вид повреждения | Основной механизм формирования | Биологическое значение |
|---|---|---|
| Окисление оснований | Атака свободных радикалов, прежде всего •OH | Точечные мутации и ошибочное спаривание оснований |
| Апуриновый или апиримидиновый участок | Удаление повреждённого основания с последующим нарушением сахарофосфатного остова | Репарируется преимущественно эксцизионными механизмами |
| Одиночный разрыв цепи | Повреждение дезоксирибозы или фосфодиэфирной связи в одной цепи | Обычно эффективно устраняется; при множественных повреждениях может приводить к гибели клетки |
| Двойной разрыв цепей | Одновременное или близкое по расположению повреждение обеих цепей ДНК | Высокий риск хромосомных аберраций, мутаций и клеточной гибели |
| Сшивки ДНК | Ковалентное соединение участков одной или двух цепей | Блокируют репликацию и транскрипцию |
| Кластерное повреждение | Сочетание нескольких близко расположенных окисленных оснований и разрывов | Труднее поддаётся репарации и имеет повышенную цитотоксичность |
Косвенный механизм особенно важен в тканях с высоким содержанием воды, поскольку именно вода является основным субстратом радиолиза. В норме повреждения устраняются системами репарации одноцепочечных разрывов, базовой и нуклеотидной эксцизионной репарации, а также механизмами восстановления двойных разрывов. При недостаточной или ошибочной репарации формируются геномная нестабильность, апоптоз, репродуктивная гибель клетки или канцерогенная трансформация.