重离子的辐射生物效应及其在生命科学中的应用

重离子是指重于元素周期表中2号元素氦并被电离的粒子。高能重离子因在其穿透物质的径迹上产生很强的局部电离,与传统的光子辐射(如X、γ射线)相比,会诱导更严重的辐射损伤生物效应。目前的机理研究显示,重离子辐射造成细胞DNA局部一到两个螺旋内出现多类型、多数量的损伤,即DNA团簇损伤。这种复杂的损伤影响DNA修复酶与DNA片段结合,进而影响修复,导致细胞死亡或产生不正确修复(即突变)。重离子辐射易引起突变的特征在植物与微生物诱变育种方面得到青睐。此外,重离子的细胞杀伤作用大,而且重离子具有倒转的剂量分布优势,将其用于癌症治疗,可使深部区域肿瘤细胞因高剂量辐射而被有效杀灭,而对周围组织因低剂量分布、相对危害较小,能实现精确靶向治疗,这被认为是最有前景的肿瘤放疗技术。对由重离子造成的DNA团簇损伤及其修复机制,以及两个重要修复途径的研究进展,进行了总结与深入分析。此外,我们还对重离子在辐射诱变育种和肿瘤治疗方面的应用进行了概要介绍,以期为从事重离子辐射生物学研究的人员理解DNA团簇损伤与修复机制及未来研究方向提供参考,促进对重离子辐射危害的评估与防护策略的建立、及其在生命科学中的良好应用。

基于同源重组的重离子辐射拟南芥靶点序列定位方法及可行性研究

作为粮食种质资源创新的重要途径,重离子辐射诱变技术受到了广泛关注。为了促进重离子辐射在育种上的应用,有必要研究重离子辐射在植物中诱导DNA团簇损伤的修复和突变演化机制,而在基因序列水平定位重离子的辐射靶点是该机制解析的基础。目前,尽管已经建立了一些基于常规报告基因的重离子辐射靶点定位方法,但其效率并不理想。本工作基于同源重组机制对DNA双链断裂的特异响应,以及重离子辐射靶点核心区域富含DSBs的特性,提出了一种基于同源重组报告基因的重离子辐射靶点定位新方法,通过比较γ和碳离子辐射的诱变分布特征,初步确定了该定位方法的可行性。在此基础上,在该HR-GUS报告体系侧翼增加了lacI筛选基因,进一步提高了定位效率,并揭示了重离子辐射诱变导致片段缺失和多位点突变的特性。该体系的建成为进一步阐明重离子诱变机制提供了良好的技术支撑。

重离子诱导细胞衰老研究

综述了细胞衰老诱导因素和衰老细胞的特征,提出细胞衰老在癌症发生发展过程中具有双重作用效应。同时,以X射线和12C6+离子束对黑色素瘤细胞系92-1或人正常成纤维细胞系MRC5进行辐照,观察分析DNA损伤应答效应和细胞衰老诱导。实验结果表明,相对于X射线,12C6+离子束能导致DNA团簇损伤,持续激活DNA损伤应答,更容易诱导细胞衰老;12C6+离子束能同时诱导癌细胞和正常细胞衰老。这些实验结果暗示开展12C6+离子束诱导细胞衰老研究具有紧迫性。