İyonlaştırıcı ve iyonlaştırıcı olmayan radyasyon olmak üzere iki tür radyasyon vardır, bunlardan ilki atomlar veya moleküller ile etkileşime girerken ikincisi girmez. İnsanlığın gelişmesiyle birlikte gelişen teknolojik gelişmeler, giderek artan radyasyona maruz kalmaya yol açmıştır. Radyasyona bağlı etkiler, organizmaları oluşturan hücreleri farklı şekillerde etkiler. Bu da etkilenen organizmada çeşitli etkilere neden oldukları anlamına gelir. Radyasyonla değiştirilen DNA metilasyonu, bu bağlamda etkilenen hücresel sistemlerden biridir. DNA metilasyonu, özellikle hücresel radyosensitivite ile ilişkili olan önemli bir epigenetik mekanizmadır ve ayrıca radyoterapi veya kemoterapiye karşı artan dirençle de ilişkili olabilir. Bitkileri içerenlerden insan deneklerle yürütülenlere kadar çeşitli çalışma türlerinde bu fikri destekleyen bilimsel kanıtlar artmaktadır. Bu alanda artan eğilimli son sonuçlar mevcuttur.
Radyasyonun Bitkiler Üzerindeki Etkileri![Radyasyonun Bitkiler Üzerindeki Etkileri Nelerdir?]()
Genellikle düşük moleküler ağırlığa sahip olan flavonoidler, üreme ve sinyal yolları, UV koruması, UV koruması üzerinde çok çeşitli etkiler gösterebilir. Fitopatojenlere karşı koruma ve sinyal yollarının yanı sıra farklı fizyolojik alanlarda belirli roller oynayabilen ikincil metabolitler grubudur. Genellikle bitkiler tarafından sentezlenen bu moleküllerin sentezi, biyosentetik yolların temelini oluşturan fenilpropanoid yolla gerçekleşir. Bu moleküller, fenilpropanoid yolla p-Coumaroyl-CoA oluşumuna yol açan shikimik asit yolu ile sentezlenir. Bu sentez metabolizması, fenilalanin amonyak liyaz (PAL), sinamat 4-hidroksilaz (C4H) ve 4 kumarat-CoA (4CL) olmak üzere üç enzim tarafından gerçekleştirilir. Coumaroyl-CoA ayrıca kalkon sentaz (CHS) ve kalkon izomeraz (CHI) ile etkileşime girerek farklı flavonoid moleküllerinden naringenin’e dönüştürülür. Bir tür iyonize olmayan radyasyon olan ultraviyole-B (UV-B) radyasyonu, genellikle bitkilerde flavonoid biyosentezi üzerinde olumlu bir etki gösterir.
Ultraviyole-B ışınları genellikle flavonoid sentezini güçlendirir ve flavonoid sentezinde artışa neden olan tek türdür. Bununla birlikte, ultraviyole-B dışında, daha geniş bir bant aralığında güneş enerjisi veya güneş dışı kaynakların ROS’u hemostazı etkiler. Mevcut stres koşulları, birkaç enzimatik antioksidanı nötralize edebilirken, flavonoidler ikincil bir savunma sistemi görevi görebilir. Son yıllarda epigenetik mekanizmaların gen ekspresyonu üzerindeki etkilerine dair artan bilgiler nedeniyle bu alanda da etkili mekanizmalar ortaya çıkmıştır. Özellikle, metillenmiş sitozinler tarafından gen ekspresyonundaki artış veya azalmanın hücre içi düzenlenmesinin bitkilerde de geçerli olduğu gösterilmiştir. Ayrıca DNA metilasyon dinamikleri üzerinde bir dizi abiyotik stres faktörünün etkili olduğu bulunmuştur. DBR2 geninin demetilasyonu ve artemisinin biyosentezi için sitozin metilasyonu ile ultraviyole-B ışınları arasında bir ilişki gösterilmiştir.
Uzay Radyasyonu
Son yıllarda, Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi (NASA) ve diğer ülkelerin uzay ajansları, meteorlar arasında, Ay ve Mars’a veya Dünya’ya yakın asteroitler üzerinde insanlı uzay görevleri ve teknolojileri geliştirmek için politikalar izlemeye başlamışlardır. Başka bir deyişle, Dünya’nın azalan kaynaklarının yerini alabilmek için bu tür politikaları başlatmak zorunda kalmışlardır. Beklendiği gibi, bu görevlerle ilgili en büyük sorun, astronotların derin uzay ortamında karşılaşabilecekleri birkaç tehlikeli durumdur. Bunlardan bazıları tahmin edilebilirken diğerleri tahmin edilemez olma eğilimindedir. Bu tehlikeli durumlar arasında en önemlileri protonları, yüksek enerjili (H) veya yüksek atom numaralı radyasyonu (HZE; yüksek atom numarası (Z) ve enerji) ve galaktik kozmik radyasyonu (GCR) içerir. HZE’ler, elektrik yüklerinin +2 olması nedeniyle, iyonlaşma yoluyla karşılaştıkları hücre veya dokularda hasara neden olur.
Mars’a seyahat gibi derin uzay görevleri sırasında astronotların maruz kalacağı bu tür radyasyonun ciddi bilişsel bozukluklara neden olduğu gösterilmiştir. Uzay görevlerinde radyasyona bağlı diğer etkiler arasında beyinde artmış oksidatif stres, nöroinflamasyon, nöronal yapıların bozulması ve sinaptik bütünlüğün bozulması gibi diğer fonksiyonel ve yapısal değişiklikler yer alır. Uzay radyasyonunun bu etkilere neden olabileceği mekanizmalarla ilgili oldukça az sayıda çalışma vardır. Bununla birlikte, merkezi sinir sistemi (CNS) işlevlerinde bu dramatik değişiklikleri meydana getirmesi muhtemel moleküler mekanizmalar nispeten açıklığa kavuşturulmuştur. Beynin biyolojik işlevleri çok katmanlı, çok işlevlidir ve epigenetik mekanizmalar, özellikle DNA metilasyonu ve histon modifikasyonları, biliş için kritik olan düzgün işleyiş için oldukça önemlidir. Son gelişmeler, özellikle nöroepigenetik alanında olanlar, DNA metilasyonundaki kalıcı değişikliklerin öğrenme becerilerini ve hafızayı önemli ölçüde etkileyebileceğini göstermiştir.
DNA metilasyonunun manipülasyonu için bir metil grubu donör diyetine maruz kalan hayvanlarda çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmalarda glutamat reseptörü ile ilişkili genlerde ekspresyon değişiklikleri, yeni nesne tanıma ve korkusuzluk göstermiştir. Toksisite ve kimyasal stabilite yokluğunda, bazı DNA metilasyon enzimlerinin öğrenme ve hafızasının DNA metilasyon mekanizmaları yoluyla genetik olarak değiştirilebileceği gösterilmiştir. Bazı çalışmalar, hafıza organizasyonunun ve bağımlılık gibi davranışların, virüsler yoluyla metil grubu ekleyen veya çıkaran belirli DNMT’lerin aktivitesini azatlığı bulunmuştur. Ve 10-11 translokasyon metilsitozin dioksijenaz (TET) enzimlerinin ekspresyonundaki değişiklikler yoluyla değiştirilebileceğini göstermiştir. Birkaç epigenetik modifikasyondan en çok araştırılan, sitozinin DNMT’deki 5-metilsitozin (5mC) modifikasyonudur. Bu tür modifikasyonlar, çoğunlukla genlerin transkripsiyonunu etkileyen promoter bölgelerinde yoğunlaşmıştır. Bununla birlikte, bilimsel araştırmalar, 5mC’nin dinamik olduğunu ve ayrıca tüm DNA zinciri boyunca veya X kromozomu gibi belirli bir kromozom üzerinde yoğunlaşabileceğini göstermektedir.
Bölünen hücrelerde DNMT enzim grubunun (özellikle DNMT1) DNA metilasyonu, hücre farklılaşması için oldukça önemlidir. Bir yetişkin beynini oluşturan terminal olarak farklılaşmış nöronlarda, DNMT enzimleri (özellikle DNMT3a ve 3b) özellikle önemlidir. Çünkü de novo metiltransferaz aktivitesi, genomu oluşturan DNA’daki önceden belirlenmiş sitozinlere metil grupları ekler. Özellikle mitotik nöronlarda DNMT3a ekspresyonu miktarı yüksek olduğunda yetişkin beyni için önemlidir. Ek olarak, 5mC ortam oksijeni ile oksitlenebilir veya TET enzimleri ile modifiye edilebilir. TET enzim grubundan TET3, CNS’deki en yaygın enzimdir, öğrenme ve hafıza işlevi ile yakından ilişkili olduğu bilinmektedir. Benzer şekilde, TET1’in potansiyel önemi, nöronal aktiviteye göre değişebilen DNA metilasyon motifleriyle ilgilidir. 5mC’nin oldukça kararlı, modifiye edilmiş ve oksitlenmiş bir formu olan 5-hidroksimetilsitozin (5hmC), beyinde vücudun diğer organlarından daha yüksek seviyelerde bulunur. Ek olarak, 5hmC, gerektiğinde DNA onarım mekanizmaları ile aktif olarak deamine edilebilir ve stabilitesine rağmen, etiketlenmemiş sitozinlere geri döndürülebilir.
Düşük Doz İyonlaştırıcı Radyasyon ve Oksidatif Stres
İyonlaştırıcı radyasyon, karşılaştığı maddelerin atomları üzerinde doğrudan veya dolaylı olarak iyonlaştırıcı etkiler gösterebilir. Pozitif yüklü parçacıklar, karşılaştıkları maddelerin atomik yapısını bozmaya yetecek kadar enerji içerdiklerinden doğrudan iyonlaştırıcılardır. Bu yüklü parçacıklar nispeten büyük kütlelidir ve kısa mesafelerde oldukça etkilidir. Ancak gama gibi kütlesiz ve dalga benzeri radyasyon hızın ışığında hareket ettiği ve iyonlaştırıcı radyasyon elektronlarda olduğu gibi hızlı hareket ederler. Bu nedenle enerjilerini karşılaştıkları atomlarda bırakarak yüklü parçacıklar üretirler. Bu hızlı hareketin bir sonucu olarak, biyolojik organizmalarla karşılaşmaları halinde, canlı hücrelerdeki DNA, RNA ve proteinler gibi biyomoleküllere doğrudan zarar verebilir. Ayrıca yüksek derecede reaktif oksijen türleri (ROS) oluşturabilirler. İyonlaştırıcı radyasyon, amino asitler gibi biyolojik maddelerin varlığında nitrik oksit sentaz (NO) oluşumuna neden olarak ROS üretimini de uyarabilir. Bu NO molekülü, peroksinitrit (ONOO-) üretmek için süperoksit radikali (O 2 -) ile etkileşime girebilir.
Peroksinitrit, DNA bazları, proteinler ve lipidler gibi biyomoleküllerle etkileşime girebilen güçlü bir oksidan radikaldir. Nikotinamid adenin dinükleotid fosfat (NADPH) oksidaz, hücre içi ROS üretimine neden olan bir başka önemli moleküler kaynaktır. NADPH oksidaz, aktive edilmiş ve fagositik olmayan hücrelerin zarında bulunan çok sayıda alt birimi olan karmaşık bir enzimdir. NADPH oksidaz, elektronları hücre zarından hücre dışı moleküler oksijene sitoplazmik NADPH yoluyla taşıyarak süperoksit anyonları üretir. NADPH oksidaz ailesinin üyeleri olan NOX4 ve NOX5’in LDIR hızlandırıcı tarafından aktivasyonu, potansiyel DNA hasarı ile ilişkilendirilmiştir. LDIR gibi uyaranların mitokondri üzerindeki etkisi hemen hemen aynı yolla gerçekleşir.
Mitokondri, bir grup enzim içeren organellerdir. Mitokondride meydana gelen bir dizi reaksiyon, elektronların mitokondriden kaçması nedeniyle serbest radikal yan ürünlerinin oluşumuna da yol açabilir. Bu kaçan elektronlar bazal seviyede süperoksit oluşumuna katkıda bulunur. Yüksek enerjili radyasyon, mitokondriden elektron salınımını artırarak elektron akışını etkiler ve bu da aşırı süperoksit üretimine neden olur. Ayrıca, iyonlaştırıcı radyasyon, aconitase dâhil mitokondriyal proteinlerden elektron taşıma zinciri (ETC) enzimlerini inhibe ederek mitokondrinin işlevini bozar. Bu tür LDIR aracılı mitokondriyal etkiler, hücre içi oksidatif stres seviyelerini arttırır ve yüksek ROS sinyallemesine yol açar. Bu programlanmış hücresel değişiklikler, ilk maruziyetin ardından hücre bölünmelerinden sonra oluşan yavru hücrelerde meydana gelir.
Genomik istikrarsızlık ve LDIR kaynaklı değişikliklerden sonra Mendel olmayan mekanizmalardaki artan değişiklikler, LDIR’nin epigenetik tabanlı mekanizmalar aracılığıyla hareket ettiğini düşündürmektedir. Yapılan çalışmalar, radyasyona bağlı DNA metilasyonunun RNA ekspresyonu gibi hücresel değişiklikler göstermiştir. Histon modifikasyonu ve gen dizilerinin saçma dönüşümü, genellikle kanser modellerinde, bu çalışmalardan elde edilen moleküler ve mekanik bilgiler, çeşitli biyolojik hücresel sistemlere oldukça uygulanabilir. Son çalışmalar, LDIR maruziyetinin hücre içi DNA metilasyon profilini değiştirebileceğini göstermiştir. Hayvan modelleri kullanılarak, LDIR maruziyetinin global metilasyonun azalması üzerinde farklı doza, cinsiyete ve dokuya özgü etkilere sahip olduğu gösterilmiştir. LDIR tipi radyasyonun meme kanseri hücrelerinde TRAPC1, FOXC1 ve LINE1 (Uzun Serpiştirilmiş Nükleer Element-1) genlerinde lokusa özgü DNA hipometilasyonuna neden olduğu gösterilmiştir.
Bu tür hipometilasyonun bir sonucu olarak, DNA metiltransferaz enzimlerinin yanı sıra metillenmiş CpG bağlayıcı proteinlerin ekspresyon seviyelerinde bir düşüş gözlenmiştir. Benzer şekilde, LDIR, LINE-1’in hipometilasyonu ve aktivasyonu ile ilişkilendirilmiştir. Ayrıca artmış artmış LINE-1 ekspresyon seviyelerine ve artmış genomik düzensizliklere yol açmıştır. LDIR’nin azaltılmış küresel DNA metilasyonu üzerindeki etkileri, nükleer endüstride çalışanlara kıyasla kontrol gruplarında daha olumlu görünmektedir. Bu nedenle doğal olarak radyasyona maruz kalmaktadır. İlgili çalışmalarda, LINE-1 metilasyon miktarı, kontrollere kıyasla ışınlanmış işçilerde daha yüksektir. Bu çalışanlarda, azalmış global metilasyonun, hücresel kromozom anomalilerinde önemli ölçüde daha yüksek olduğu gözlemlenmektedir. Bu nedenle, LDIR aracılı azaltılmış global metilasyon modelleri, radyasyona maruz kalma ile artan genomik düzensizlik arasında bir bağlantı olduğunu gösterir. LDIR enerjisine maruz kalmanın global metilasyonda azalmaya neden olmasına rağmen, promoter hipermetilasyonlarının global hipometilasyona kıyasla daha stabil olduğu gösterilmiştir.
Kaynakça:
liebertpub.com/doi/pdf/10.1089/act.2011.17609
msdmanuals.com/en-kr/professional/special-subjects/principles-of-radiologic-imaging/risks-of-medical-radiation
Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu
Çok bilgilendirici oldu dünyanın en güzel ve temiz hali doğal halidir.