VII Съезд биофизиков России
Краснодар, Россия
17-23 апреля 2023 г.
Главная
О Съезде
Организаторы
Программный комитет
Программа Съезда
Место проведения Съезда
Проживание
Оргвзносы
Основные даты
Регистрация
Публикации материалов Съезда
Молодежный конкурс
Контакты
Тезисы
English version
Партнеры Съезда
Правила оформления докладов

Программа Съезда

Секции и тезисы:

Механизмы действия физико-химических факторов на биологические системы

Исследование дефектов структуры ДНК спектральными и гидродинамическими методами

С.В. Пастон1*, И.Ф. Мурзакова1, Д.Н. Иванова1

1.СПбГУ;

* svpaston(at)list.ru

Повреждения молекулы ДНК являются одним из пусковых механизмов развития патологических процессов в клетке. Различные виды повреждений делят на две группы: односайтовые, или одиночные повреждения, такие, как однонитевые разрывы (ОР), модификации оснований, отрыв оснований (результатом которого являются апуриновые и апиримидиновые сайты –АП-сайты). Вторая группа – локальные множественные повреждения (ЛМП), такие, как кластерные повреждения (два и более близко расположенных односайтовых повреждения), двунитевые разрывы ДНК (ДР), межмолекулярные сшивки ДНК-белок и ДНК-ДНК [1,2]. Односайтовые повреждения эффективно устраняются репарирующей системой клетки с использованием в качестве матрицы неповреждённой нити ДНК, антипараллельной повреждённой. Такие повреждения возникают в ДНК спонтанно, чаще всего вследствие взаимодействия с окислительными радикалами, образующимися в клетке в норме. Превышение нормального уровня активных форм кислорода (АФК) в результате различных патологических процессов или под действием ионизирующего излучения приводит к накоплению большого количества повреждений ДНК, причем плотноионизирующее излучение индуцирует в ДНК ЛМП по механизму прямого действия [3]. Исследование механизмов образования и распределения дефектов в структуре ДНК под действием различных физико-химических факторов, влияние условий среды и структуры интактной макромолекулы на этот процесс необходимо для понимания начальной стадии таких важных внутриклеточных процессов, как репарация, апоптоз, онкогенез. В настоящей работе применяются спектральные и гидродинамические методы для исследования дефектов в структуре ДНК, вызванных неионизирующим УФС светом, а также гамма-излучением.

Уменьшение объёма макромолекулярного клубка ДНК в водно-солевом растворе, являющееся, в частности, следствием локальной денатурации (возникающей в местах нарушения первичной структуры ДНК) фиксировали методом низкоградиентной вискозиметрии. Дозовые зависимости характеристической вязкости ДНК, пропорциональной её удельному объёму, показывают, что при уменьшении ионной силы раствора радиационные эффекты усиливаются. В работе [4] было показано, что гамма-облучение в дозах до 30 Гр не приводит к уменьшению термодинамической жесткости ДНК, следовательно, наблюдаемое снижение удельного объёма происходит вследствие подавления дальних взаимодействий в цепи ДНК. Другие эффекты, вызванные облучением (снижение температуры плавления, разрушение азотистых оснований ДНК) также существенно зависят от ионной силы раствора: чем меньше ионная сила раствора, тем больше радиочувствительность ДНК. Известно, что при снижении ионной силы раствора объём интактной ДНК в растворе увеличивается, то есть увеличивается размер мишени в облучаемом образце. Кроме того, стабильность вторичной структуры ДНК уменьшается при снижении концентрации противоионов в растворе. Можно заключить, что эти факторы играют определяющую роль в формировании повреждений в структуре ДНК.

Вклад прямого и косвенного действия излучения возможно выявить, используя перехватчики активных продуктов радиолиза воды, либо варьируя концентрацию мишеней в облучаемом образце. В работе определён радиационно-химический выход G разрушения тимидина под действием гамма-излучения в водных (1.60 молекул/100эВ) и водно-этанольных растворах (0.11 молекул/100эВ при Сэт= 15об.%), а также при воздействии реактива Фентона (0.45 моль/2.6 моль реактива). Получена зависимость G разрушенных азотистых оснований ДНК от дозы облучения и от концентрации ДНК в облучаемом растворе ионной силы 5мМ NaCl. В интервале концентраций ДНК 2мг/дл–7мг/дл наблюдается постоянство G – так называемый эффект разбавления, свидетельствующий, что все образованные продукты радиолиза воды вступают в реакции с ДНК. Снижение радиационных повреждений ДНК в присутствие этанола в облучаемом растворе наблюдается в широком диапазоне ионных сил.



Часть исследований проведена с использованием оборудования ресурсных центров Научного парка СПбГУ «Центр диагностики функциональных материалов для медицины, фармакологии и наноэлектроники» и «Оптические и лазерные методы исследования вещества».



1. Кудряшов Ю.Б. Радиационная биофизика (ионизирующие излучения). М.:

Физматлит, 2004.

2. C. von Sonntag. Free-Radical-Induced DNA Damage and Its Repair, A

Chemical Perspective. Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2006.

3. Murshed H. Fundamentals of Radiation Oncology: Physical, Biological, and Clinical Aspects. 3rd ed. Academic Press, 2019. 743 p.

4. Frisman E., Zarubina O. Effect of gamma-irradiation on the conformation of the native DNA molecule. Biophys. Chem., 1993, v.46, p.37.





Investigation of DNA structure defects by spectral and hydrodynamic methods

S. Paston1*, I.F. Murzakova1, D.N. Ivanova1

1.St. Petersburg State University;

* svpaston(at)list.ru

Damage in the DNA molecule is one of the triggers for the development of pathological processes in the cell. Various types of damage are divided into two groups: single-site, such as single-strand breaks (SSB), base modifications, base release (resulting in apurine and apyrimidine sites, -AP sites). The second group is local multiple damages (LMDs), such as cluster lesions (two or more closely spaced single-site lesions), DNA double-strand breaks (DSBs), DNA-protein and DNA-DNA intermolecular cross-links [1, 2]. Single-site damages are effectively eliminated by the cell repair system using an intact DNA strand antiparallel to the damaged one as a template. Such damage occurs spontaneously in DNA, most often due to interaction with oxidative radicals that are normally formed in the cell. An excess of the normal level of reactive oxygen species (ROS) as a result of various pathological processes or under the action of ionizing radiation leads to the accumulation of a large amount of DNA damage, and densely ionizing radiation induces LMDs in DNA by a direct action of radiation [3]. The study of the mechanisms of formation and distribution of defects in the DNA structure under the influence of various physicochemical factors, the influence of environmental conditions and the structure of an intact macromolecule on this process is necessary to understand the initial stage of such important intracellular processes as repair, apoptosis, and oncogenesis. In this work, spectral and hydrodynamic methods are used to study defects in the DNA structure caused by non-ionizing UVC light and gamma radiation.

A decrease in the volume of a macromolecular DNA coil in a water-salt solution, which, in particular, is a consequence of local denaturation (occurring in places of damage in the DNA primary structure) was recorded by low-gradient viscometry. The dose dependences of the intrinsic viscosity of DNA, which is proportional to its specific volume, show that as the ionic strength of the solution decreases, the radiation effects increase. In [4], it was shown that gamma irradiation at doses up to 30 Gy does not lead to a decrease in the thermodynamic rigidity of DNA; therefore, the observed decrease in specific volume occurs due to the suppression of long-range interactions in the DNA chain. Other effects caused by irradiation (decrease in the melting point, destruction of the nitrogenous bases of DNA) also depend significantly on the ionic strength of the solution: the lower the ionic strength of the solution, the greater the radiosensitivity of DNA. It is known that with a decrease in the ionic strength of the solution, the volume of intact DNA in the solution increases, i.e., the size of the target in the irradiated sample increases. In addition, the stability of the secondary structure of DNA decreases with a decrease in the concentration of counterions in solution. It can be concluded that these factors play a decisive role in the formation of damage in the DNA structure.

The contribution of the direct and indirect action of radiation can be revealed using interceptors of active products of water radiolysis, or by varying the concentration of targets in the irradiated sample. The radiation-chemical yield G of thymidine destruction under the action of gamma radiation in aqueous (1.60 molecules/100 eV) and water-ethanol solutions (0.11 molecules/100 eV at Cet=15 vol%), as well as under the action of Fenton's reagent (0.45 mol /2.6 mol of reagent). The dependence of G of the destroyed nitrogenous bases of DNA on the dose of irradiation and on the concentration of DNA in the irradiated solution of ionic strength of 5 mM NaCl was obtained. In the range of DNA concentrations of 2 mg/dl–7 mg/dl, the constancy of G is observed, the so-called dilution effect, which indicates that all appeared products of water radiolysis react with DNA. A decrease in DNA radiation damage in the presence of ethanol in the irradiated solution is observed in a wide range of ionic strengths.



A part of scientific research was performed at the Research park of St.Petersburg State University «Center for Diagnostics of Functional Materials for Medicine, Pharmacology and Nanoelectronics» and «Center for Optical and Laser Research».





1. Kudryashov Yu. B. Radiation Biophysics (Ionizing Radiation) New York: Nova Science Publishers, 2008.

2. C. von Sonntag. Free-Radical-Induced DNA Damage and Its Repair, A Chemical Perspective. Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2006.

3. Murshed H. Fundamentals of Radiation Oncology: Physical, Biological, and Clinical Aspects. 3rd ed. Academic Press, 2019. 743 p.

4. Frisman E., Zarubina O. Effect of gamma-irradiation on the conformation of the native DNA molecule. Biophys. Chem., 1993, v.46, p.37-46.





Докладчик: Пастон С.В.
195
2023-02-15

Национальный комитет Российских биофизиков © 2022
National committee of Russian Biophysicists