Buněčná radiobiologie

Buněčný cyklus

Zdroj: FELTL, David a Jakub CVEK. Klinická radiobiologie. Havlíčkův Brod: Tobiáš, 2008. ISBN 978-80-7311-103-8.

Buněčný cyklus je perioda mezi dvěma buněčnými děleními. Má čtyři fáze G1
(G = gap – mezera), S (S = syntéza), G2, M (M = mitóza). Do buněčného cyklu vstupují oba hlavní typy buněk: Kmenové a dceřiné.

Kmenové buňky: slouží jako nevyčerpatelná zásobárna potomstva – dceřiných buněk. Jsou schopny nekonečné proliferace, dokáží produkovat jak buňky dceřiné, tak nové kmenové, aby udržely dostatečný počet k funkčnosti tkáně.

Dceřiné buňky: ztrácí schopnost nekonečného dělení. Jejich úkolem je plnit funkci danou jejich typem a umístěním – vyrábět protilátky, tvořit vazivovou tkáň. Po určité době pak fyziologicky zanikají apoptózou.


Fáze G1:  trvá nejdéle, buňka je po rozdělení, uvnitř probíhají normální fyziologické procesy dané typem buňky a její funkcí.

Fáze S: dochází k replikaci DNA. Je velmi náročná na přesnost replikace a na energii. Každá neopravená chyba v této fázi vede k poškození buňky nebo apoptóze. Úkolem S fáze je tedy vytvořit dvě shodné DNA, aby dceřiné buňky dostaly přesnou kopii genetické výbavy jako buňka kmenová.

Fáze G0: jedná se o klidový stav, buňka zachovává pouze bazální životní funkce
a NEDOCHÁZÍ K DĚLENÍ DNA! Buňky ve fázi G0 jsou pohotovostní zásobárna buněk, které v případě potřeby (např. úbytek buněk po ozáření) vstoupí zpět do aktivního buněčného cyklu. Do fáze G0 může buňka vstoupit v průběhu G1.

Fáze G2: nastává po skončení replikace DNA. Buňka má dva shodné řetězce DNA
a připravuje se na dělení. Probíhá syntéza proteinů, které mají za úkol zabezpečit hladké dělení buňky.

Fáze M: je vlastní dělení buňky.  Jeho výsledkem jsou dvě dceřiné nebo jedna dceřiná a jedna kmenová buňka. Tyto buňky vstupují opět do fáze G1.


Celé buněčné dělení probíhá pod kontrolou několika stupňových regulací. Nejvýznamnější jsou Checkpointy. Nacházejí se v klíčových místech buněčného cyklu a slouží k posouzení stavu buňky v dané fázi cyklu a také její schopnosti v cyklu pokračovat. Pokud checkpoint nalezne problém, zastaví buněčný cyklus a spustí opravné mechanismy. Pokud poškození vyhodnotí jako neopravitelné, spustí mechanismy vedoucí k programované buněčné smrti – apoptóze.

G1 checkpoint: Je hlavním regulačním bodem buněčného cyklu. Nachází se na konci fáze G1 před zahájením replikace. Jeho úkolem je zabezpečit absolutní přesnost replikace. Radiobiologicky se jedná o nejvýznamnější regulační bod, protože nejvyšší citlivost buňky na IZ je v pozdní fázi G1: pokud je buňky vystavena IZ v okamžiku vstupu do kontrolního bodu cyklu, je vysoce pravděpodobné, že buňka toto poškození vyhodnotí jako neopravitelné a buňka zahyne apoptózou. Stejné účinky má IZ před Checkpointem G2 (před Mitózou)

Checkpoint S fáze: Kontroluje průběh replikace DNA, radiobiologicky nevýznamný.

G2 Checkpoint: Nachází se na konci G2 fáze. Jeho úkolem je kontrola integrity mateřské buňky před zahájením dělení. Buňka je na IZ nejcitlivější ―› tohoto využívá radioterapie.

M Checkpoint: je posledním kontrolním bodem cyklu. Nachází se v anafázi dělení (fáze oddělování genetického materiálu do budoucích dceřiných buněk). Zabezpečuje správný průběh Mitózy, radiobiologicky nevýznamný.

TKÁŇOVÁ A ORGÁNOVÁ RADIOBIOLOGIE

Různé tkáně reagují na IZ různým způsobem, podle čehož se vyvíjí druh a intenzita post radiačních změn. Radiobiologicky dělíme tkáně na dva hlavní typy:

  1. Tkáně rychle proliferující – H-typ

Vzhledem ke krátkému životnímu cyklu je nezbytná rychlá a permanentní produkce dceřiných buněk (buňky sliznic v ústech, střevě, krvetvorná tkáň apod.)
= HIEARCHICKÝ TYP TKÁNÍ ―› vysoká dělící aktivita kmenových buněk. Radiobiologicky jsou tyto tkáně velmi senzitivní, poškození hierarchických tkání ionizujícím zářením je rychlé a nastává prakticky bezprostředně po prvních ozářeních. Práh pro poškození je velmi nízký a již malá dávka snižuje křivku přežití těchto buněk. H-typ tkání je zodpovědný za časnou radiační morbiditu (early efect)

  1. Tkáně s pomalou obnovou – F-typ

Potřeba dceřiných buněk je malá, tkáně jsou nízkoproliferační a obnova pomalá. Tento typ se nazývá FLEXIBILNÍ TYP TKÁNÍ. Nejčastěji se jedná o pojivové tkáně, podpůrné tkáně či neurony. Jejich radiosenzitivita je velmi nízká. V praxi to znamená, že IZ tyto tkáně v nízkých dávkách nepoškodí, nebo jen minimálně. Poškození F-typu je zodpovědné za pozdní radiační morbiditu (late efect)

Fyziologické procesy v buňkách