Reparatur von DNA-Doppelstrangbrüchen in den kortikalen Neuronen juveniler Mäuse nach fraktionierter Niedrigdosisbestrahlung

Abstract

Hintergrund und Zielsetzung: In der Therapie von ZNS-Tumoren bei Kindern kommen zunehmend hochkonformale Bestrahlungstechniken wie die Intensitätsmodulierte Strahlentherapie (IMRT) zum Einsatz. Dadurch werden zwangsläufig größere Volumina gesunden Gewebes, wenn auch mit einer geringeren Dosis als zuvor, bestrahlt. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die Anzahl potentieller DNA-Schäden in den kortikalen Neuronen nach fraktionierter Niedrigdosisbestrahlung mit Hilfe des in vivo Modell juveniler Mäuse zu erfassen. Methodik: Juvenile Mäuse wurden über ein, zwei, drei oder vier Wochen jeweils täglich von Montag bis Freitag niedrig dosiert (jeweils 100 mGy pro Tag) bestrahlt. Die DNADoppelstrangbrüche wurden anhand der 53BP1-Foci dargestellt. Diese wurden in den Neuronen des zerebralen Kortex 72 Stunden nach der letzten Bestrahlung sowie in den Neuronen der über vier Wochen bestrahlten Mäuse zusätzlich ein, drei und sechs Monate nach der letzten Bestrahlung gezählt. Ergebnisse: Mit zunehmender Dauer und damit zunehmender Dosis der fraktionierten Bestrahlung stieg die Focuszahl/Neuron linear an. Ein signifikanter Rückgang der Focuszahl/Neuron war erstmals 6 Monate nach Bestrahlung zu beobachten. Das Niveau der unbestrahlten Kontrollen wurde nicht erreicht. Schlussfolgerung: Die fraktionierte Niedrigdosisbestrahlung führt mit steigender Dosis zu einer Akkumulation von DNA-Doppelstrangbrüchen in den kortikalen Neuronen juveniler Gehirne. Die lange Persistenz dieser DNA-Schäden, verglichen mit den Daten für adulte Mäuse in der Literatur, deutet zudem auf eine gesteigerte Vulnerabilität des juvenilen Gehirns im Langzeitverlauf nach fraktionierter Bestrahlung hin. Die vorliegende Arbeit liefert damit erste Hinweise, dass bei Kindern selbst niedrige Strahlendosen, wie sie im Randbereich von Zielvolumina auftreten, nicht zu vernachlässigen sind. Ausblick: Gegenstand weiterführender Untersuchungen sollte der Zusammenhang zwischen den persistierenden 53BP1-Foci und ihren möglichen neurofunktionellen Auswirkungen sein.

Background and purpose: In the treatment of CNS tumours of children new highly conformal radiation techniques, e.g. intensity-modulated radiation therapy (IMRT) are increasingly used. Thus inevitably larger volumes of healthy tissue are irradiated, albeit with lower doses than before. Aim of the present work is to assess the number of potential DNA lesions in cortical neurons after fractionated low dose irradiation with the help of the in vivo model of juvenile mice. Methods: Juvenile mice were irradiated daily with low dose (100 mGy per day) one, two, three or four weeks, respectively, from Monday to Friday. DNA double-strand breaks were visualized by 53BP1 foci. They were counted in neurons of the cerebral cortex 72 hours after the last irradiation as well as in the neurons of mice irradiated over four weeks one, three and six months, respectively, after the last fraction. Results: With increasing time and thus total dose of fractionated irradiation the number of foci per neuron linearly increased. A significant decrease of the number of foci per neuron was monitored 6 months after irradiation for the first time. The level of unirradiated control mice was not reached. Conclusion: Fractionated low dose irradiation with increasing cumulative doses leads to an accumulation of DNA double-strand breaks in cortical neurons of juvenile brains. The long persistence of these DNA lesions compared to data in adult mice in literature suggests an enhanced long-term vulnerability of the juvenile brain. The present work implies, that in children even low radiation doses which occur in the periphery of the target volumes are not to be neglected. Prospects: Further studies should aim to clarify the relation between the persistence of 53BP1-foci and its potential neurofunctional effects.