Estudi de la resposta a les radiacions ionitzants de dues línies cel·lulars amb diferent radiosensibilitat

Abstract

El factor limitant de la dosi aplicada en els tractaments de radioteràpia és la tolerància del teixit normal. Aquesta tolerància mostra variabilitat entre pacients i aproximadament un 5% dels pacients que reben radioteràpia pateixen toxicitat elevada en el teixit normal. Per aquesta raó, s’han dedicat molts esforços en trobar un assaig que pugui predir-la, per poder establir en el futur tractaments de càncer individualitzats. Per aconseguir aquest propòsit, és necessari l’estudi dels mecanismes moleculars que determinen la radiosensibilitat. En aquest context, l’objectiu principal d’aquesta tesi ha estat estudiar la resposta a les radiacions ionitzants (RI) de dues línies cel·lulars limfoblastoides, una línia cel·lular radiosensible (4060, RS) i una altra radioresistent (20037, RR), mitjançant assajos cel·lulars i d’expressió gènica. Primer, es va avaluar la fosforilació de la histona H2AX en les dues línies, utilitzant diferents metodologies microscòpiques i citometria de flux, observant-se sempre majors recomptes de foci de γ-H2AX o un major increment d’intensitat d’immunofluorescència en la línia RS en comparació amb la línia RR. A més, el sistema microscòpic automàtic va ser la metodologia més ràpida pel recompte de foci i per tant va representar una eina molt útil. Segon, es va avaluar la inducció de foci de γ-H2AX i la seva cinètica de desaparició fins a 24 h postirradiació. La línia RS va presentar recomptes significativament superiors de foci en gairebé tots els temps postirradiació analitzats, així com una taxa de desaparició més lenta en comparació amb la línia RR. Tercer, es va avaluar la freqüència d’alteracions cromosòmiques completes i incompletes (CCE i ICE, respectivament) en les dues línies 24 h després d’irradiar. La línia RS va mostrar una freqüència significativament major d’ICE en comparació amb la línia RR. Quart, es va analitzar la mortalitat cel·lular induïda per una dosi de 2 Gy, observant-se que era major en la línia RS que en la línia RR. Finalment, es va utilitzar la metodologia QuantSeq per identificar perfils d’expressió gènica diferencial de les dues línies cel·lulars a diferents temps postirradiació. En comparació amb la línia RR, la línia RS presentava una major i prolongada expressió diferencial de gens, tant a les 4 com a les 24 h després d’irradiar. L’anàlisi funcional 24 hores després d’irradiar va mostrar que la línia RS encara presentava gens diferencialment sobreexpressats relacionats amb resposta al dany en el DNA, efectors de p53 i apoptosi, mentre que la línia RR ja no en sobreexpressava. En conjunt, els resultats d’aquesta tesi demostren que les dues línies cel·lulars tenen diferent resposta a les RI i, tot i ser uns resultats preliminars, podrien ser un bon model per avaluar la toxicitat del teixit normal en pacients de càncer després de la radioteràpia.

The tolerance of the normal tissue represents the limiting factor on the radiation dose given in radiotherapy. There is significant variation between patients in terms of normal tissue toxicity, and about 5% of cancer patients receiving radiotherapy show high toxicity. For that reason, efforts have been focused on searching a predictive assay of normal tissue radiosensitivity for tailoring individualized radiotherapy treatments in the future. To achieve this goal, understanding the molecular mechanisms underlying radiation sensitivity is necessary. In this scenario, the present thesis aimed to study the response to ionizing radiation of two lymphoblastoid cell lines, one radiosensitive (4060, RS) and another radioresistant (20037, RR), using cell-based assays and gene expression analysis. First, quantification of H2AX phosphorylation was assessed using different microscopic methodologies and flow cytometry. The RS cell line always showed higher foci counts and higher levels of immunofluorescence intensity than the RR cell line. The automated microscopy system represented an improvement of the speed for scoring γ-H2AX foci when compared with the other microscopic methodologies. Second, the kinetics of γ-H2AX foci induction and disappearance was evaluated after irradiation up to 24 h. The RS cell line showed significantly higher foci counts for almost all the post-irradiation times tested and a slower rate of their disappearance in comparison with the RR cell line. Third, the frequency of complete and incomplete chromosome aberrations (CCE and ICE, respectively) was scored after irradiation in both cell lines, showing the RS cell line a significantly higher frequency of ICE than the RR cell line. Fourth, radiation-induced cell death was evaluated after 2 Gy irradiation, presenting the RS cell line a higher mortality than the RR cell line. Finally, QuantSeq methodology was used to identify differential gene expression profiles of both cell lines at different post-irradiation times. The RS cell line presented a greater and a prolonged differential expression of genes, both at 4 and 24 h after irradiation, in comparison with the RR cell line. Functional analysis revealed that 24 h after irradiation genes involved in DNA damage response, p53 effectors and apoptosis were still differentially up-regulated in the RS cell line but not in the RR cell line. Collectivelly, the results from this thesis demonstrate that the two cell lines respond differently to ionizing radiation. Although these data are preliminary, they could serve as a model to study normal tissue radiation toxicity of cancer patients.