Alteracions cromosòmiques radioinduïdes: Estudis en irradiacions parcials i retrospectius

Abstract

La dosimetria biològica és un camp que s’ha desenvolupat dins la radioprotecció i permet estimar la dosi d’una exposició a radiacions ionitzants en casos en que no es coneix o no és prou fiable la dosimetria física. En dosimetria biològica, la metodologia més establerta per estimar la dosi d’una exposició a radiacions es basa en obtenir la freqüència d’una determinada alteració cromosòmica i, extrapolar‐la a una corba dosi‐efecte prèviament elaborada. Hi ha diversos factors que poden fer variar la freqüència de les alteracions cromosòmiques, entre aquests hi ha el cas de les irradiacions parcials, que es dona quan una irradiació només afecta una part del cos, i no la seva totalitat. En aquests casos si és realitza dosimetria biològica l’estimació de la dosi serà menor de la que en realitat és. Per tal de simular irradiacions parcials és va irradiar sang perifèrica a 2, 3, 4 i 5 Gy amb raigs X, i es va barrejar amb sang no irradiada per tal de tenir diferents percentatges de sang irradiada (87,5, 75, 50, 25 i 12,5%). Es va realitzar l’anàlisi mitjançant tècniques de FISH, pintant els cromosomes 1, 4 i 11 conjuntament amb tots els centròmers. Les alteracions cromosòmiques detectades es van expressar en nomenclatura PAINT, PAINT modificada i convencional. Es van utilitzar el test u i el test s (basat en el model de Poisson inflat en el zero) per avaluar la sobredispersió causada per les cèl∙lules no irradiades. Es va estimar la dosi per a cada tipus d’alteració considerada amb el mètode Dolphin i les corbes dosi‐efecte prèviament elaborades (usant les mateixes sondes cromosòmiques). Només es va detectar sobredispersió a dosis altes i a percentatges de sang irradiada baixos. Els dos mètodes usats per detectar desviacions de la distribució de Poisson van mostrar resultats molt similars. El total d’alteracions aparentment simples van ser el tipus d’alteració que l’estimació de la dosi va ser més propera a la dosi real que es va irradiar. Les tècniques de FISH utilitzades van tenir la mateixa eficiència detectant dicèntrics com translocacions. Comparant els resultats obtinguts amb tècniques de FISH amb els obtinguts analitzant dicèntrics amb tinció uniforme, amb aquest últim mètode s’obtenen millors resultats tant en la detecció de d’irradiacions parcials com en l’estimació de la dosi. Un altre factor que influeix en l’estimació d’una dosi és el temps transcorregut després d’una irradiació, ja que no totes les alteracions cromosòmiques presenten la mateixa estabilitat al llarg del temps. Per avaluar quines alteracions són més útils alhora d’estimar la dosi d’una exposició anterior (dosimetria biològica retrospectiva) es va fer un estudi utilitzant com a model la línia cel∙lular limfoblastoide Jurkat de cariotip normal i estable. Es van irradiar cèl∙lules Jurkat en G0 a dosis de 0,2, 2 i 2Gy amb raigs X, un cop irradiades es van mantenir en cultiu durant tres setmanes i es van extreure alíquotes a diferents temps. Les alteracions cromosòmiques induïdes es van analitzar mitjançant tècniques de pintat dels cromosomes 1, 4 i 11 conjuntament amb tots els centròmers per avaluar la persistència de translocacions i dicèntrics, i la tècnica d’mFISH per avaluar la freqüència, la complexitat, la participació de cada cromosoma de les alteracions radioinduïdes i les associacions cromosòmiques preferencials en les mostres inicials i finals en el cultiu control i en els irradiats a 2 i 4 Gy. En l’estudi realitzat amb pintat cromosòmic a totes les dosis la freqüència (x100) de dicèntrics i d’alteracions complexes van disminuir de forma ràpida fins arribar a valors popers a 0. La freqüència (x100) de translocacions es va mantenir força constant als cultius irradiats a 0,2 i 2 Gy mentre que als cultius irradiats a 4 Gy es va observar un descens que en les mostres inicials era pronunciat i en les finals era suau. La tècnica d’mFISH va mostrar que són les alteracions simples incompletes les que desapareixen al llarg del temps i que el grau de complexitat de les alteracions cromosòmiques augmenta amb la dosi i disminueix amb el temps post‐irradiació. No es van detectar desviacions respecte a la participació a l’atzar de cada cromosoma quan es van considerar les alteracions tipus intercanvi, però si que es van detectar quan es van considerar el total de alteracions cromosòmiques radioinduïdes. Es van detectar diferencies significatives en associacions cromosòmiques preferencials en la mostra inicial i en la final del cultiu de cèl∙lules Jurkat.

Biological dosimetry is is a field that has developed within the radioprotection to estimate the dose of ionizing radiation exposure in cases that physical dosimetry is not enough reliable or is unkown. In biological dosymetry, the more established methodology for estimating the dose of radiation exposure is based on extrapolate the frequency of a specific chromosomal alteration in a dose‐effect curve previously prepared. There are several factors that can vary the frequency of chromosome aberrations among these is the case of partial body irradiations, which occurs when radiation affects only a part of the body. In those cases the dose will be underestimated. In order to simulate partial body dose irradiations peripheral blood samples were irradiated at 2, 3, 4 and 5 Gy of X‐rays, and mixed with non‐irradiated blood to obtain the following percentages of irradiated blood: 87.5, 75, 50, 25 and 12.5. FISH painting was performed using whole chromosome painting probes for chromosomes 1, 4, and 11 in combination with a pancentromeric probe. Chromosome aberrations were recorded using the PAINT nomenclature, and later converted to the modified PAINT and conventional nomenclature. The u‐test was initially used to evaluate the expected overdispersion due to the presence of unexposed cells, but a test based on the zero‐inflated Poisson model (s‐test) is also proposed. Dose‐estimations for the different types of chromosome aberrations were calculated by Dolphin’s method and using the FISH dose‐effect curves previously obtained using the same whole‐chromosome probes. The expected overdispersion due to the presence of unirradiated cells was only detected at high doses and low percentages of irradiated blood. The two methods used to detect the deviation from the Poisson distribution showed a similar ability. Dose estimations for the irradiated fraction were closer to the real values for total apparently simple aberrations. In general, using FISH techniques similar results were obtained for dicentrics and translocations. In comparison to solid‐stain dicentric analysis, the use of FISH painting techniques is less suitable to detect partial irradiations, and for dose estimation assessment. Another factor in the estimation of a dose is the time elapsed after irradiation, as not all chromosome aberrations have the same stability over time. To evaluate which aberrations were more useful to estimate the dose for a retrospective exposure an irradiated cell line was studied. A follow‐up study on the persistence of the different types of chromosome aberrations was carried out. The lymphoblastoid cell line Jurkat was irradiated at 0.2, 2 and 4 Gy of X‐rays. After irradiation, the cultures were maintained for three weeks and samples were harvested at different times. Chromosome aberrations were detected using two FISH techniques: painting of chromosomes 1, 4 and 11, to assess the persistence of translocations and dicentrics, and mFISH to evaluate the frequency, the complexity, the chromosome involvement on the radiation‐induced chromosome aberrations and the preferential chromosome‐chromosome associations in the initial and final samples in the control and irradiated cultures at 2 and 4 Gy. In the study performed with painted technique, in all doses, the frequencies (x100) of dicentrics decreased clearly in the successive samples until values near zero. The frequencies (x100) of translocations, at 0.2 and 2Gy, were relatively constant until the last sample, whilst at 4Gy there was an initial steeped decrease in the first samples followed by a slight decrease in the last ones. The technique mFISH showed that simple incomplete aberrations disappear over time and the complexity of chromosome aberrations increases with dose and decreases with post‐irradiation time. The chromosome involvement was random for radiation‐induced exchange aberrations and non‐random for total aberrations. Preferential chromosome‐chromosome associations were observed in the initial and final samples in the Jurkat cell line.