2) S и G1
3) M и S
4) M и G2 (+)
Наибольшая радиочувствительность клеток наблюдается в фазах G2 и M. В этот период ДНК уже реплицирована, а клетка готовится к митозу или непосредственно вступает в него. Ионизирующее излучение вызывает разрывы одной и особенно двух цепей ДНК; при конденсации хроматина и ограниченном времени для репарации такие повреждения часто приводят к потере репродуктивной способности клетки.
Повреждение клетки в G2 может активировать контрольную точку G2/M и временно остановить клеточный цикл. Если двунитевые разрывы не устранены, клетка вступает в митоз с дефектными хромосомами, что вызывает митотическую катастрофу, апоптоз или формирование нежизнеспособного потомства. В фазе S, особенно в поздней, радиорезистентность выше благодаря активной репарации ДНК, включая гомологичную рекомбинацию с использованием сестринской хроматиды; клетки G0 также обычно менее чувствительны из-за отсутствия пролиферации и более длительного времени для восстановления повреждений.
Различия фазовой радиочувствительности имеют значение для фракционирования лучевой терапии. Повторные фракции повышают вероятность воздействия на опухолевые клетки, которые между сеансами перераспределяются в более чувствительные фазы G2 и M. Однако итоговый радиобиологический эффект зависит также от оксигенации, способности к репарации, функциональности контрольных точек клеточного цикла и тканевой специфики.
| Фаза клеточного цикла | Относительная радиочувствительность | Основное биологическое объяснение | Последствие облучения |
|---|---|---|---|
| G0 | Обычно низкая, вариабельная | Клетка не пролиферирует, повреждения могут репарироваться до возобновления деления | Возможна длительная выживаемость с последующим выходом из покоя |
| G1 | Промежуточная | ДНК не реплицируется; активны контрольные механизмы перед S-фазой | Часть повреждений устраняется до репликации |
| Ранняя S | Умеренная или сниженная | Начинается репликация ДНК, постепенно активируется репарация с участием сестринской хроматиды | Вероятность летального повреждения ниже, чем в G2/M |
| Поздняя S | Одна из наиболее низких | Максимально эффективны репарация и гомологичная рекомбинация; клетка способна восстанавливать двунитевые разрывы | Повышается вероятность сохранения репродуктивной способности |
| G2 | Высокая | Репликация завершена, клетка проходит контрольную точку перед митозом; запас времени для репарации ограничен | При сохранении повреждений — апоптоз или митотическая катастрофа |
| M | Максимальная | Хромосомы конденсированы, репарация затруднена, повреждения нарушают расхождение хромосом | Высокая вероятность гибели клетки и потери клоногенности |
Фазоспецифическая радиочувствительность лежит в основе явления радиобиологической репопуляции и перераспределения клеток между фазами цикла после облучения. Для оценки содержания ДНК и распределения клеток по фазам применяют проточную цитометрию. В клинической практике этот принцип дополняется воздействием на другие факторы радиорезистентности, прежде всего гипоксию и недостаточную репарацию повреждений ДНК. Поэтому сочетание фракционирования с лекарственной или молекулярно направленной радиосенсибилизацией может усиливать противоопухолевый эффект.