بخشی از مقاله
چکیده
در اثر تابش پرتوهاي یون ساز، دو زنجیرهي مولکول DNA با احتمال شکست روبرو هستند. باتوجه به مطالعات زیست شناختی، هر نوع یندفرا ِیونش یا برانگیزش درمولکول آب که مقدار انرژي بیش از آستانهي آسیب در یک نوکلئوتید بر جاي بگذارد به عنوان یک آسیب DNA در نظر گرفته میشود. در این مطالعه مولکول DNA در ابعاد نانو با تمام جزییات درون یک سلول شبیهسازي شده و سپس با استفاده از روشهاي مختلف، پرتوهاي یونیزان در این هندسه ترابردشده و تعداد و نوع آسیبهاي ایجاد شده بر روي مولکول DNA سلول را به ازاي مقدارهاي مختلف انرژي آستانه براي پرتو پروتون تخمین زدهایم. از ابزار GEANT4 براي کلیهي شبیهسازيها استفاده شده است.
-1 مقدمه
بعد از بیماري هاي قلبی عروقی، سرطان دومین علت شایع مرگ و میر است. گرچه جزئیات مکانیزم سرطانزایی مشخص نشده است، با این وجود فرض بر این است که آسیب به مولکول سرطانی DNA باعث نابودي سرطان میشود. نواحی آسیبدیده گاهی ترمیم میشود، اما گاهی بر حسب شدت آسیب میتوانند باقی بمانند. ترمیم نشدن و باقی ماندن آسیبها منجر به جهش، سرطانی شدن و گاهی مرگ سلول میشود.
هنگامی که پرتوي یون ساز وارد محیط زیستی اعم از بافت یا سلول میگردد این امکان وجود دارد که به صورت مستقیم با مولکول برخورد کند و در نتیجه آن اتم هاي سازنده مولکول DNA دچار یونیزاسیون یا برانگیختگی و نهایتا تغییرات فیزیکی - شیمیایی شوند که در صورت عدم ترمیم DNA، در عملکرد زیستی آن تاثیر ویژه خواهند گذاشت .[1-2] هر نوع فرایند یونش یا برانگیزش درمولکول آب که مقدار انرژي بیش از آستانهي آسیب در یک نوکلئوتید بر جاي بگذارد به عنوان یک آسیب DNA در نظر گرفته میشود .
در بسیاري از کارهاي پژوهشی انرژي آستانه واکنش مقدارهاي متفاوت 17/5 eV ,12/61 eV , 10/79 eV, 8/23 eV در نظر گرفته شده است .[3- 8] در این مطالعه از GEANT4 - 2-9-10 - جهت محاسبهي شکستهاي ناشی از چشمهي پروتون استفاده شده است. جهت دیدن اثر انرژي آستانهي واکنش بر بازده شکستگیها، در هر مرحله این انرژي تغییر داده شد و نتایج گزارش شدند.
-2 مواد و روشها
براي ارزیابی شکستگیهاي ناشی از چشمهي پروتون از روش شبیهسازي رشتهي DNA استفاده کردهایم. براي این کار مدل اتمی رشتهي DNA را درون یک هستهي سلول به طول 10 میکرومتر شبیهسازي کردیم و با ترابرد پرتوهاي یونیزان در هندسه تعداد و نوع آسیبهاي ایجاد شده بر روي مولکول DNA سلول را محاسبه کردیم. مراحل طراحی هندسه در این مطالعه شامل ساخت نوکلئوتید، ابرمارپیچ دو شاخه DNA، نوکلئوزوم، فیبر کروماتین است.
طرحوارهاي از مراحل ساخت فیبر کروماتین در شکل 1 نشان داده شده است. هرجفت نوکلئوتید در این شبیهسازي به عنوان بخش پایه در نظر گرفته شده است و بقیهي DNA با چرخاندن و تغییر مکان و تکرار این عنصر پایه بهدست میآید. جفت نوکلئوتید شامل دو بخش جفت باز نیتروژنی و گروه قند فسفات میباشد. چهار باز آلی گوانین، سیتوزین، آدنین و تیمین بازهاي تشکیلدهندهي جفت باز نوکلئوتیدها میباشند. این چهار باز دو به دو به روشهاي مختلفی با هم پیوند میخورند. با چرخیدن هر جفت نوکلئوتید به اندازهي 36 درجه حول محور مارپیچ وجابهجایی به اندازهي 3/3 نانومتر در راستاي محورش، مارپیچ دو شاخه ساخته میشود.
رشتهي DNA شامل 6 میلیارد جفت باز است که بطور میانگین طولی در حدود 2 متر دارد. این مولکول بزرگ به شکل خاصی در هم تنیده شده است و سبب شده است که در حجم کوچک سلول جاي داده شود. در اثر تابش پرتوهاي یونساز، دو زنجیرهي مولکول DNA با احتمال شکست روبرو هستند. هرگاه یکی از رشتههاياَبرمارپیچ دو شاخهي DNA انرژي بیش از آستانهي آسیب دریافت کند شکست تکرشتهاي رخ داده و با شاخص SSB نشان داده شده است. زمانی که فاصلهي دو آسیب کمتر از 10 جفت باز بوده و روي دو شاخهي متقابل رخ دهد آسیب را شکست دو رشتهاي با شاخص DSB مینامند. در هر مرحله انرژي آستانه تغییر داده شده و نتایج شکستگیها ارائه شدهاند .[9]
-3 نتایج
براي دیدن اثر انرژي آستانه بر بازده شکستگیها، نتایج براي چشمهي پروتون با انرژي 0/1 MeV با در نظر گرفتن مقدارهاي متفاوت براي انرژي آستانه در یک هندسهي یکسان در جدول 1 نشان داده شده است. نسبت شکستگیها در شکل 2 نشان داده شده است. مقایسه انرژي آستانه نشان میدهد انتخاب این انرژي تاثیر زیادي در محاسبهي تعداد شکستها دارد. با افزایش مقدار انرژي آستانه بازده شکستگیها به خصوص شکستهاي دو رشتهاي به مقدار قابل توجهی کاهش یافته است. به گونهاي که بازده شکستهاي دورشتهاي و تکرشتهاي با انتخاب انرژي 17/50 eV به ترتیب حدود 0/0001 و 0/015 بازده شکستهاي دورشتهاي و تکرشتهاي در انرژي 8/23 eV است.
-8 نتیجهگیري
مدل اتمی DNA که پیچیده ترین مدل ابرمارپیچ دوشاخه است با استفاده از ابزار GEANT4 شبیهسازي شد. هندسه سلول در این مطالعه در سطوح مختلف شامل نوکلئوتید، ابرپیچ دو شاخه DNA، نوکلئوزوم و فیبر کروماتین طراحی گردید. براي مشاهده اثرگذري مقدار انرژي آستانه، بازده شکستگیها در انرژيهاي مختلف محاسبه گردید. بازده آسیبهاي دورشتهاي در انرژي آستانه 17/50 eV حدود /0001 بازده آسیبها در انرژي 8/23 eV و براي شکستهاي تکرشتهاي این نسبت 0/015 است. نتایج نشاندهندهي اثرگذار بودن قابل توجه مقدار انرژي آستانه بر بازده آسیبها است و باید در مطالعات مختلف در نظر گرفته شود .
