Seminar SS2015

Claudia E. Rübe
Department of Radiation Oncology
Saarland University
Homburg/Saar, Germany
LERNZIELE
Titel des Vortrags und Verfasser (bitte im Folienmaster anpassen)
Physikalische Grundlagen:
• Strahlenqualitäten
• Linearer-Energie-Transfer
• Tiefendosiskurve
• Energiedosis/ Äquivalentdosis/ Effektive Dosis
Biologische Grundlagen:
• DNA Schäden und deren Reparatur
• direkter und indirekter Strahleneffekt
• strahleninduzierter Zelltod
• Dosis-Effekt-Beziehung
• intrinsische Strahlenempfindlichkeit
• Strahlenempfindlichkeit Zellzyklus
Sauerstoffeffekt
Fraktionierung
• Linear-quadratisches Modell
• 4 R´s der Strahlentherapie
• Strahlenwirkung auf Normalgewebe
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Eigene Forschung
Erste diagnostische Anwendung der Röntgenstrahlung
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Die Hand des Anatomen Geheimrat von Kölliker
aufgenommen am 23.01.1896 von W.C. Röntgen
in Würzburg
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Erste therapeutische Anwendung der Röntgenstrahlung
Titel des Vortrags und Verfasser (bitte im Folienmaster anpassen)
Leopold Freund
1868-1943
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Physikalische Grundlagen: Strahlenqualitäten
Titel des Vortrags und Verfasser (bitte im Folienmaster anpassen)
α-Strahlung:
→ Teilchenstrahlung: Helium-Atomkerne
→ geringe Reichweite
→ komplette Abschirmung möglich
β-Strahlung:
→ Teilchenstrahlung:
β-: Elektron wird emittiert
→ Neutron geht in ein Proton über
β+: Positron wird emittiert
→ Proton geht in ein Neutron über
→ begrenzte, d.h. nur geringe Reichweite
→ komplette Abschirmung möglich
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γ-Strahlung:
→ Elektromagnetische Strahlung (Photonen)
→ durchdringend, hohe Reichweite
→ Abschwächung möglich, gleichzeitige Streuung
Linearer-Energie-Transfer (LET)
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⇒ Energiedeposition pro Wegstrecke
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Linearer-Energie-Transfer (LET)
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→ räumliche Verteilung der Energiedeposition
entlang der Teilchenbahn
→ pro Weglängeneinheit deponierte Energie
Strahlenart
Co-60-γ-Strahlen
2 MeV-Elektronen
200 kV-Röntgenstrahlen
H-3-β-Strahlen
50 kV-Röntgenstrahlen
5,3 MeV-α-Strahlen
LET (keV/µm)
0,22
0,20
1,70
4,70
6,30
43,00
entlang der Teilchenbahn ist der LET nicht konstant!
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Tiefendosiskurve
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Energiedeposition von Photonen:
→ hohe Dosis im Eintrittsbereich
→ allmähliche Abschwächung
Energiedeposition von Schwerionen:
→ niedrige Dosis im Eintrittsbereich
→ ausgeprägtes, scharfes Maximum
am Ende der Reichweite (Bragg-Peak)
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Bestrahlung am Linearbeschleuniger
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→ low-LET Bestrahlung mit Photonen und Elektronen
Metall-Blöcke
→ individuell angefertigt
→ Abschirmung des gesunden Gewebes
durch die individuelle Formung des Strahlenfeld
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Multi-Leaf-Kollimator
→ integriertes System elektr.
gesteuerter Metall-Lamellen
Bestrahlung am Linearbeschleuniger
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Mehrfeldertechnik
→ optimale Anpassung des Bestrahlungsvolumens an das Tumorvolumen
→ Schonung des Normalgewebes
→ Dosiseskalation im Tumorgewebe
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Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum (HIT)
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Ionentherapie-Anlage mit Intensitätsmoduliertem Rasterscan-Verfahren:
Bestrahlung mit Protonen und Schwerionen (Kohlenstoff, Sauerstoff und Helium)
→ Bragg-Peak-Bestrahlung: Der Tumor wird höchstpräzise bestrahlt, und
das umgebende gesunde Gewebe wird optimal geschont.
ca. 10% der Krebspatienten leiden an Tumoren, die
• tief im Körper liegen,
• extrem widerstandsfähig gegenüber herkömmlicher Bestrahlung sind,
• von hoch strahlenempfindlichem gesunden Gewebe umschlossen werden
(Sehnerv, Hirnstamm, Rückenmark oder Darm)
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Relative biologische Wirksamkeit (RBW)
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Die gleiche physikalische Strahlendosis kann bei verschiedenen
Strahlenarten unterschiedliche biologische Wirksamkeit entfalten.
unterschiedliche Wirksamkeit verschiedener Strahlenarten
→ dimensionsloser Wichtungsfaktor
Äquivalentdosis = Energiedosis ⋅ Faktor
1 Sv ( Sievert ) =
Maßeinheit:
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Wichtungsfaktor
1 J ( Joule)
1 kg
Strahlungsart
20
α-Strahlung
1
β-Strahlung
1
γ-Strahlung
10
n-Strahlung
Definition der Dosis
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Energiedosis
Einheit: Gray (Gy)
gibt die durch Strahlung auf das
Gewebe übertragene Energie an
Äquivalentdosis
Einheit: Sievert (Sv)
wichtet die Energiedosis
anhand der biologischen
Wirksamkeit der Strahlenart
Effektive Dosis
Einheit: Sievert (Sv)
wichtet die Äquivalentdosis
anhand der Strahlenempfindlichkeit des Gewebes
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Titel des Vortrags und Verfasser (bitte im Folienmaster anpassen)
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Strahlenschaden: zeitlicher Verlauf
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Biologische Grundlagen
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zeitlicher Verlauf des biologischen Strahlenschadens
Sekunden Minuten Stunden
Strahlen- zelluläre
Schaden Antwort
Energiedeposition
DNA Reparatur
verzög. Zellteilung
Signaltransduktion
Genexpression
Tage
Zellfunktion/
Zellschicksal
Wochen
Monate
Jahre
Gewebeschädigung
Früh- und Spätreaktionen
Zelltod
Karzinogenese
Genomische Instabilität
Die Stärke der frühen und späten
Gewebsreaktionen hängt von den Eigenschaften
der bestrahlten Gewebe ab, vor allem vom
Zellumsatz und von der Anzahl der
teilungsfähigen Stamm- und Vorläuferzellen.
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Genetische
Defekte
Zielstruktur der biologischen Strahlenwirkung
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Molekulare Ebene:
Schäden an Molekülen
Subzelluläre Ebene:
Schäden an Zellorganellen
Zelluläre Ebene:
Zellzyklusänderungen, Zelltod,
Zelltransformation (Krebs)
Gewebe, Organe:
Funktionsstörungen
Organismus:
Lebenszeitverkürzung, Tod
Mutationen im Erbgut
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Zielstruktur der biologischen Strahlenwirkung
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Zellkern ist Zielstruktur
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Direkter und indirekter Strahleneffekt
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indirekter Effekt
Indirekter Effekt:
E=h· f
Einfallende Strahlung
eH
OH·
DNA-Schaden durch
strahleninduzierte Radikale
O
H
n
p+
Atomkern
1 nm
3,4 nm
direkter Effekt
E=h· f
e0,34 nm
n
p+
Atomkern
Direkter Effekt:
DNA-Schaden durch direkte
Teilchen-Wechselwirkung
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DNA Schäden nach Bestrahlung
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nach Bestrahlung mit nur 1 Gy
4000 DNA-Schäden pro Zelle:
≈ 3000 Basenschäden
≈ 1000 Einzelstrangbrüche,
≈ 40 Doppelstrangbrüche
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DNA Doppelstrangbrüche: Auswirkung auf die Zelle
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•Freie Radikale
•Replikationsvorgänge
•Ionisierende Strahlung
•Chemotherapeutika
•Chemikalien
•Antikörperbildung
•Meiose
DSB
Sensoren
Effektoren
Zelltod
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DSB-Reparatur
Zellzyklusarrest
DNA Doppelstrangbruch Reparatur
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Homologe
Rekombination
-Matrizenvorlage:
Schwesterchromatid
-Fehlerfrei
-späte S/G2-Phase
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Nicht
Homologes
End-Joining
-End-zu-End Verknüpf.
-Nicht fehlerfrei
-G0/G1-Phase
Chromosomen-Aberrationen
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Fluoreszenzmikroskopie
FISH-Analysen
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Zelltod
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Apoptose
Nekrose
• Programmierter
Selbstmord
• schwere Schädigung
durch externe Faktoren
• Zelle schrumpft
• Zelle desintegriert
• veränderte
Chromatinstruktur
• Zelle schwillt an
„explodiert”
• Zytoplasma und Kern
werden fragmentiert
(apoptotic bodies)
• Membranen rupturieren
• Zelle wird phagozytiert
• Zelle verschwindet
ohne Entzündung
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• Zytosol und Organellen
→ Zellumgebung
• Entzündungsreaktion
Zelltod nach einer Bestrahlung
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Klonogener Zelltod
→ Verlust der unbegrenzten Teilungsfähigkeit
Mitosetod
→ Chromosomenschäden führen dazu,
dass nach mehreren Mitosen eine Teilung
nicht mehr vollendet werden kann
Interphasetod
→ ein frühes Apoptoseprogramm führt dazu,
dass die Zellen bereits vor der Mitose sterben
Differenzierung
→ aus klonogenen Zellen entstehen terminale
Funktionszellen, die keine Kolonien mehr bilden
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Intrinsischen Strahlenempfindlichkeit
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Dosis-Effekt-Kurve
Zellüberleben in Abhängigkeit von der Bestrahlungsdosis
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Intrinsische Strahlenempfindlichkeit
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Überlebensfraktion
1
Glioblastom
HNO-Tumor
0.1
Bronchial-Ca.
Mamma-Ca.
0.01
Glioblastom mit
Reparaturdefizienz
0.001
0
1
2
3
4
Dosis [Gy]
Page
5
6
Intrinsische Strahlenempfindlichkeit
Titel des Vortrags und Verfasser (bitte im Folienmaster anpassen)
Seminom
Leukämie
20-30 Gy
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Nephroblastom
Morbus Hodgkin
Non-Hodgkin-Lymphom
Neuroblastom
30-45 Gy
1
Glioblastom
HNO-Tumor
0.1
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Medulloblastom
Ewing-Sarkom
Mikroskop. Befall:
PEC, Adeno-Ca
Mamma-Karzinom
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Makroskop. Befall:
60-70 Gy
PEC, Adeno-Ca
Mammakarzinom
Prostatakarzinom
Weichteilsarkom (mikroskop.)
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Gliobastom
> 70 Gy
Knochensarkom
Weichteilsarkom (makroskop.)
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Bronchial-Ca
50-60 Gy
Mamma-Ca
0.01
Glioblastom mit
Reparaturdefekt
0.001
0
1
2
3
4
5
Dosis [Gy]
Tumoren sind
unterschiedlich
strahlenempfindlich !
6
Strahlenempfindlichkeit - Tumorgröße
Tumorkontrolldosis
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mit zunehmendem Tumorvolumen
werden höhere Strahlendosen benötigt
Tumorvolumen
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Strahlenempfindlichkeit - Zellzyklus
Titel des Vortrags und Verfasser (bitte im Folienmaster anpassen)
G0: „Ruhephase” (bzgl. Teilung!)
Metaphasen
Kontrollpunkt
G1: Ergänzung der Zellorganellen
Reparatur geschädigter DNA
Ausübung spezifischer Funktionen
S: Verdoppelung der DNA
G2: Synthese des mitotischen Apparats
Kontrollpunkte (Checkpoints):
G1/S:
Sind die Umweltbedingungen für die Teilung günstig? Ist die DNA intakt?
G2:
Ist die DNA Verdoppelung vollständig? Ist die DNA intakt?
Metaphase:
Sind alle Chromosomen in der Äquatorialplatte?
Sind alle Chromatiden mit einem Pol verbunden?
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Strahlenempfindlichkeit - Zellzyklus
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Strahlenempfindlichkeit einer Zelle
ist abhängig von der Zellzyklusphase !
Zellen in der M- und G2-Phase
⇒ besonders strahlenempfindlich
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Strahlenempfindlichkeit - Sauerstoffeffekt
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Strahlenempfindlichkeit einer Zelle
ist abhängig vom Sauerstoffgehalt !
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Strahlenempfindlichkeit - Tumoroxygenierung
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Klinische Konsequenz:
Sauerstoffversorgung
Im Tumor verbessern !
⇒ bei Tumoranämie:
HB-Wert anheben
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Strahlenempfindlichkeit - Fraktionierung
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Fraktionierte Bestrahlung → Schonung des Normalgewebe
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Strahlenempfindlichkeit - Fraktionierung
Titel des Vortrags und Verfasser (bitte im Folienmaster anpassen)
Bestrahlung mit Einzeldosen
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Strahlenempfindlichkeit - Fraktionierung
Titel des Vortrags und Verfasser (bitte im Folienmaster anpassen)
Fraktionierte Bestrahlung
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Linear-Quadratisches Modell
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Das linearquadratische Modell ist eine Formel, mit der die biologische Wirkung
von unterschiedlich fraktionierten Strahlendosen verglichen werden kann.
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Linear-Quadratisches Modell
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α/β ist umso höher, je weniger die Gewebe dem Fraktionierungseffekt unterliegen,
d. h. je weniger die Gefahr von Spätschäden durch Fraktionierung der
Gesamtdosis reduziert werden kann
α/β = 2 - 4 für spätreagierende Normalgewebe (Lunge, Nieren)
10 - 20 für frühreagierende Normalgewebe (Schleimhaut, Knochenmark)
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4 R‘s der Strahlentherapie
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- Reparatur
-wichtiger Moleküle, bzw. Erholung (Recovery) von Zellen / Geweben
von subletalen Strahlenschäden
- Repopulierung
-Proliferation klonogener Tumorzellen in Therapiepausen
- Reoxygenierung
-von Tumoren (Sauerstoffeffekt → Anämie behandeln, Rauchen
unterlassen)
- Redistribution
-nach Bestrahlung → partielle Synchronisation der Zellzyklusverteilung,
mit zunehmender Zeit verteilen sich die Zellen wieder auf alle Phasen
des Zellzyklus (Recruitment: Einschleusung ruhender Zellen aus der
G0-Phase in den Zellzyklus)
⇒ Effektivität einer fraktionierten Strahlentherapie
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Strahlenwirkung auf Normalgewebe
Titel des Vortrags und Verfasser (bitte im Folienmaster anpassen)
Tumorkontrollrate
therapeutische
Breite
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Komplikationen
Dosis-Effekt-Kurven – therapeutische Breite
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Bei 50% Risiko der Schädigung des gesunden Gewebes:
Tumor 1 kann zu 75% mittels Strahlentherapie geheilt werden,
Tumor 2 lediglich zu 25% → strahlenresistenter Tumor
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Strahlenwirkung auf Normalgewebe
Titel des Vortrags und Verfasser (bitte im Folienmaster anpassen)
Normalgewebe
Spätreaktion
Frühreaktion
> 90 Tage
≤ 90 Tage
hoch
Zellumsatz
niedrig
groß
gering
intrazelluläre Erholung
groß
Repopulationsfähigkeit keine / gering
„Hierarchische
Organisation“
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Gewebetyp
“Flexible
Organisation”
Strahlenwirkung auf Normalgewebe
Titel des Vortrags und Verfasser (bitte im Folienmaster anpassen)
Stammmzellen
Vorläuferzellen
Selbsterneuerung
Proliferation
Funktionszellen
hierarchische
Organisation
Früh-reagierende Organgewebe:
Dünndarm, hämatopoetische System,
Haut/ Schleimhaut, Gonaden (Testis, Ovar)
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Hämatopoetisches System
Titel des Vortrags und Verfasser (bitte im Folienmaster anpassen)
bei großen Bestrahlungsfeldern
bei Radio-/Chemotherapie
Lymphozytopenie
Granulozytopenie
Thrombopenie
Anämie
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Testis: Spermatogonien
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Schwellendosis: 100 mGy
1,5 – 2 Gy Sterilität
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DNA Repair (Amst). 2011 Feb 7;10(2):159-68
Strahlenwirkung auf Normalgewebe
Titel des Vortrags und Verfasser (bitte im Folienmaster anpassen)
ausgereifte Funktionszellen
flexible Organisation
Gehirn
Hypocampus-sparende Radiotherapie
Spät-reagierende Organgewebe
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wenige Stamm-/Vorläuferzellen
im Hypocampus
Strahlenwirkung auf Normalgewebe
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Fokale Radionekrose
T1-MRT: RF links temporal
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T2-MRT: perifokales Ödem
Strahlenwirkung auf Normalgewebe
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Diffuse Leukenzephalopathie
5 Monate (a) bzw. 9 Monate (b) nach Ganzhirnbestrahlung mit 40 Gy
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Strahlenwirkung auf Normalgewebe
Titel des Vortrags und Verfasser (bitte im Folienmaster anpassen)
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Strahlenwirkung auf Normalgewebe
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Skelett
Nephroblastom
postoperative Radiatio mit 40 Gy
Dosisverteilung
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zum Nachlesen…
Titel des Vortrags und Verfasser (bitte im Folienmaster anpassen)
Autor: Thomas Herrmann
Taschenbuch: 228 Seiten
Verlag: Elsevier GmbH; Auflage: 4 (2. März
2006)
Sprache: Deutsch
ISBN-10: 3437239600
ISBN-13: 978-3437239601
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Eigene Forschung
Titel des Vortrags und Verfasser (bitte im Folienmaster anpassen)
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DNA double strand breaks (DSBs)
Titel des Vortrags und Verfasser (bitte im Folienmaster anpassen)
diagnostic procedures
radiation exposure
therapeutic procedures
DSB detection methods
1 mGy
Page 53
γH2AX
10 mGy
100 mGy
FISH
1 Gy
10 Gy
PFGE
100 Gy
Induction and repair of radiation-induced DSBs in-vivo
Titel des Vortrags und Verfasser (bitte im Folienmaster anpassen)
Dose distribution
Linear accelerator (6MV photons)
whole-body irradiation of
repair-deficient and
repair-proficient mice:
10 mGy - 10 Gy
blood / tissue isolation:
0.1h – 72h post-irradiation
Light Microscopy
Immunohistochemistry
Immunofluorescence
Transmission Electron Microscopy
FACS analysis
→ visualization of DNA damage foci in blood lymphocytes and normal tissues
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Induction and repair of radiation-induced DSBs in-vivo
Titel des Vortrags und Verfasser (bitte im Folienmaster anpassen)
Confocal images of
γH2AX immunfluorescence:
10 min after 1Gy
Radiation-induced foci (RIF)
in the nuclei of somatic cells
of different tissues
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Int J Radiat Oncol Biol Phys. 2008 Nov 15;72(4):1180-7
Induction and repair of radiation-induced DSBs in-vivo
Titel des Vortrags und Verfasser (bitte im Folienmaster anpassen)
brain
lung
♦ SCID: DNA-PKcs mutated
♦ ATM: ATM mutated
♦ Balb/c: DNA-PKcs polymorphism
♦ C57BL/6: Ø
Identification of even
heart
intestine
slight DSB repair
impairments
caused by single
polymorphisms
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Clin Cancer Res. 2008 Oct 15;14(20):6546-55
Induction and repair of radiation-induced DSBs in-vivo
Titel des Vortrags und Verfasser (bitte im Folienmaster anpassen)
→ DSB repair measured in blood lymphocytes is valid for somatic cells in
different complex organs
Page 57
Clin Cancer Res. 2008 Oct 15;14(20):6546-55
Childhood cancer treatment
Titel des Vortrags und Verfasser (bitte im Folienmaster anpassen)
unexpected serious side effects after DNA-damaging radio-/chemotherapy
genetic alterations in DNA damage response
→ increased risk of severe treatment-related normal-tissue toxicities
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Childhood cancer treatment
Titel des Vortrags und Verfasser (bitte im Folienmaster anpassen)
Fanconi Anemia (FANC-L subtype)
congenital anomalies: growth retardation,
skeletal deformities, microcephaly, microphthalmia
dystopy of the kidney, endocirne abnormalities
relapsing squamous cell carcinomas
→ glossectomy with bilateral neck dissection
defective DSB repair
→ excessive accumulation of heterochromatinassociated DSBs in rapidly cycling cells
Page 59
PLoS One. 2014 Mar 17;9(3):e91319
Nuclear organization of chromatin
Titel des Vortrags und Verfasser (bitte im Folienmaster anpassen)
→ chromatin modifications at sites of DNA damage
→ recruitment of repair factors → DSB processing
→ restoration of original chromatin configurations
Are DSBs in tissue-specific stem cells recognized and
repaired by the same repair machinery and with similar efficiency ?
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Spermatogonial Stem Cells (SSCs)
Titel des Vortrags und Verfasser (bitte im Folienmaster anpassen)
→ protecting the heritable genome:
→ robust DNA repair mechanisms ?
Chromatin remodeling
during spermatogenesis
Structural rearrangements
→ phosphorylation of H2AX
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DNA Repair (Amst). 2011 Feb 7;10(2):159-68
Spermatogonial Stem Cells (SSCs)
γH2AX & PLZF
Titel des Vortrags und Verfasser (bitte im Folienmaster anpassen)
spermatogonial
stem cells:
Ø γH2AX
MDC1 & PLZF
→ DNA damage in SSCs is mediated in the absence
of the transducer complex γH2AX/MDC1
Ø MDC1
53BP1 & PLZF
PLZF-pos. SSCs
53BP1
in seminiferous tubules of testis at 0.5 h after irradiation
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DNA Repair (Amst). 2011 Feb 7;10(2):159-68
Spermatogonial Stem Cells (SSCs)
Titel des Vortrags und Verfasser (bitte im Folienmaster anpassen)
DSB repair kinetics
after irradiation with 1 Gy
significant higher levels of remaining RIF in SSCs and round spermatides
→ impaired DSB repair capacity
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DNA Repair (Amst). 2011 Feb 7;10(2):159-68
Spermatogonial Stem Cells (SSCs)
Titel des Vortrags und Verfasser (bitte im Folienmaster anpassen)
different expression of DSB repair proteins in spermatogenic cells,
with no germ cell type possessing the complete set
→ compromised DSB repair efficiency
→ increased apoptosis rate
→ increased radiosensitivity of spermatogonial stem cells
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DNA Repair (Amst). 2011 Feb 7;10(2):159-68
Transmission electron microscopy (TEM)
Titel des Vortrags und Verfasser (bitte im Folienmaster anpassen)
combined with immunogold-labeling → identification and localization of DNA repair proteins
within the cell nuclei of tissue samples
Electron Microscopy
10 nm
Secondary antibodies:
electron-dense gold particles
of different size
TEM micrographs of a cortical neuron:
Nucleus with euchromatin (electron-lucent) and heterochromatin (electron-dense)
Page 65
Resolution
0.1 nm
Transmission electron microscopy (TEM)
Titel des Vortrags und Verfasser (bitte im Folienmaster anpassen)
Co-localisation of
p53BP1 and γ-H2AX
in heterochromatic
regions
Co-localisation of
p53BP1 and MDC1
in heterochromatic
regions
Repair factors forming RIF (53BP1, γH2AX, MDC1)
are allocated exclusively at heterochromatic DSBs
Page 66
DNA Repair (Amst). 2011 Apr 3;10(4):427-37
Transmission electron microscopy (TEM)
Titel des Vortrags und Verfasser (bitte im Folienmaster anpassen)
Assembly of 53BP1 clusters
occurs exclusively at
heterochromatin-associated
DSBs, characterized by the
histone modification
H3K9me3
Page 67
DNA Repair (Amst). 2011 Apr 3;10(4):427-37
DSB repair in euchromatin and heterochromatin
Titel des Vortrags und Verfasser (bitte im Folienmaster anpassen)
pKu70 clusters consisting of
2 beads in constant distance,
reflecting the two Ku70 proteins
bound to double-stranded DNA
Are DSBs in euchromatic and heterochromatic
compartments repaired with similar efficiency ?
Page 68
Labeling pKu70 permits
reliable detection of DSBs
in euchromatic and
heterochromatic regions
DNA Repair (Amst). 2011 Apr 3;10(4):427-37
DSB repair in euchromatin and heterochromatin
Titel des Vortrags und Verfasser (bitte im Folienmaster anpassen)
53BP1
pKu70
Induction:
Dose-dependent induction of
pKu70 clusters in
euchromatin & heterochromatin
53BP1 clusters exclusively
in heterochromatin
Repair:
Euchromatin
Heterochromatin
Page
While DSBs in euchromatin are
promptly sensed and rejoined,
DNA packaging in
heterochromatin appears to
retard DSB processing.
PLoS One. 2012;7(5):e38165
Low-LET: ultrastructural characterization of DNA damage
Titel des Vortrags und Verfasser (bitte im Folienmaster anpassen)
Nucleus
Euchromatin
Heterochromatin
pKu70 clusters with
4 or ≥ 6 beads
in heterochromatin
at late repair times
= multiple DSBs in
close proximity
caused by radiationinduced damage of
highly-compacted DNA
Page 70
PLoS One. 2012;7(5):e38165
High-LET versus Low-LET radiation
Titel des Vortrags und Verfasser (bitte im Folienmaster anpassen)
High-LET Radiation:
heavy ions (carbon)
GSI Helmholtzinstitut Darmstadt
Radiation track
Page 71
High-LET: Ultrastructural characterization of DNA damage
Titel des Vortrags und Verfasser (bitte im Folienmaster anpassen)
b
5h post IR
0,12 µm
0,05 µm 0,05 µm
0,06 µm
0,27 µm
0,13 µm
0,07 µm
0,27 µm
0,05 µm
0,07 µm 0,74 µm
0,93 µm
0,07 µm
0,27 µm
a
0,05 µm
0,06 µm
0,08 µm
0,05 µm
0,07 µm
c
0,93 µm
0,06 µm
0,11 µm
0,17 µm
0,27 µm
pKu70 (10nm) / γH2AX (6nm)
0,07 µm
0,12 µm
0,14 µm
0,07 µm
0,58 µm 0,12 µm
0,08 µm
0,17 µm 1,38 µm
0,07 µm
0,07µm
0,44 µm
0,12 µm
0,89 µm
1,41 µm
0,10 µm
0,07 µm
1,46 µm
0,11 µm
0,84 µm
0,08 µm
0,73 µm 0,06 µm
0,12 µm
0,10 µm
Page
0,58 µm
0,12 µm
0,07 µm
0,12 µm
1,14 µm
0,12 µm
0,60 µm
0,07 µm
0,61 µm
0,42 µm
1,48 µm
0,83 µm
0,07 µm
0,13 µm
0,07 µm
0,60 µm
1,42 µm
0,06 µm
0,06 µm
0,07 µm
1,17 µm
0,68 µm
c
1,43 µm
12
54
1,20 µm
0,10 µm 0,11 µm
0,06 µm
1,9 µm
0,07 µm
1,16 µm
0,24 µm
0,80 µm
2,8 µm
0,26 µm
High-LET: Ultrastructural characterization of DNA damage
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merge
5h
pKu70
53BP1
24h post IR
pKu70-Dimers ( and , 10 nm):
53BP1-Beads (6 nm):
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17
59
11
11
27
45
Vorteile des TEM
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extrem hohe Auflösung (Nanometer Bereich)
Nachweis der verschiedenen Reparaturfaktoren am Bruchende
• auf Einzelmolekül-Ebene
• im Kontext des Chromatins
• Differenzierung zw. Eu- und Heterochromatin
- durch die Elektronendichte (hell/ dunkel)
- spezifische Histonmarker
Nachweis der zentralen Reparaturproteine des NHEJ:
pKu70 als Marker für einen unreparierten DSB
Nachweis von SSBs (pXRCC1)/ komplexen DNA Schäden
Charakterisierung des DNA Schadensmuster
Differenzierung zwischen unreparierten DSBs
und bleibenden Chromatinveränderungen
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strahlenbiologische
Erkenntnisse
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Prof. Dr. Claudia Rübe
Klinik für Strahlentherapie und Radioonkologie
Universität des Saarlandes
e-mail: [email protected]
Tel. 06841-1634614
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