Spontaneous and radiation-induced chromosomal instability and persistence of chromosome aberrations after radiotherapy in lymphocytes from prostate cancer patients

The aim of the study was to compare the spontaneous and ex vivo radiation-induced chromosomal damage in lymphocytes of untreated prostate cancer patients and age-matched healthy donors, and to evaluate the chromosomal damage, induced by radiotherapy, and its persistence. Blood samples from 102 prostate cancer patients were obtained before radiotherapy to investigate the excess acentric fragments and dicentric chromosomes. In addition, in a subgroup of ten patients, simple exchanges in chromosomes 2 and 4 were evaluated by fluorescent in situ hybridization (FISH), before the onset of therapy, in the middle and at the end of therapy, and 1 year later. Data were compared to blood samples from ten age-matched healthy donors. We found that spontaneous yields of acentric chromosome fragments and simple exchanges were significantly increased in lymphocytes of patients before onset of therapy, indicating chromosomal instability in these patients. Ex vivo radiation-induced aberrations were not significantly increased, indicating proficient repair of radiation-induced DNA double-strand breaks in lymphocytes of these patients. As expected, the yields of dicentric and acentric chromosomes, and the partial yields of simple exchanges, were increased after the onset of therapy. Surprisingly, yields after 1 year were comparable to those directly after radiotherapy, indicating persistence of chromosomal instability over this time. Our results indicate that prostate cancer patients are characterized by increased spontaneous chromosomal instability. This instability seems to result from defects other than a deficient repair of radiation-induced DNA double-strand breaks. Radiotherapy-induced chromosomal damage persists 1 year after treatment

Effect of heavy ions upon radioresistant and radiosensitive tumor cells

Die Ursachen unterschiedlicher Strahlensensitivität der Zellen gegenüber ionisierender Strahlung sind bis heute nicht vollständig geklärt. Es ist jedoch bekannt, dass die erhöhte Strahlensensitivität in bezug auf den reproduktiven Zelltod häufig mit einer erhöhten chromosomalen Sensitivität korreliert. Im Rahmen dieser Arbeit wurde deshalb neben der Zellinaktivierung, auch die Induktion von strukturellen Chromosomenaberrationen nach Bestrahlung mit Kohlenstoffionen verschiedener Energien (100 MeV/u, 200 MeV/u, 400 MeV/u und im ausgedehnten Bragg Peak) im Vergleich zur 200 kV-Röntgenstrahlung untersucht. Zusätzlich wurden auch die an der DNA-PK-abhängigen NHEJ-Reparatur beteiligten Proteine (DNA-PKCS, Ku 70 und Ku 86) untersucht. Als Modellsystem wurden zwei etablierte Tumorzelllinien (WiDr und MCF-7) ausgewählt, die eine unterschiedliche intrinsische Strahlensensitivität gegenüber der Röntgenstrahlung haben. Die nach Röntgenstrahlung beobachtete unterschiedliche intrinsische Strahlensensitivität der analysierten Tumorzellen blieb auch nach Bestrahlung mit Kohlenstoffionen für alle biologischen Endpunkte vorhanden. Die RBW für den strahleninduzierten klonogenen Zelltod stieg mit steigendem LET von Kohlenstoffionen bei beiden Tumorzelllinien an. Der strahleninduzierte Zelltod wurde vor allem durch den reproduktiven Zelltod verursacht. Beide Strahlenarten induzierten in den untersuchten Tumorzellen nur selten (< 12 %) den apoptotischen Zelltod. Die Häufigkeiten instabiler als auch stabiler Chromo-somenaberrationen stiegen mit höherem LET an. Nach Bestrahlung mit Kohlenstoffionen wurde außerdem ein hohes Vorkommen von komplexen Aberrationen, vor allem Insertionen, beobachtet. Die Verteilungsmuster der verschiedenen Aberrationstypen und die Dosis-Effekt-Beziehungen der analysierten Chromosomenaberrationen ließen Rückschlüsse auf die Rolle der Chromosomen-Domänentopologie bzw. der Chomatinstruktur für die Strahlenreaktion der unter-suchten Zellen zu. Die Clusterbildung in beiden Tumorzelllinien war sowohl nach Röntgenbestrahlung als auch nach Bestrahlung mit Kohlenstoffionen mit der Clusterbildung in normalen Epithelzellen vergleichbar. Dies deutet daraufhin, dass in den untersuchten Tumorzellen die NHEJ-Reparatur normal verläuft und die Ursachen der unterschiedlichen Strahlensensitivität woanders zu suchen sind. Die intrinsische Strahlensensitivität scheint aus einem Zusammenwirken mehrerer Faktoren zu resultieren. Eine signifikante Rolle spielen dabei neben der Reparatureffizienz auch die Verteilung und die Art des initialen Schadens sowie die Struktur und die geometrische Verteilung der Chromosomen-Domänen