KAYNAK KİTAPLAR Basic Clinical Radiobiology , 4.baskı

... konulu sunumlar: "KAYNAK KİTAPLAR Basic Clinical Radiobiology , 4.baskı"— Sunum transkripti:

1 KAYNAK KİTAPLAR Basic Clinical Radiobiology , 4.baskı
Ed. Michael Joiner ve Albert van der Kogel Radiobiology for the Radiologist, 6.baskı Eric J. Hall, Amato J. Giaccia

2 GÜNCELLENEN KİTAPLAR Radiobiology for the Radiologist, 7.baskı
Basic Clinical Radiobiology , 5.baskı Ed. Michael Joiner ve Albert van der Kogel (ŞUBAT 2018) Radiobiology for the Radiologist, 7.baskı Eric J. Hall, Amato J. Giaccia (PİYASADA)

3 YENİ KİTAPLAR

4 Klinik Radyobiyolojiye Giriş, DNA hasarı, Radyasyona Bağlı Hücre Ölümü
Temel Klinik Radyobiyoloji Kursu 11-12 Kasım 2017 İzmir Beste Atasoy

5 (Klinik) Radyobiyoloji Radyasyon Onkolojisinde iyonizan radyasyonun biyolojik etkilerini kanıtlar ışığında inceler.

6 Radyasyon= Enerji Dalga boyu ve frekans

7 Elektromagnetik spektrum

8

9 RADYASYONUN ETKİLERİNİN ZAMANA GÖRE İNCELENMESİ
saniye 10-18 10-12 10-6 100 106 Fiziksel Kimyasal Biyolojik Fiziksel etkiler – 10-14s Enerji birikimi, iyonizasyon/eksitasyon Kimyasal etkiler – 10-1s İndirekt etkiler/serbest radikal oluşumu (OH•, H•) Biyolojik etkiler 100s  105s Hücresel etkiler (Enzimatik aktivite; DNA’nın tamiri) 100  103 gün Doku üzerine etkiler - erken dönem 101  104 gün Doku üzerine etkiler – geç dönem FONKSİYONEL ETKİLER

10 Fiziksel Etkiler Partikülün/EM dalganın doku ile etkileşiminin başlaması Elektronun DNA ile karşılaşması sn Memeli hücresini geçmesi 10-14 1 Gy’lik absorbe dozda 10μm’lik bir hücrede 105 iyonizasyon gerçekleşir.

11 Kimyasal Etkiler Hasarlı atomlardan oluşan moleküllerin diğer molekül ve hücre bileşenleri ile etkileşime geçmesi (kimyasal reaksiyonlar) (Reaktif) serbest radikaller oluşur. 1 mili saniyede tamamlanır. Sülfidril grupları ile sabitlenir.

12 Dokularda ve organlarda
Biyolojik Etkiler HÜCRE DNA ve DNA dışı hasar KLİNİKTE Dokularda ve organlarda ERKEN HİPOPLAZİ Hedef hücre: Kök hücre Sürekli çoğalan dokular GIS, Kİ, Deri GEÇ VASKÜLERİTE Hedef hücre:Endotel Atrofi Fibrozis

13 ÖLÇME ve DEĞERLENDİRME
HÜCREDE In vivo/In vitro assayler Klonojenik assay DOKUDA/ORGANDA Histopatolojik ve Fonksiyonel değerlendirme İNSANDA Skorlama/derecelendirme Tedavi cevabı, Yaşam Kalitesi

14 Hücre düzeyinde Re-growth delay

15 İYONİZAN RADYASYON SEÇİCİ DEĞİLDİR.
    REPOPÜLASYON REOKSİJENASYON REDİSTRİBÜSYON RADYOSENSİTİVİTE REPAIR (TAMİR)   NORMAL DOKU MALIGN DOKU

16 KLASİK RADYOBİYOLOJİDE HEDEF DNA’DIR
KLASİK RADYOBİYOLOJİDE HEDEF DNA’DIR. DİREKT ETKİ= DNA İNDİREKT ETKİ= SU MOLEKÜLÜ H2O

17 Hasar küçük enerji paketleriyle gerçekleşir.
Spur: <100 eV - 3 iyon çifti içerir -4nm Blob: eV – 12 iyon çifti – 7 nm Bir paketle aynı anda 20 baz hasarı Blob: Nötron, alfa partikülerde Spur: X-, gamma Büyük paket = Büyük hasar !!! DNA

18 Radyasyona bağlı hücre ölümünde DNA hasarının kritik önemi vardır.
1- Kısa menzilli RA izotopla DNA içinde hasar oluşturan deneylerlerden elde edilen veriler Sitoplazma ışınlaması ile hücre ölümüne neden olmak için daha yüksek doz gerekmesi 2- Kromozom aberasyonları ile hücre ölümü arasında var olan doğru orantı

19 İyonizan radyasyona maruziyet sonrası 20’ye yakın baz hasar çeşidi görülebilmektedir; baz kayıpları da oluşabilir. M Dizdaroğlu Mutation Research,1992

20 SSB ya da DSB oluşturmak için gerekli en düşük enerjiler
Radyasyonun DNA üzerinde oluşturduğu hasar şekilleri (Bir hücrede 1 Gy düşük LET’li radyasyondan sonra) Baz hasarı ~3000 Şeker hasarı ~1000 DNA’da iyonizasyon ~2000 DNA’da eksitasyon ~2000 DNA-DNA crosslinks ~30 DNA-protein crosslinks ~150 Tek sarmal kırığı ~1000 Çift sarmal kırığı ~40 SSB ya da DSB oluşturmak için gerekli en düşük enerjiler SSB: 20 eV DSB: 50 eV McMillan & Steel, 1993

21 DNA hasarı Endojen DNA hasarı (hücre/gün) 50.000 SSB 10 DSB
UV ve iyonizan radyasyon karşılaştırması baz hasarı = 40 DSB

22 Clustered (kümelenmiş) hasarlar
Basit hasar Clustered (küme) hasar B* B* B* Tek bir baz hasarı İki baz hasarı Tek bir sarmal kırığı Her iki sarmal üzerinde kırık B* 2 tek sarmal 1 baz hasarı B* JF Ward, Radiat Res. 1981 JF Ward, Radiat Res. 1997 3 tek sarmal 1 baz hasarı

23 Radyasyon ve diğer ajanlara bağlı oluşan lezyonların miktarları
JF Ward Prog Nucleic Acid Res Mol Biol 1988

24 Işınlanan DNA için senaryolar
Gen ekspresyonları Gen mutasyonları Kromozomal değişiklikler Genomik instabilite Hücre ölümü TAMİR DNA DAMAGE RESPONSE DDR

25 DNA’nın tamiri: 1. Homolog rekombinasyon
5’ 3’ Tek homologda DSB Memeli hücresindeki önemi az Hücre çevriminin S ve G2 fazlarında etkin, Doğru tamir ihtimali yüksek Ekzonukleaz aktivitesi Eksizyon Homolog sarmalın invazyonu BRCA1/2, RAD51 Yeni DNA’nın sentezi

26 DNA’nın tamiri: 2. Non-homologous endjoining (NHEJ)
Memeli hücresi için önemli yoldur. Özellikle hücre çevriminin G1 fazında etkindir. Hata ihtimali yüksek: DSB’nin en az %25’i tamir olmaz ya da hatalı tamir olur. Ku70/Ku80, Artemis, XRCC4, Ligase, DNA-PKcs

27 Herskind et al. Radiation Oncology (2017) 12:24

28 HÜCRE SİKLUSUNDA DURMA/GECİKME
DNA hasarı DSB DNA hasar sensörleri: PARP, MRN, ATM proteinleri HÜCRE SİKLUSUNDA DURMA/GECİKME DNA tamiri DNA tamiri: HR, NHEJ TAMİR VAR TAMİR YOK TAMİR YOK / HATALI MUTASYON HÜCRE SİKLUSUNA DEVAM GENOM KUSURU YOK HÜCRE ÖLÜMÜ HÜCRE SİKLUSUNA DEVAM ONKOGENESİS

29 Radyasyon sonrası DNA tamiri üzerine etkili faktörler
Zaman (genellikle IR sonrası 6 saat içinde) Hücre siklusu, fazı (S fazında tamir oranı yüksek) Doz hızı Fraksiyon dozu/toplam doz Radyasyonun tipi/kalitesi

30 BAZ EKSİZYON TAMİRİ (BER) YANLIŞ EŞLEŞMİŞ BAZLARIN TAMİRİ (MMR)
TAMİR MEKANİZMALARI BAZ EKSİZYON TAMİRİ (BER) YANLIŞ EŞLEŞMİŞ BAZLARIN TAMİRİ (MMR) SSB TAMİRİ (SSBR) DSB TAMİRİ (DSBR- HR – NHEJ) NÜKLEOTİD EKSİZYON TAMİRİ (NER) Heleday 2008; Lieberman 2008; Powell & Bindra 2009; Jackson & Bartek, Nature, 2009

31 DNA hasarının küçük moleküllerle yönetilişi

32 Tamir kusuru olan mutantlarda radyosensitivite
DSB tamir kusuru olan mutantlar wild type’a göre ~ 3 kat daha radyosensitif

33 PARP1 İNHİBİTÖRÜ- OLAPARIB (RZD2281)
Klinik kullanımda Akciğer tümöründe ilk basamak

34 Irradyasyon sonrası hücre nasıl ölür?
1. Apoptosis (tip 1 PCD): Ekstrinsik (Kaspaz) / intrinsik 2. Otofaji (tip 2 PCD) 3. Nekroz 4. Hücresel yaşlanma: Replikatif (premature) senescence (metabolik olarak yaşayan ancak bölünmeyen) 5. Mitotik katastrof: Mitotik arrest!!! 6. Bystander (death) ölüm

35 Hücre ölüm modelleri HB Forrester, Cancer Res 1999
REC:myc hücreleri 9.5 Gy IR’dan 40 saat sonra; mavi: uniform hücre membranına sahip hücreler, pembe: apoptotik hücreler ve parçaları HB Forrester, Cancer Res 1999

36 TNF-related apoptosis inducing ligand
TRAIL TNF-related apoptosis inducing ligand Kaspazlar Bcl-2

37 Irradyasyon sonrası hücre ne zaman ölür?

38 Irradyasyon sonrası hücre ne zaman ölür?
1.Erken: pre-mitotik ölüm İnterfaz ölümü; timosit, lenfosit, spermatogonia SOLİD TÜMÖRDE ÖNEMİ AZ 2. Geç: post-mitotik ölüm Reprodüktif / mitotik hücre ölümü Neredeyse tüm proliferatif hücrelerin radyasyona verdiği cevap geç dönem mitotik arrest şeklindedir. EPİTELYAL HÜCRE İÇEREN DOKULAR

39 Mitotik ölüm (arrest-katastrof)
Hücrenin proliferatif durumuna ve hızına bağlıdır. Erken ya da geç dönemde olabilir. Hücre birkaç bölünme daha yaşayabilir. DNA tamir kapasitesinden etkilenir. Arrest sonrası hücre herhangi bir nedenle ölebilir.

40 terminal ve interstitial
Kromozomal aberasyonlar= mitotik katastrofi nedeni (Incorrect segregation) Karşılıklı değişimler (RE) translokasyon Disentrik Tam değişimler (CE) trisentrik insersiyon sentrik ring Kırıklar terminal ve interstitial delesyonlar Tam olmayan değişimler (IE) Tam olmayan disentrik

41 OTOFAJİ ve RADYOSENSİTİVİTE
Y Xin, J Cancer Res Clin Oncol, 2017

42 APOPTOTİK İNDEKS VE PROGNOZLA İLİŞKİSİ
6 çalışmada AI’in yüksek olması iyi 8 çalışmada AI’nin yüksek olması kötü 13 çalışmada anlamsız Brown & Wilson, Cancer Biol and Ther 2003

43 ÖZETLE Irradyasyon sonrası hücre DNA hasarı ve mitotik katastrof nedeniyle; nekroz, otofaji, yaşlanma ve apoptosis yollarından birini veya birkaçını kullanarak ölür.

44 Dersten öğrendiklerimiz
Hedef molekül: DNA Çift sarmal kırığı (DSB) DSB tamiri: HR, NHEJ DNA damage response sistemi Mitotik arrest (katastrof)