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编号:10273363
双色荧光原位杂交检测60Co γ射线诱发染色体畸变的剂量效应关系
http://www.100md.com 《中华放射医学与防护杂志》 2000年第4期
     作者:徐永忠 郑斯英 赵经涌 曹建平 朱巍

    单位:215007 江苏,苏州大学放射医学系

    关键词:荧光原位杂交;易位;双着丝粒体;剂量效应关系

    中华放射医学与防护杂志000410 【摘要】 目的 探索荧光原位杂交(FISH)技术检测稳定性染色体畸变(易位)作为辐射生物剂量计的可行性。方法 用1号、4号全染色体组合探针的FISH技术及常规法检测不同剂量60Co γ射线诱发的染色体易位率和双着丝粒体率并拟合剂量效应曲线。结果 FISH技术检出的易位率、双着丝粒体率及常规法检出的双着丝粒体率与剂量间均可拟合成线性平方方程Y=c+αD+βD2。FISH技术和常规法检出的双着丝粒体率差异无显著性(P>0.05)。对于1号和4号染色体,辐射诱发的易位率、双着丝粒体率的观察值与基于DNA含量的预期值相比,差异皆无显著性。结论荧光原位杂交技术能快速、准确地检测易位且有良好的量效关系,因此,可望成为估算慢性受照者的累积剂量和早先受照者剂量重建的理想方法。
, 百拇医药
    Dose-response curves for chromosome aberrations induced by 60Co γ-rays and analysed by dual-colour fluorescence in situ hybridization

    XU Yongzhong,ZHENG Siying,ZHAO Jingyong,et al.

    (Department of Radiation Medicine,Soochow University,Suzhou 215007,China)

    【Abstract】 Objective To explore the feasibility of using fluorescence in situ hybridization (FISH) to detect stable chromosome translocation as a biological dosimeter. Methods Translocation and dicentric frequencies in peripheral blood lymphocytes induced by 60Co γ-rays at different doses were analysed by conventional staining and dual-colour FISH with composite whole chromosome-specific probes for human chromosomes 1 and 4,and their dose-response curves were fitted. Results All dose response curves for translocation and dicentrics from FISH analysis,as well as dicentrics from conventional staining could be described by linear-quadratic equations Y=c+αD+βD2. The difference between dicentric frequencies analysed by FISH and conventional staining were not statistically significant (P>0.05). For radiation-induced translocation and dicentrics in chromosomes 1 and 4, no significant differences were found between the observed frequencies and expected frequencies based on DNA content. Conclusion Chromosome translocation can be quickly and accurately analysed by FISH and has a good dose-response relationship; thus,it is hopeful to use translocation frequencies measured by FISH as a long-term or accumulative biological dosimeter.
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    【Key words】 Fluorescence in situ hybridization; Translocation; Dicentric; Dose-response relationship

    应用外周血淋巴细胞双着线粒体或双着丝粒体加环作为指标估算生物剂量是一种敏感而又简单易行的方法,但双着丝粒体和环属不稳定性畸变,随照射后时间的延长而丢失,不适用于回顾性剂量或累积剂量的估算。稳定性染色体畸变,如易位率,受照射后可保持相对恒定,弥补了双着丝粒体和环的不足。传统的常规染色和显带技术分析易位不但困难而且费时,技术要求高。80年代以来,随着分子生物学技术的迅猛发展,Pinkel 等首先应用荧光原位杂交技术(fluorescence in situ hybridization,FISH)检测染色体结构性重排,结果表明,这是一种快速而准确的方法,尤其适用于易位的检测。本文作者应用双色FISH和常规方法同时建立60Co γ射线诱发染色体畸变的剂量效应曲线并作一比较。
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    材料和方法

    1.标本采集和照射:血样采自两名健康成人,男女各1人,年龄分别为20和21岁,1年内无射线和化学毒物接触史,近1月无病毒感染,不吸烟喝酒。每例取静脉血20 ml,肝素抗凝,(37±0.5)℃恒温条件下,用60Co γ射线(由苏州大学附属一院放疗科提供)分别照射血样,吸收剂量分别为0、0.25、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5和3.0 Gy,吸收剂量率为0.909 Gy/min。照射后37℃条件下放置90 min,然后培养。

    2.细胞培养、制片及荧光原位杂交用我室方法。所用生物素(biotin)标记的1号、异硫氰酸荧光素(FITC)标记的4号全染色体探针及双色荧光检测试剂盒均购于英国Cambio公司。

    3.畸变的识别:用Olympus BX 60荧光显微镜镜检,选择Texas Red/FITC/DAPI三色滤光片进行观察。正常分裂相含一对红色(1号)和一对绿色(4号)荧光的染色体;双色(红/绿、红/蓝、绿/蓝)染色体带一个着丝粒者为完全易位、不完全易位或插入;双色染色体含两个着丝粒者为双着丝粒体。
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    4.统计处理:FISH检测的易位率、双着丝粒率(FP)通过下式转换为全基因组易位率、双着丝粒体率(FG):(FG)=FP/{2.05[fr(1-fr)+fg(1-fg)-fgfr]},式中fg和fr分别为1号、4号染色体探针在全基因组中所占份额[1]。某号染色体参与易位率、双着丝粒体率的预测值(i)可通过公式:i=2.05fi(1-fi)FG获得。fi为所预测染色体的DNA含量。观察值与预测值之间的比较用χ2检验[2]
, 百拇医药
    结 果

    用FISH技术总共分析了20 288个中期相,用常规法分析了20 000 个中期相。表1列出各剂量点所分析的细胞数,同时给出FISH方法检测的易位率、双着丝体率及常规法检测的双着丝粒体率。从表1可看出FISH 方法检测的易位率高于双着丝粒体率。自发易位率为0.31%,是自发双着丝粒体率(0.04%)的8倍,在扣除背景突变的情况下,辐射诱发的易位率约为双着丝粒体率的1.23倍。另外,常规法比FISH检测到的双着丝粒体率略高,但Wilcoxon 检验表明,两者间差异无显著性(P>0.05)。

    参照WHO(1973)推荐的4种模式,应用计算机统计软件,分别对60Co γ射线诱发的易位率、双着丝粒体率配合量效关系,选择最佳的剂量效应方程。结果发现它们的最佳回归方程都符合线性平方方程Y=c+αD+βD2,式中Y为畸变率(畸变/细胞),D为受照剂量(Gy)。表2列出各自方程的系数,其量效关系曲线如图1所示。从表3可看出,参与易位的1号染色体与基于DNA含量的预期值相比,出现略低的频率,而4号染色体则显示出较高频率。但无论是1号还是4号染色体,观察值与预测值在统计学上差异无显著性(对于1号χ2=2.188,P>0.05;对于4号χ2=2.777,P>0.05)。同样,1号与4号染色体参与双着丝粒体的观察值和预期值差异也无显著性(对于1号χ2=1.1163,P>0.05;对于4号χ2=1.4118,P>0.05)。
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    讨 论

    本研究发现,FISH技术测得的易位率、双着丝粒体率及常规法测得的双着丝粒体率,与剂量间都可拟合成线性平方方程:Y=c+αD+βD2,这与文献报道一致。但各实验室所得方程系数不相一致。如Lucas等报道易位的剂量效应曲线的α系数是(2.3±0.5)×10-2 Gy-1,β系数为(5.3±0.2)×10-2 Gy-2;而Lindholm等报道的α系数、β系数分别为(0.78±0.76)×10-2 Gy-1、(6.00±0.4)×10-2 Gy-2[3]。这可能有几个方面的原因:①所用的组合探针不同;②各实验室的计数标准及计数者的判断标准不同;③染色体的辐射敏感性存在个体差异;④射线种类和剂量率不同可能是主要原因。因此,在估算生物剂量时,各实验室应建立自己的剂量效应曲线。
, 百拇医药
    表1 FISH和常规法检测的各剂量组染色体易位率和双着丝粒体率(±s) 剂量

    (Gy)

    FISH

    常规法

    分析

    细胞数

    tc

    ti

    FP

    (t/细胞)
, 百拇医药
    FG

    (t/细胞)

    dic

    FP

    (dic/细胞)

    FG

    (dic/细胞)

    分析

    细胞数

    dic

    dic/细胞

    0
, 百拇医药
    9 710

    5

    3

    0.0008±0.0003

    0.0031±0.0011

    1

    0.0001±0.0001

    0.0004±0.0004

    5 000

    1

    0.0002±0.0002

    0.25
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    3 028

    7

    2

    0.0030±0.0010

    0.0111±0.0037

    6

    0.0020±0.0008

    0.0074±0.0030

    3 000

    20

    0.0067±0.0015

    0.5
, 百拇医药
    3 125

    13

    8

    0.0067±0.0015

    0.0251±0.0055

    12

    0.0038±0.0011

    0.0144±0.0041

    3 000

    66

    0.0220±0.0027

    1.0
, 百拇医药
    1 116

    17

    9

    0.0223±0.0043

    0.0834±0.0162

    26

    0.0223±0.0043

    0.0834±0.0162

    2 000

    161

    0.0805±0.0061

    1.5
, 百拇医药
    1 215

    40

    11

    0.0420±0.0058

    0.1569±0.0215

    36

    0.0296±0.0049

    0.1108±0.0182

    2 000

    265

    0.1325±0.0076

    2.0
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    834

    40

    16

    0.0671±0.0087

    0.2510±0.0324

    43

    0.0516±0.0077

    0.1928±0.0286

    2 000

    423

    0.2115±0.0091

    2.5
, 百拇医药
    686

    38

    26

    0.0933±0.0111

    0.3488±0.0415

    51

    0.0743±0.0100

    0.2780±0.0374

    1 500

    482

    0.3213±0.0121

    3.0
, 百拇医药
    524

    42

    26

    0.1298±0.0147

    0.4852±0.0549

    57

    0.1069±0.0133

    0.4067±0.0518

    1 500

    634

    0.4226±0.0128

    注:tc完全易位;ti不完全易位;t易位(包括完全与不完全易位);dic双着丝粒体
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    图1 60Co γ射线诱发的易位率和双着丝粒体率

    的剂量效应曲线

    表2 易位率和双着丝粒体率的剂量效应方程

    Y=c+αD+βD2中各项系数 (±s) 检测

    方法

    畸变

    类型

    c

    α

    (×10-2Gy-1)
, 百拇医药
    β

    (×10-2Gy-2)

    常规法

    dic

    0.0004±0.0002

    3.80±0.58

    3.47±0.24

    FISH

    dic

    0.0003±0.0002

    2.51±0.40

    3.60±0.32
, 百拇医药
    FISH

    t

    0.0028±0.0012

    4.08±0.66

    4.00±0.36

    注:t与dic同表1表3 辐射诱发1、4号染色体易位和双着丝粒体的

    观察值与预期值比较 染色

    体号

    DNA 含量

    (%)

    观察值

    预期值
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    t

    dic

    t

    dic

    1

    8.28

    146

    117

    165

    129

    4

    6.39

    149

, 百拇医药     114

    130

    102

    注:共分析10 578 个细胞;t与 dic同表1

    理论上认为辐射诱发的易位与双着丝粒体之比为1∶1,但FISH测定值却不一致。一些研究结果证实辐射诱发的易位和双着丝粒体相等,而另外一些研究结果却表明,不管是否应用泛着丝粒探针,辐射诱发的易位要高于双着丝粒体。我们研究发现,在扣除自发突变的情况下,易位率是双着丝粒体率的1.23倍,略高于双着丝粒体率。考虑到本实验没用泛着丝粒探针,有可能将部分双着丝粒体误认为易位。如将本实验结果按Nakano等[4]提供的公式(FISH测得的易位加双着丝粒体后除以2)计算易位的准确值,则FISH技术测得的易位率(0.1754/细胞)与常规法中双着丝粒体率(0.1710/细胞)恰好相等,易位与双着丝粒体之比为1∶1。辐射诱发易位和双着丝粒体率之比是否1∶1还是一个尚待解决的问题,从机理上看,它涉及到不同类型的可修复损伤和修复动力学问题。
, 百拇医药
    辐射诱发的染色体畸变与其DNA含量或物理长度是否成正比,目前有两种观点。一种认为,辐射诱发的畸变断裂点在整个基因组中随机分布,且染色体间发生交换的概率相等,即每条染色体发生的易位或双着丝粒体与该染色体的DNA含量或物理长度成正比。Cigarran、Granath等[2,5]研究结果支持这种观点。而另外一些研究结果则表明相反的观点[6]。本研究结果表明,1号、4号染色体参与易位和双着丝粒体的观察值与基于DNA含量的预期值相比差异无显著性。

    基金项目:国防科工委基金资助项目(Y5573262)

    参考文献

    1, Hsieh WA, Deng W, Chang WP, et al. Alpha coefficient of dose-response for chromosome translocations measured by FISH in human lymphocytes exposed to chronic 60Co gamma rays at body temperature. Int J Radiat Biol, 1999,75:435-439.
, http://www.100md.com
    2, Cigarran S, Barrios L, Barquinero JF, et al, Relationship between the DNA content of human chromosomes and their involvement in radiation-induced structural aberrations, analysed by painting. Int J Radiat Biol, 1998,74:449-455.

    3, Lindholm C, Luomahaara S, Koivstoinen A, et al. Comparison of dose-response curves for chromosomal aberrations established by chromosome painting and conventional analysis. Int J Radiat Biol, 1998, 74:27-34.
, 百拇医药
    4, Nakano M, Nakashima E, Pawel DJ, et al. Frequency of reciprocal translocations and dicentrics induced in human blood lymphocytes by X-irradiation as determined by fluorescence in situ hybridization. Int J Radiat Biol,1993, 64:565-569.

    5, Granath F, Grigoreva M, Natarajan AT. DNA content proportionality and persistence of radiation-induced chromosomal aberrations studies by FISH. Mutat Res, 1996, 366:145-152.

    6, Knehr S, Zitzelsberger H, Barselmann H, et al. Chromosome analysis by fluorescence in situ hybridization:futher indications for a non-DNA-proportional involvement of single chromosomes in radiation-induced structural aberrations. Int J Radiat Biol, 1996, 70:385-392.

    (收稿日期:1999-10-30), http://www.100md.com