Internationale Forschungsteams untersuchen die genetischen Auswirkungen der Tschernobyl-Strahlung

Forscher haben die DNA-Sequenzierungstechnologie verwendet, um wissenschaftliche Fragen zu den Auswirkungen der Strahlung der Atomkatastrophe von Tschernobyl auf die menschliche Gesundheit zu untersuchen.

Bildnachweis: National Cancer Institute | iStock

In zwei wegweisenden Studien haben Forscher modernste genomische Instrumente verwendet, um die möglichen gesundheitlichen Auswirkungen der Exposition gegenüber ionisierender Strahlung, einem bekannten Karzinogen, nach dem Unfall von 1986 im Kernkraftwerk Tschernobyl in der Nordukraine zu untersuchen. Eine Studie fand keine Hinweise darauf, dass die Strahlenexposition gegenüber Eltern dazu führte, dass neue genetische Veränderungen von Eltern auf Kinder übertragen wurden. Die zweite Studie dokumentierte die genetischen Veränderungen in den Tumoren von Menschen, die Schilddrüsenkrebs entwickelten, nachdem sie als Kinder oder Feten der durch den Unfall freigesetzten Strahlung ausgesetzt worden waren.

Die Ergebnisse, die zum 35. Jahrestag der Katastrophe veröffentlicht wurden, stammen von internationalen Forscherteams, die von Forschern des National Cancer Institute (NCI), einem Teil der National Institutes of Health, geleitet werden. Die Studien wurden am 22. April online in Science veröffentlicht.

"Wissenschaftliche Fragen zu den Auswirkungen von Strahlung auf die menschliche Gesundheit wurden seit den Atombombenanschlägen von Hiroshima und Nagasaki untersucht und von Tschernobyl und dem Atomunfall nach dem Tsunami in Fukushima, Japan, erneut aufgeworfen", sagte Stephen J. Chanock. MD, Direktor der NCI-Abteilung für Krebsepidemiologie und -genetik (DCEG). "In den letzten Jahren haben Fortschritte in der DNA-Sequenzierungstechnologie es uns ermöglicht, einige der wichtigen Fragen zu beantworten, unter anderem durch umfassende Genomanalysen, die in gut konzipierten epidemiologischen Studien durchgeführt wurden."

Der Unfall von Tschernobyl hat Millionen von Menschen in der Umgebung radioaktiven Kontaminanten ausgesetzt. Studien haben einen Großteil des heutigen Wissens über Krebserkrankungen geliefert, die durch Strahlenexposition bei Unfällen mit Kernkraftwerken verursacht wurden. Die neue Forschung baut auf dieser Grundlage auf und verwendet DNA-Sequenzierung der nächsten Generation und andere genomische Charakterisierungsinstrumente, um Biospezies von Menschen in der Ukraine zu analysieren, die von der Katastrophe betroffen waren.

Die erste Studie untersuchte die langjährige Frage, ob Strahlenexposition zu genetischen Veränderungen führt, die vom Elternteil auf die Nachkommen übertragen werden können, wie einige Studien an Tieren nahegelegt haben. Um diese Frage zu beantworten, analysierten Dr. Chanock und seine Kollegen das gesamte Genom von 130 zwischen 1987 und 2002 geborenen Menschen und ihren 105 Mutter-Vater-Paaren.

Einer oder beide Elternteile waren Arbeiter gewesen, die beim Aufräumen des Unfalls geholfen hatten, oder waren evakuiert worden, weil sie in unmittelbarer Nähe der Unfallstelle lebten. Jeder Elternteil wurde auf eine längere Exposition gegenüber ionisierender Strahlung untersucht, die möglicherweise durch den Verzehr von kontaminierter Milch (dh Milch von Kühen, die auf Weiden weideten, die durch radioaktiven Niederschlag kontaminiert waren) aufgetreten sein kann. Die Mütter und Väter erlebten eine Reihe von Strahlendosen.

Die Forscher analysierten die Genome erwachsener Kinder auf eine Zunahme einer bestimmten Art von vererbter genetischer Veränderung, die als De-novo-Mutationen bekannt ist. De-novo-Mutationen sind genetische Veränderungen, die zufällig in den Gameten (Spermien und Eiern) einer Person auftreten und auf ihre Nachkommen übertragen werden können, aber bei den Eltern nicht beobachtet werden.

Für den Bereich der Strahlenexposition, den die Eltern in der Studie erlebten, gab es aus den Daten zur Sequenzierung des gesamten Genoms keine Hinweise auf eine Zunahme der Anzahl oder Arten von De-novo-Mutationen bei ihren Kindern, die zwischen 46 Wochen und 15 Jahren nach dem Unfall geboren wurden . Die Anzahl der bei diesen Kindern beobachteten De-novo-Mutationen war denen der Allgemeinbevölkerung mit vergleichbaren Merkmalen sehr ähnlich. Infolgedessen deuten die Ergebnisse darauf hin, dass die Exposition gegenüber ionisierender Strahlung durch den Unfall nur minimale oder gar keine Auswirkungen auf die Gesundheit der nachfolgenden Generation hatte.

"Wir sehen diese Ergebnisse als sehr beruhigend für Menschen an, die zum Zeitpunkt des Unfalls 2011 in Fukushima lebten", sagte Dr. Chanock. "Es ist bekannt, dass die Strahlendosen in Japan niedriger waren als die in Tschernobyl aufgezeichneten."

In der zweiten Studie verwendeten die Forscher die Sequenzierung der nächsten Generation, um die genetischen Veränderungen bei Schilddrüsenkrebs zu untersuchen, die bei 359 Personen auftraten, die als Kinder oder in der Gebärmutter ionisierender Strahlung von radioaktivem Jod (I-131) ausgesetzt waren, das durch den Atomunfall von Tschernobyl freigesetzt wurde, und 81 nicht exponierte Personen, die mehr als neun Monate nach dem Unfall geboren wurden. Ein erhöhtes Risiko für Schilddrüsenkrebs war eine der wichtigsten gesundheitsschädlichen Auswirkungen, die nach dem Unfall beobachtet wurden.

Die Energie der ionisierenden Strahlung unterbricht die chemischen Bindungen in der DNA, was zu einer Reihe verschiedener Arten von Schäden führt. Die neue Studie unterstreicht die Bedeutung einer bestimmten Art von DNA-Schädigung, bei der beide DNA-Stränge in den Schilddrüsentumoren gebrochen werden. Die Assoziation zwischen DNA-Doppelstrangbrüchen und Strahlenexposition war bei Kindern, die in jüngeren Jahren exponiert wurden, stärker.

Als nächstes identifizierten die Forscher die Kandidaten "Treiber" des Krebses in jedem Tumor – die Schlüsselgene, in denen Veränderungen es den Krebsarten ermöglichten, zu wachsen und zu überleben. Sie identifizierten die Treiber in mehr als 95% der Tumoren. Nahezu alle Veränderungen betrafen Gene im selben Signalweg, der als Mitogen-aktivierte Proteinkinase (MAPK) bezeichnet wird, einschließlich der Gene BRAF , RAS und RET .

Der Satz der betroffenen Gene ähnelt dem, was in früheren Studien zu Schilddrüsenkrebs berichtet wurde. Die Forscher beobachteten jedoch eine Verschiebung in der Verteilung der Arten von Mutationen in den Genen. Insbesondere in der Tschernobyl-Studie waren Schilddrüsenkrebserkrankungen, die bei Menschen auftraten, die als Kinder höheren Strahlendosen ausgesetzt waren, eher auf Genfusionen zurückzuführen (wenn beide DNA-Stränge gebrochen sind und dann die falschen Teile wieder zusammengefügt werden), während die in Unbelichtete Personen oder Personen, die einer geringen Strahlenbelastung ausgesetzt waren, waren eher auf Punktmutationen zurückzuführen (Veränderungen einzelner Basenpaare in einem Schlüsselteil eines Gens).

Die Ergebnisse legen nahe, dass DNA-Doppelstrangbrüche eine frühe genetische Veränderung nach Bestrahlung in der Umwelt darstellen können, die anschließend das Wachstum von Schilddrüsenkrebs ermöglicht. Ihre Ergebnisse bilden eine Grundlage für weitere Studien zu strahleninduzierten Krebsarten, insbesondere solchen, bei denen das Risiko in Abhängigkeit von Dosis und Alter unterschiedlich ist, fügten die Forscher hinzu.

"Ein aufregender Aspekt dieser Forschung war die Möglichkeit, die genomischen Eigenschaften des Tumors mit Informationen über die Strahlendosis zu verknüpfen – den Risikofaktor, der möglicherweise den Krebs verursacht hat", sagte Lindsay M. Morton, Ph.D., stellvertretende Leiterin des Abteilung für Strahlenepidemiologie in DCEG, der die Studie leitete.

"Der Krebsgenomatlas setzte den Standard für die umfassende Profilierung von Tumoreigenschaften", fuhr Dr. Morton fort. "Wir haben diesen Ansatz erweitert, um die erste große genomische Landschaftsstudie abzuschließen, in der die potenzielle krebserzeugende Exposition gut charakterisiert wurde, sodass wir den Zusammenhang zwischen spezifischen Tumoreigenschaften und Strahlendosis untersuchen können."

Sie merkte an, dass die Studie durch die Gründung der Tschernobyl-Gewebebank vor etwa zwei Jahrzehnten ermöglicht wurde – lange bevor die Technologie entwickelt worden war, um die heute üblichen genomischen und molekularen Studien durchzuführen.

"Diese Studien sind das erste Mal, dass unsere Gruppe molekulare Studien mit Biospezies durchführt, die von unseren Kollegen in der Ukraine gesammelt wurden", sagte Dr. Morton. "Die Gewebebank wurde von visionären Wissenschaftlern eingerichtet, um Tumorproben von Bewohnern in stark kontaminierten Regionen zu sammeln, die an Schilddrüsenkrebs erkrankt sind. Diese Wissenschaftler haben erkannt, dass es in Zukunft erhebliche technologische Fortschritte geben wird, und die Forschungsgemeinschaft profitiert jetzt von ihrer Voraussicht . "

Über das National Cancer Institute (NCI): NCI leitet das National Cancer Program und die Bemühungen des NIH, die Prävalenz von Krebs drastisch zu senken und das Leben von Krebspatienten und ihren Familien zu verbessern, indem Forschungen zur Prävention und Krebsbiologie durchgeführt und neue Interventionen entwickelt werden. und die Ausbildung und Betreuung neuer Forscher. Weitere Informationen zu Krebs erhalten Sie auf der NCI-Website unter cancer.gov oder im NCI-Contact Center, dem Cancer Information Service, unter 1-800-4-CANCER (1-800-422-6237).

Über die National Institutes of Health (NIH): NIH, die medizinische Forschungsagentur des Landes, umfasst 27 Institute und Zentren und ist Bestandteil des US-amerikanischen Gesundheitsministeriums. Das NIH ist die wichtigste Bundesbehörde, die medizinische Grundlagenforschung, klinische Forschung und translationale Forschung durchführt und unterstützt und die Ursachen, Behandlungen und Heilmittel für häufige und seltene Krankheiten untersucht. Weitere Informationen zu NIH und seinen Programmen finden Sie unter nih.gov .

Quelle: National Cancer Institute

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