Zell- und molekularbiologische Untersuchungen zur NF-kB und p53 abhängigen Stressantwort nach Exposition mit weltraumrelevanten Strahlenqualitäten in Säugerzellen

Kurzfassung

Die kosmische Strahlung ist ein entscheidender Faktor für bemannte Raumfahrtmissionen. Für das Abschätzen des effektiven Gesundheitsrisikos und die Entwicklung geeigneter medizinischer Gegenmaßnahmen sind umfassende Kenntnisse über die zelluläre Strahlenantwort unerlässlich. In der vorliegenden Diplomarbeit wurde der Einfluss von Röntgenstrahlung (dünn ionisierend) und beschleunigten Ne-22- bzw. Ni-58-Ionen (dicht ionisierend) auf die Zellzyklusprogression, die Reproduktionsfähigkeit und die Aktivierung von NF-kB (Nuclear Factor kB) sowie p53 als essentielle Transkriptionsfaktoren der strahleninduzierten Signaltransduktion in humanen Zelllinien untersucht. Dazu wurden die Reporterzelllinien HEK-pNF-kB-d2EGFP/Neo L2 und A549-pRRM2b-EGFP verwendet. Die Zellzyklusprogression beider Zelllinien wurde durch ionisierende Strahlung beeinflusst. Abhängig von Strahlungsart, Dosis und Zeit zeigte sich eine Verlängerung der S- bzw. G₂/M-Phase. Die relative biologische Wirksamkeit (RBW) der untersuchten Strahlenarten zur Induktion des klonogenen Zelltods nahm mit steigendem LET zu. Ni-58-Ionen waren mehr als dreimal wirksamer in der Induktion des Zelltods als Röntgenstrahlung. Der Tumorsuppressor p53 ist entscheidend für den Erhalt der genetischen Integrität von Zellen. Je nach Stimulus ermöglicht die Aktivierung von p53 eine Reparatur des Schadens oder die Zelle wird seneszent bzw. geht in Apoptose. Vorhergehende Studien haben gezeigt, dass p53 durch strahleninduzierte DNA-Schäden aktiviert wird und dass es eine zentrale Bedeutung für das zelluläre Überleben bzw. in der Induktion von Strahlenresistenz einnimmt. In dieser Arbeit wurde die p53-abhängige EGFP-Expression nach Exposition mit beschleunigten Schwerionen gezeigt. Je höher die eingesetzte Dosis, desto stärker war die EGFP-Expression. Ne-22-Ionen führten zu einer stärkeren p53-Aktivierung als Ni-58-Ionen. In der zellulären Strahlenantwort hat sich neben p53 auch NF-kB als wichtiger Transkriptionsfaktor herauskristallisiert. Aktiviertes NF-kB führt zur Expression vorwiegend antiapoptotischer und proonkogener Gene und könnte demzufolge das Krebsrisiko nach Bestrahlung erhöhen. Vorherige Untersuchungen haben gezeigt, dass die posttranslationale Modifikation des NF-kB-Inhibitors IkB-α und die Aktivierung von p65-haltigem NF-kB zentrale Mechanismen darstellen. Zur Untersuchung der Proteinbiochemie mussten die entsprechenden Methoden im Rahmen dieser Arbeit etabliert werden. Mit Hilfe des p65 Transkriptionsfaktor Assays und Western blots wurde die Kinetik der Aktivierung von p65-haltigen NF-kB nach Röntgenbestrahlung dargestellt. Die Phosphorylierung von IkB-α (P-IkB-α) und die zelluläre Lokalisation beider Proteinformen wurde im Western blot und in der Immunfluoreszenz dargestellt, die strahleninduzierte NF-kB-abhängige d2EGFP-Expression wurde auf mRNA- und Proteinebene analysiert. Eine Zeit- und Dosisabhängigkeit im Gen- und Proteinexpressionsprofil war erkennbar.