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Titel:Entstehung und Reparatur von DNA-Doppelstrangbrüchen bei computertomographischen Untersuchungen in Bezug zum Patientenalter
Autor:Schmitz-Beuting, Daniel
Weitere Beteiligte: Heverhagen, Johannes T. (Prof. Dr. med. Dr. rer. physiol.)
Erscheinungsjahr:2019
URI:http://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2019/0290
DOI: https://doi.org/10.17192/z2019.0290
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2019-02901
DDC: Medizin, Gesundheit
Titel(trans.):Development and repair of DNA double-strand breaks in computed tomography examinations in relation to patient age

Dokument

Schlagwörter:
y-H2AX focus, Strahlenschäden, Strahlenschaden, radiation damage, y-H2A, DNA-Schäden, DNA double strand breakage, gammaH2AX, GammaH2AX, Gamma-H2AX, DNA double strand breaks, DNA damage, yH2AX, y-H2AX, gamma-H2AX, DNA-Doppelstrangbrüche, DNA-Doppelstrangbruch, y-H2AX, y, y-H2AX foci, DNA-Schaden, yH2AX

Zusammenfassung:
Der demographische Wandel mit der Zunahme der Lebenserwartung in Deutschland und anderen Industriestaaten ist zu einem großen Teil durch medizinischen Fortschritt bedingt. Die jährliche Strahlendosis, der ein Mensch in Deutschland ausgesetzt ist, wird durch natürliche und zivilisatorische Strahlung hervorgerufen. Den größten Anteil an der mittleren jährlichen Strahlendosis hat die medizinische Anwendung zivilisatorischer Strahlung. Diagnostische computertomographische Untersuchungen stellen hier die größte Quelle für ionisierende Strahlung dar. Die größte Anzahl von CT-Untersuchungen erfolgt an Menschen im höheren Lebensalter. Als schwerwiegendste negative Folge der Einwirkung ionisierender Strahlung auf menschliches Gewebe kann ein Doppelstrangbruch der DNA entstehen. Wird ein DNA-Doppelstrangbruch nicht erkannt und nicht oder nicht ausreichend repariert, bzw. ein programmierter Zelltod als Apoptose eingeleitet, kann es zu einer Mutation der Erbinformation und ggf. zu einer malignen Entartung mit der Entstehung von Krebs kommen. Zum Nachweis von DNA-Doppelstrangbrüchen in vivo im Niedrigdosisbereich von mGy, wie er bei CT-Untersuchungen vorliegt, ist die y-H2AX-Methode der Goldstandard. Bedingt durch einen DNA-Doppelstrangbruch nach der Einwirkung ionisierender Strahlung wird die Untergruppe H2AX eines Histonproteins des DNA-Moleküls phosphoryliert. Das entstandene phosphorylierte Histon y-H2AX kann mittels eines spezifischen Antikörpers markiert und mittels eines zweiten fluoreszierenden Antikörpers unter dem Fluoreszenzmikroskop sichtbar gemacht und erfasst werden. In früheren Studien wurde gezeigt, dass ein im Fluoreszenzmikroskop nachweisbarer Focus genau einem DNA-Doppelstrangbruch entspricht und dass die Reduktion von Foci der Reparatur von DNA-Doppelstrangbrüchen entspricht. Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wurde die Entstehung und der zeitliche Verlauf über 24 Stunden von DNA-Doppelstrangbrüchen als y-H2AX-Foci nach CT-Untersuchungen in vivo untersucht. Im zweiten Teil wurde der Einfluss des Alters auf die Entstehung und die Reparatur von DNA-Doppelstrangbrüchen untersucht. Es erfolgten bei 47 Patienten, welche einer CT-Untersuchung aus medizinischer Indikation unterzogen wurden, Blutentnahmen vor der CT-Untersuchung, 5 Minuten nach-, 1 Stunde nach- , 2 Stunden nach- und 24 Stunden nach der CTUntersuchung. Aus den Blutproben wurden die Lymphozyten isoliert und mittels der y-H2AX-Methode die DNA-Doppelstrangbrüche bestimmt. Es zeigt sich bei allen Patienten ein deutlicher Anstieg der DNA-Doppelstrangbrüche 5 Minuten nach der CT- Untersuchung. Es kann bestätigt werden, dass DNADoppelstrangbrüche in vivo im Niedrigdosisbereich durch die y-H2AX-Methode erfolgreich nachgewiesen werden können. Die Anzahl der Foci entspricht dem Bereich der Foci in vorherigen Studien. Im Verlauf zeigt sich bei allen Patienten ein kontinuierlicher Rückgang der Foci als Nachweis einer erfolgten Reparatur der DNA-Doppelstrangbrüche. Um einen möglichen Einfluss des Patientenalters auf die Entstehung und die Reparatur von DNA-Doppelstrangbrüchen zu untersuchen, wurden die Patienten der Studie in 7 Altersgruppen im Alter von 20 bis 89 Jahre eingeteilt. Vor der CT-Untersuchung imponiert eine vermehrte Anzahl von DNADoppelstrangbrüchen in den Altersgruppen mit den ältesten Patienten im Alter von 70 bis 79 Jahre und im Alter von 80 bis 89 Jahre. Zum Zeitpunkt 5 Minuten nach der CT-Untersuchung zeigen die Patienten im mittleren Alter von 40 bis 49 Jahre die meisten DNA-Doppelstrangbrüche. Zum Zeitpunkt 24 Stunden nach der CTUntersuchung werden bei den jüngsten Patienten im Alter von 20 bis 29 Jahren die meisten DNA-Doppelstrangbrüche nachgewiesen.

Summary:
The demographic change due to the raised expectation of life in Germany and other industrial states is to a high degree a result of medical progress. The annual radiation level that a human in Germany is exposed to is induced by natural and civilisation radiation. The greatest part of the average annual radiation level is caused by medical use of civilisation radiation. Diagnostic computed tomography examinations represent the biggest source of ionizing radiation. People of an advanced age have the highest amount of CT Scans taken. The worst consequence that can occur to human tissue under the influence of ionizing radiation is a double-strand break of the DNA. If a double-strand break is not detected or not sufficiently repaired, or through a controlled cell death induced as apoptosis destroyed, this break can lead to a mutation of the genetic information and possibly to malignant degeneration with the genesis of cancer. For the detection of DNA double-strand breaks in vivo in the low dose radiation range of mGy, as by CT examinations, the y-H2AX-Method is the golden standard. A DNA double-strand break after the influence of ionizing radiation causes the phosphorylisation of the under group H2AX of a histone protein of the DNA-molecule. The originated phosphorylated histone y-H2AX can be marked through a specific antibody, and through a second fluorescent antibody be visualised and determined under the fluorescence microscope. In former studies it was shown that one detected focus in the fluorescent microscope corresponds exactly with one DNA double-strand break, and that the reduction of foci corresponds with the repair of DNA double-strand breaks. In the first part of the present dissertation the genesis and the development of DNA double-strand breaks over 24 hours, as y-H2AX-Foci after a CT Examination in vivo, was investigated. In the second part the influence of age to the genesis and repair of DNA double-strand breaks was investigated. It took place with 47 patients who were subjected to a CT examination for medical reasons. Blood samples were taken before the CT examination and 5 minutes, 1 hour, 2 hours and 24 hours after the CT examination. The lymphocytes were isolated from the blood samples, and with the y-H2AXMethod the DNA double-strand breaks identified. In every patient it showed an explicit increase of DNA double-strand breaks 5 minutes after the CT examination. It confirmed that DNA double-strand breaks in vivo in low dose radiation range can be detected successfully through the y-H2AX method. The number of foci correlate with the range of earlier studies. The study shows in progression a continues decrease of foci in every patient as evidence of repair of the DNA double-strand breaks. To study the potential influence of age to the genesis and reparation of DNA double-strand breaks the patients were grouped in 7 age groups, aged from 20 to 89 years. Before the CT examination an outstandingly increased number of DNA double-strand breaks were found in the groups with the oldest patients, aged from 70 to 79 years and from 80 to 89 years. 5 minutes after the CT examination the patients aged from 40 to 49 years showed the most DNA double-strand breaks. 24 hours after the CT examination the most DNA double-strand breaks were proven in the youngest age group from 20 to 29 years.


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