集簇性DNA损伤在辐射研究中的进展

高LET重离子引起的集簇性DNA损伤会造成细胞突变、癌变和凋亡。促进肿瘤细胞凋亡一直是治愈肿瘤的出发点,所以集簇性DNA损伤已经成为放射生物学领域研究的热点问题。由于其提取和检测方法多样,但并没有一个详细和完整的方案对集簇性DNA损伤进行透彻分析。综述了集簇性DNA损伤的特点和详细讨论了集簇性DNA损伤最新研究进展,简介了集簇性DNA损伤的研究方法,以期为集簇性DNA损伤在放疗中的研究提供一些参考。

基于含噪声密度聚类算法的质子辐射诱导的DNA集簇性损伤研究

以原子级几何模型模拟脱氧核糖核酸(DNA)分子损伤的遍历算法目前存在着计算时间长、收敛速度慢、计算设备要求高等缺点,因此本文提出一种基于能量沉积点和羟自由基(·OH)位置信息的含噪声密度聚类(DBSCAN)算法,该算法结合概率统计方法,能快速地得到DNA链断裂产额,帮助进一步研究DNA集簇性损伤的变化规律。首先,课题组依托放射生物学蒙特卡罗模拟软件Geant4-DNA,模拟质子和次级粒子在细胞核中的输运以及它们对水分子电离激发的过程,获得粒子能量沉积点和羟自由基的位置信息。然后在简化的细胞核几何模型中,利用损伤发生概率函数计算得到DNA损伤点的空间分布数据集,确定损伤点密度,由DSBCAN算法计算DNA单链断裂(SSB)和双链断裂(DSB)产额。最后分析DNA链断裂产额随传能线密度(LET)值变化的趋势,总结出不同损伤簇的变化规律。实验结果表明,与遍历算法相比,本文新算法模拟速度快且模拟精度高,模拟结果同其他实验和模拟方法相比较,具备良好的一致性。实现了在分子水平上快速获得质子辐射致DNA集簇性损伤更为精细的信息,为辐射生物损伤机制的研究提供了一种重要和有力的研究手段。

不同LET辐射致DNA集簇性损伤的研究

利用辐照质粒DNA构象变化的分子模型,以DNA糖苷酶Fpg和AP核酸内切酶EndoIII识别并切割辐射所致DNA碱基损伤,将其转换为DNA断裂损伤,通过电泳分析DNA分子构象变化,研究比较γ射线、质子和7Li离子诱发DNA集簇性损伤。50Gy以上高剂量γ辐射对质粒DNA的损伤主要表现为单链断裂(SSB)和很少比例的双链断裂(DSB),并能产生一定水平的集簇性损伤。相比之下,高能质子束和高LET的7Li离子直接所致DNA的断裂损伤以及所产生的集簇性碱基损伤比γ射线的要严重,质子10Gy照射就可诱发明显的集簇损伤。

亚细胞尺度氚非均匀分布下单粒子效应的蒙特卡罗模拟计算

利用蒙特卡罗程序Geant4构建了正常肺上皮细胞体素模型,结合Geant4自建DNA模型,模拟计算了氚在亚细胞尺度不同靶区的物理作用和DNA损伤效应,分析了氚处于不同滞留状态下β单粒子对细胞内环境及DNA的影响。结果表明,氚的滞留状态对不同靶区的作用呈规律性变化,源项为细胞核时,源靶组合N->N与N->C的能量沉积E_(细胞核)/E_(细胞质)比值差异最为显著,微剂量学特征值SN->N最大。β单粒子作用于DNA产生的集簇损伤尺寸一般<3,且多为简单单链断裂(SSSB)类型,尽管产生的集簇损伤尺寸≥3的比例(<5%)很低,但仍有产生集簇损伤尺寸高达6的可能。源项为细胞核时,产生双链断裂(DSB)的产额是单链断裂(SSB)的5%,其中复杂双链断裂(CDSB)约占DSB的20%,相比细胞质、细胞源项,CDSB产额最大。

不同能量质子物理作用过程致DNA损伤的对比研究

目的基于蒙特卡罗程序包Geant4研究布拉格峰附近能量质子在物理作用过程阶段对DNA损伤的特点规律。方法利用Geant4构建细胞核及DNA模型，并基于Geant4-DNA物理过程模拟布拉格峰附近7档不同能量的质子在细胞核中传输过程，记录各相互作用位点相关信息，随机选取16％作用位点作为质子及其次级电子与DNA相互作用的位点，并将可导致DNA链断裂的位点信息写入新的文件，之后通过基于密度的空间聚类算法（DBSCAN）处理该文件，进而分析计算不同能量质子致DNA损伤的差异。结果能量介于0．6～20．0MeV之间的质子穿过细胞核时，随着能量的降低，单个质子致DNA损伤位点数由49．86增至549．88；损伤集簇数由2．92增至82．46；各尺寸集簇数增加显著，尺寸≥5的集簇增加329倍以上；平均集簇尺寸虽也有增加，但并不明显；简单单链断裂、复杂单链断裂、简单双链断裂和复杂双链断裂分别增加约7、25、23和63倍；单链断裂所占比例由96．69％减少到89．37％，双链断裂则由3．31％增加至10．63％。结论质子能量越低，通过物理作用过程使DNA产生的损伤越复杂，DNA的修复越困难。