Состояние организма и его реактивность определяют индивидуальные особенности реакций на самые разнообразные воздействия. Реакции клеток сопряжены с изменением пространственной структуры ДНК. Исходное конформационное состояние хроматина может обуславливать особенности клеточных реакций. Метод аномальной временной зависимости вязкости (АВЗВ), основанный на изучении эластичных свойств ДНК-белковых комплексов с помощью ротационной вискозиметрии, позволяет изучать конформационное состояние хроматина и оценивать его реактивность по реакции на тепловой шок.

Цель работы: исследовать индивидуальные особенности изменения конформационного состояния хроматина при гипертермии, действии ионизирующего излучения и магнитного поля в зависимости от его исходного состояния и реактивности.

Материал и методы. Исследования выполнены на клетках крови человека и клетках крови белых беспородных крыс-самцов при воздействии in vitro. Образцы цельной крови человека (n=18) и животных (n=18) подвергали тепловому шоку - гипертермии при 46° С в течение 30 минут. Образцы крови человека (n=17) подвергали действию гамма-излучения 60Со в дозе 3,0 Гр при мощности дозы 1,0 Гр/мин, а образцы крови животных (n=32) - действию низкоинтесивного низкочастотного биполярного импульсного магнитного поля с индукцией 11,8 мТл в течение 30 минут.

Определение конформационного состояния хроматина проводили после четырехчасового лизиса клеток. Параметры кривой АВЗВ регистрировали с помощью цилиндрического вискозиметра Зимма–Кроузерса. Критерием оценки конформационного состояния хроматина являлась величина приведенной вязкости, которая пропорциональна максимальному периоду оборота ротора вискозиметра. Реактивность хроматина оценивали по изменению конформационного состояния после теплового шока.

По исходному конформационному состоянию и реактивности хроматина формировали группы сравнения. В основу формирования групп положено соотношение индивидуальных значений показателя метода АВЗВ к среднему для группы в целом. Доноры и животные со значением показателя от М-0,67s до М+0,67s попадали в среднюю группу, где М - среднее значение для группы в целом, а s - стандартное отклонение. Значения показателя ниже или выше указанного интервала являлись критериями, на основании которого были сформированы крайние группы.

Статистическую значимость воздействия изучаемых факторов оценивали по критерию Уилкоксона. Для анализа различий между выборочными группами использовали критерий Краскела-Уоллиса.

Результаты. Тепловой шок вызывал деконденсацию хроматина в клетках крови человека (р=3,27Е-04) и в клетках крови животных (р=0,001). Между группами гипо-, нормо-, и гиперреактивных доноров выявлено статистически значимое различие в реакции хроматина на тепловой шок (р=0,001). Выраженное различие в реактивности хроматина на тепловой шок также выявлено при аналогичном делении животных на группы (р=0,001). При этом исходное конформационное состояние определяло реактивность хроматина на тепловой шок. Между группами доноров, различающимися по исходной приведенной вязкости (р=0,001), выявлено различие реакции хроматина на тепловой шок (р=0,003). Реактивность хроматина в группах животных, сформированных по исходному конформационному состоянию (р=0,001) также различалась (р=0,031). Тепловой шок приводил к максимальной деконденсации хроматина в клетках доноров и животных с максимально конденсированным его состоянием.

На клетках крови человека установлено, что облучение в дозе 3,0 Гр приводит к деконденсации хроматина (р=0,001). Исходное конформационное состояние и реактивность на тепловой шок определяли степень радиационно-индуцированной деконденсации хроматина. Максимальное изменение конформационного состояния происходило в группах доноров с максимально конденсированным состоянием хроматина (р=0,022) и гиперреактивных доноров (р=0,014).

На клетках крови животных выявлено, что действие магнитного поля на группу в целом вызывает слабую деконденсацию хроматина. Эффект воздействия достоверно проявлялся у животных с максимально конденсированным состоянием хроматина (р=0,022).

Заключение. Исходное конформационное состояние определяло степень деконденсации хроматина после теплового шока, действия ионизирующего излучения и магнитного поля, а исходная реактивность - изменение конформационного состояния после облучения. Метод АВЗВ позволяет определять конформационное состояние, оценивать реактивность хроматина по реакции на тепловой шок и на основании этого прогнозировать индивидуальные особенности клеточных реакций на различные воздействия.



Автор выражает искреннюю благодарность и глубокую признательность своим коллегам Е.А. Никаноровой, Г.Л. Паточке, В.И. Нагибе, И.А. Варгановой, Я.И. Медведеву за участие в экспериментальных исследованиях.

The state of the body and its reactivity determine individual peculiarities of responses to various influences. Cell reactions are associated with DNA spatial structure changes. The initial chromatin conformational state can determine individual peculiarities of the cell reactions. The method of the anomalous viscosity time dependence (AVTD) based on the research of DNA-protein complexes allows studying into the chromatin conformational state and evaluating its reactivity by the reaction to heat shock.

The goal of the research is the analysis of individual peculiarities of chromatin conformation modification in case of hyperthermia, irradiation, and magnetic field effect dependently on its initial conformational state and reactivity.

Material and methods. The experimental research was performed using human blood cells and white outbred rats blood cells in vitro. The human blood samples (n=18) and rat blood samples (n=18) were subjected to hyperthermia at 46°С for 30 min, the human blood samples (n=18) were exposed to 60Co γ-irradiation of in 3.0 Gy at the dose rate of 1.0 Gy/min, and the animal blood samples (n=32) were affected by low-intensity low-frequency bipolar magnetic field with induction of 11.8 mT for 30 min.

Determination of chromatin conformational state was performed after a four-hour cell lysis. Parameters of the AVTD-curve were recorded with help of cylindrical Zimm-Crothers viscosimeter. The evaluation criterion for chromatin conformational state was the viscosity value, which was proportional to the maximum the rotor`s rotation period of viscosimeter. The chromatin reactivity evaluation was based on its conformational state change after heat shock.

The comparison groups were formed according to initial chromatin conformational state and reactivity.The groups were formed based on the ratio of individual AVTD indicative values and group-averaged value. The donors and animals with indicative values from М-0.67s to М+0.67s got into middle group, where М was the group-averaged value, and s - the standard deviation. The indicative values of lower or higher aforementioned range served as the criteria for formation of the extreme groups.

The statistical significance of studied factor effects was assessed using the Wilcoxon test. To analyze the differences between selective comparative groups, the Kruskal-Wallis test was used.

Results. The heat shock caused chromatin decondensation in human blood cells (р=3.27Е-04) and animal blood cells (р=0.001). Between the groups of hypo-, normo-, and hyper-reactive donors, a statistically significant difference in response of chromatin to heat shock was found (p=0.001). A pronounced difference in chromatin reactivity to heat shock was also revealed with a similar division of animals into groups (p=0.001). So, the initial conformational state determined chromatin reactivity to heat shock. Between donor groups different in terms of the initial chromatin conformational state (р=0.001), the difference in response of chromatin to heat shock was found (p=0.003). Chromatin reactivity in animal groups formed according to the initial conformational state (p=0.001) also differed (р=0.031). The heat shock caused maximum chromatin decondensation in the donors and animals cells with its maximum condensation state.

Using human blood cells it was found that irradiation at a dose of 3.0 Gy caused chromatin decondensation (р=0.001). The initial chromatin conformational state and reactivity to heat shock determined the degree of chromatin radiation-induced decondensation. The maximum conformational state changing occurred in donor groups with chromatin maximum condensation state (р=0.022) and hyper-reactive donors (р=0.014).

Using animal blood cells, it was found that magnetic field causes weak chromatin decondensation in the group in general. The significant effect was found credibly in animals with maximum chromatin condensation state (p=0.022).

Conclusion. The initial chromatin conformational state determined chromatin decondensation degree after heat shock, exposure to ionizing radiation and magnetic field action, and the initial chromatin reactivity, defined conformational state change after irradiation. The AVTD-method allows researching chromatin conformational state, evaluating its reactivity in response to heat shock and, on the basis of this, predicting the features of cellular responses to various influences.

The author sincerely acknowledges and appreciates profoundly the contributions of his colleagues E.A. Nikanorova, G.L. Patochka, V.I. Naguiba, I.A. Varganova and Ya.I. Medvedev into the experimental research.