В двух знаковых исследованиях исследователи использовали передовые геномные инструменты для изучения потенциальных последствий для здоровья воздействия ионизирующего излучения, известного канцерогена, после аварии 1986 года на Чернобыльской атомной электростанции на севере Украины. Одно исследование не обнаружило никаких доказательств того, что радиационное воздействие на родителей приводит к новым генетическим изменениям, передаваемым от родителей к детям. Во втором исследовании были задокументированы генетические изменения в опухолях людей, у которых развился рак щитовидной железы после того, как они подверглись воздействию радиации, выделенной в результате аварии, будучи детьми или плодами.

Выводы, опубликованные примерно к 35-й годовщине катастрофы, были сделаны международными группами исследователей во главе с исследователями Национального института рака (NCI), входящего в состав Национального института здравоохранения. Результаты исследования были опубликованы в Интернете в журнале Science 22 апреля.

“Научные вопросы о влиянии радиации на здоровье человека были исследованы после атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки и вновь подняты Чернобылем и ядерной аварией, последовавшей за цунами в Фукусиме, Япония”, – сказал Стивен Дж.Чанок, доктор медицинских наук, директор Отдела эпидемиологии и генетики рака NCI (DCEG). “В последние годы прогресс в технологии секвенирования ДНК позволил нам приступить к решению некоторых важных вопросов, в частности с помощью комплексного геномного анализа, проводимого в рамках хорошо разработанных эпидемиологических исследований.”

Чернобыльская авария подвергла миллионы людей в окружающем регионе воздействию радиоактивных загрязнений. Исследования предоставили большую часть современных знаний о раковых заболеваниях, вызванных радиационным облучением в результате аварий на атомных электростанциях. Новое исследование строится на этом фундаменте с использованием секвенирования ДНК следующего поколения и других инструментов геномной характеристики для анализа биоспецименов людей в Украине, пострадавших от катастрофы.

В первом исследовании изучался давний вопрос о том, приводит ли радиационное облучение к генетическим изменениям, которые могут передаваться от родителей к потомству, как это было предложено некоторыми исследованиями на животных. Чтобы ответить на этот вопрос, доктор Чанок и его коллеги проанализировали полные геномы 130 человек, родившихся между 1987 и 2002 годами, и их 105 пар мать-отец.

Один или оба родителя были рабочими, которые помогали убирать после аварии, или были эвакуированы, потому что жили в непосредственной близости от места аварии. Каждого родителя оценивали на предмет длительного воздействия ионизирующего излучения, которое могло произойти в результате потребления загрязненного молока (то есть молока коров, пасущихся на пастбищах, загрязненных радиоактивными осадками). Матери и отцы испытывали различные дозы радиации.

Исследователи проанализировали геномы взрослых детей на предмет увеличения определенного типа наследственных генетических изменений, известных как мутации de novo. Мутации De novo-это генетические изменения, которые случайным образом возникают в гаметах человека (сперматозоидах и яйцеклетках) и могут передаваться потомству, но не наблюдаются у родителей.

Что касается диапазона радиационного облучения, испытанного родителями в ходе исследования, то данные секвенирования всего генома не показали увеличения числа или типов мутаций de novo у их детей, родившихся между 46 неделями и 15 годами после аварии. Количество мутаций de novo, наблюдаемых у этих детей, было очень похоже на количество мутаций в общей популяции с сопоставимыми характеристиками. В результате полученные данные свидетельствуют о том, что воздействие ионизирующего излучения в результате аварии оказало минимальное, если вообще оказало, воздействие на здоровье последующего поколения.

“Мы считаем эти результаты очень обнадеживающими для людей, которые жили в Фукусиме во время аварии в 2011 году”, – сказал доктор Чанок. “Известно, что дозы радиации в Японии были ниже, чем зафиксированные в Чернобыле.”

Во втором исследовании исследователи использовали секвенирование следующего поколения для профилирования генетических изменений при раке щитовидной железы, которые развились у 359 человек, подвергшихся в детстве или в утробе матери воздействию ионизирующего излучения радиоактивного йода (I-131), выделенного в результате аварии на Чернобыльской АЭС, и у 81 не подвергшегося воздействию человека, родившегося более чем через девять месяцев после аварии. Повышенный риск развития рака щитовидной железы был одним из наиболее важных неблагоприятных последствий для здоровья, наблюдавшихся после аварии.

Энергия ионизирующего излучения разрушает химические связи в ДНК, что приводит к ряду различных видов повреждений. Новое исследование подчеркивает важность особого вида повреждения ДНК, которое включает разрывы обеих нитей ДНК в опухолях щитовидной железы. Связь между разрывами двухцепочечной ДНК и радиационным воздействием была сильнее у детей, подвергшихся воздействию в более раннем возрасте.

Затем исследователи определили потенциальных “драйверов” рака в каждой опухоли—ключевые гены, в которых изменения позволили раку расти и выживать. Они идентифицировали драйверы более чем в 95% опухолей. Почти все изменения затрагивали гены одного и того же сигнального пути, называемого митоген-активируемой протеинкиназой (MAPK), включая гены BRAF, RAS и RET.

Набор пораженных генов аналогичен тому, что сообщалось в предыдущих исследованиях рака щитовидной железы. Однако исследователи наблюдали сдвиг в распределении типов мутаций в генах. В частности, в Чернобыльском исследовании рак щитовидной железы, возникший у людей, подвергшихся воздействию более высоких доз радиации в детстве, с большей вероятностью был результатом слияния генов (когда обе нити ДНК ломаются, а затем неправильные части соединяются вместе), тогда как у людей, подвергшихся воздействию низких уровней радиации, с большей вероятностью был результатом точечных мутаций (изменения одной пары оснований в ключевой части гена).

Полученные результаты свидетельствуют о том, что разрывы двухцепочечной ДНК могут быть ранним генетическим изменением после воздействия радиации в окружающей среде, которое впоследствии приводит к росту рака щитовидной железы. Их результаты обеспечивают основу для дальнейших исследований радиационно-индуцированных раковых заболеваний, особенно тех, которые связаны с различиями в риске в зависимости как от дозы, так и от возраста, добавили исследователи.

“Захватывающим аспектом этого исследования была возможность связать геномные характеристики опухоли с информацией о дозе облучения—факторе риска, который потенциально вызвал рак”, – сказал Линдсей М. Мортон, доктор философии, заместитель начальника отделения радиационной эпидемиологии в DCEG, который руководил исследованием.

“Атлас генома рака установил стандарт для того, как всесторонне профилировать характеристики опухоли”, – продолжил доктор Мортон. “Мы расширили этот подход, чтобы завершить первое крупное исследование геномного ландшафта, в котором потенциальное канцерогенное воздействие было хорошо охарактеризовано, что позволило нам исследовать связь между специфическими характеристиками опухоли и дозой облучения.”

Она отметила, что исследование стало возможным благодаря созданию Чернобыльского банка тканей около двух десятилетий назад—задолго до того, как была разработана технология проведения геномных и молекулярных исследований, которые распространены сегодня.

“Эти исследования представляют собой первый случай, когда наша группа провела молекулярные исследования с использованием биоспецименов, собранных нашими коллегами в Украине”, – сказал доктор Мортон. “Банк тканей был создан дальновидными учеными для сбора образцов опухолей у жителей сильно загрязненных регионов, у которых развился рак щитовидной железы. Эти ученые признали, что в будущем будет достигнут значительный технический прогресс, и теперь научное сообщество извлекает выгоду из их предвидения.”