Published 2009 | Version v1
Journal article

Bystander effects of the ionizing radiation and his implications in radiotherapy and radioprotection

  • 1. Facultad de Medicina, Universidad Nacional del Nordeste, Corrientes (Argentina)

Description

According to the classical paradigm, biological effects of ionizing radiation are attributed to DNA damage induced in each irradiated cell. Demonstration of ionizing radiation-induced bystander effects (RIBE) has generated a deep change in current understanding of radiobiology. RIBE are radiation-induced effects produced in cells that have not been actually irradiated. Several technical advances, particularly the use of microbeams, allowed in vitro study of RIBE. There are two known ways by which irradiated cells can communicate with non-irradiated cells, namely: through gap junctions connecting the cytoplasms of adjacent cells, and through the secretion of soluble factors to the extracellular medium. These factors include several cytokines and reactive species of oxygen and nitrogen. In the affected cells, signalling pathways mostly involve activation of mitogen-activated protein kinases (MAPK), NF-kB transcription factor and of the enzymes cyclooxygenase 2, nitric oxide synthase 2 and NAD (P)H oxidase. RIBE induce point mutations and epigenetic changes. Effects on cellular signalling pathways can persist indefinitely and even be transmitted to the progeny of affected cells. Paradoxically, under certain conditions RIBE may be adaptive, which means that they turn affected cells more resistant to ionizing radiation. Adaptation demands protein synthesis. It enhances DNA repair mechanisms and resistance to oxidative stress. RIBE have also been demonstrated in vivo. Thus, they may have important implications for radiotherapy, both to improve therapeutic efficacy and to reduce the incidence of adverse effects. Furthermore, a better understanding of RIBE may have an influence on international radioprotection standards. (authors)

Abstract (Spanish)

En el paradigma clasico, los efectos biologicos de la radiacion ionizante se atribuyen al dano en el ADN inducido en cada celula irradiada. La demostracion de efectos de vecindad causados por radiacion ionizante (EVIR) ha generado un cambio profundo en la concepcion actual de la radiobiologia. Los EVIR son aquellos efectos causados por la radiacion que se producen en celulas que no han sido irradiadas. Diversos avances tecnicos, en particular el empleo de microhaces, han permitido estudiar los EVIR in vitro. Se conocen dos vias por las cuales las celulas irradiadas pueden comunicarse con las no irradiadas, a saber: mediante uniones especializadas (nexos) que comunican los citoplasmas de celulas adyacentes, y mediante la secrecion de factores solubles al medio extracelular. Estos factores incluyen varias citokinas y especies reactivas del oxigeno y nitrogeno. Las vias de senalizacion en las celulas afectadas involucran en particular la activacion de proteina kinasas activadas por nitogenos (MAPK) y del factor de transcripcion NF-kB y de las enzimas ciclooxigenasa 2, sintasa de oxido nitrico 2 y NAD(P)H oxidasa. Los EVIR pueden causar mutaciones puntuales y cambios epigeneticos. Los efectos sobre las vias de senalizacion pueden persistir indefinidamente e incluso transmitirse a la descendencia. Paradojicamente, en ciertas condiciones los EVIR pueden ser adaptativos, es decir que tornan a las celulas afectadas mas resistentes a la radiacion. La adaptacion exige sintesis de proteinas y mejora la capacidad celular de reparar el ADN y resistir el estres oxidativo. Los EVIR tambien se han demostrado in vivo. Por tanto, pueden tener implicaciones importantes en radioterapia, tanto para mejorar la eficacia terapeutica como para reducir la incidencia de efectos adversos. Asimismo, su mejor conocimiento puede influenciar las normas internacionales de radioproteccion. (autor)

Additional details

Additional titles

Original title (Spanish)
Efectos de vecindad de la radiacion ionizante y sus implicaciones en radioterapia y radioproteccion

Publishing Information

Journal Title
Revista Medica Universitaria
Journal Volume
5
Journal Issue
4
Journal Page Range
p. 1-40
ISSN
1669-8991

Optional Information

Notes
132 ref.; 6 figs.; 1 tab.