Abstract: An anomoly exists in the literature of radiation-induced chromosomal aberrations. While X- or gamma-ray induced chromosomal exchanges observed at metaphase increase approximately as the square of the dose, anaphase bridges that are supposedly the descendants of these metaphase exchanges increase only about linearly with dose. Metaphase exchanges (dicentrics and rings) could fail to produce observed anaphase bridges if (a) the exchanges separate in a fall-free (non-bridge-producing) manner, or (b) the bridges that are produced at separation rupture before observation at anaphase. By detailed observation in Tradescantia of dose curves for metaphase exchanges and anaphase bridges, and also of exchanges that separate in the fall-free (no bridge is formed) or interlocked (bridge-producing) manner at “separation” stage (very earliest anaphase), it was possible to resolve the problem. A constant fraction, 47 per cent independent of dose, of metaphase exchanges separate in the fall-free manner, 53 per cent separate to make bridges. But of the bridges formed at separation, a fraction, increasing exponentially with dose, rupture at early anaphase and thus escape detection as anaphase bridges in the usual scoring procedure. About 19 per cent of the bridges rupture at 100 r, and this fraction increases exponentially to about 72 per cent at 400 r. A model is proposed to explain rupture of bridges in anaphase, based on the number of restituted breaks (or potential or partial breaks), proportional to dose, in a bridge. It is assumed a restituted break (or potential or partial break) constitutes a weak spot in the chromosome that has the possibility, Pb, of rupturing under tension in an anaphase bridge. A bridge containing n such restituted breaks in it (n proportional to dose) has a probability of rupture, Pr = 1 − (1 − Pb)n, thus the probability of rupture increases exponentially from zero at zero dose to 1·0 at large dose. The model predicts that at very high dose (at very high restituted break frequencies) observed anaphase bridges should fall to zero, and that with linear-with-dose exchange ancestors—as are formed with high LET radiations—anaphase bridges, as observed, should increase less rapidly than linear with dose. The model also predicts that the curve for anaphase bridges vs. dose should increase (not necessarily linearly) with dose, pass through a maximum and fall toward zero at higher doses. A large fraction, 33 per cent, of all rings separate to form a large single (dicentric) ring at anaphase. Obtaining the large ring at anaphase is most likely if the G1 chromosome is single stranded and non polarized, less if functionally double-stranded and non polarized, and least likely if both two-stranded and polarized. Furthermore, the two-stranded polarized condition would produce particular configurational types at separation which are not observed. From the data of this experiment, it is calculated that scoring of “abnormal anaphases”, i.e. cells with bridges, detects roughly 20 per cent of the chromosomal damage actually produced and analyzable at metaphase. This value is not constant, being more at low dose, less at higher doses. Il existe dans la littérature, une anomalie en ce qui concerne les aberrations chromosomiques induites par l'irradiation. Alors que les échanges chromosomiques induits par les rayons X ou gamma observés en métaphase s'accroissent approximativement avec le carré de la dose, les ponts anaphasiques qui sont les descendants probables de ces échanges métaphasiques s'accroissent seulement d'une manière linéaire avec la dose. Certains échanges métaphasiques (dicentriques et anneux) peuvent ne pas produire de ponts en anaphase si a) les échanges se séparent d'une manière éliminatrice (sans produire de ponts) ou b) les ponts qui se sont produits par la séparation se rompent avant leur observation en anaphase. Chez Tradescantia, des observations détaillées des groupes des échanges métaphasiques et des ponts anaphasiques ainsi que des échanges qui se séparent d'une manière éliminatrice (sans former de ponts) ou d'une manière entrelacée (formant des ponts) au cours du stade de “séparation” (début de l'anaphase) ont permis de résoudre le problème. Une fraction constante de 47% des échanges anaphasiques se sépare d'une manière éliminatrice indépendamment de la dose; 53% se sépare en formant des ponts. Parmi les ponts formés, une fraction s'accroît de manière exponentielle avec la dose, se rompt en début d'anaphase et par conséquent n'est pas détectée en tant que ponts anaphasiques par le procédé de relevé habituel. Environ 19% des ponts se rompent à 100 r, et cette fraction s'accroît exponentiellement à environ 72 % à 400 r. On propose un modèle permettent d'expliquer la rupture des ponts en anaphase. Ce modèle est basé sur le nombre de cassures restituées (soit potentielles, soit partielles) qui sont pour un pont, proportionnelles à la dose. On suppose qu'une cassure restituée (soit potentielle, soit partielle), constitue un point faible du chromosome qui possède une probabilité, Pb, de se rompre sous la tension du pont en anaphase. Un pont qui contient n cassures restitués (n étant proportionnel à la dose) possède une probabilité de rupture, Pr= 1 − (1 − Pb)n; dès lors la probabilité de rupture s'accroît exponentiellement avec la dose allant de 0 à la dose 0 à 1.0 à des doses plus élevées. Le modèle prévoit qu'à une dose très élevée (pour des frequencies de cassures restituées très hautes) les ponts anaphasiques observés doivent tomber à 0 et qu'en cas d'échanges en métaphase variant d'une manière linéaire avec la dose comme c'est le cas pour les radiations qui présentent un haut LET. La fréquence des ponts anaphasiques observés devrait s'accroître moins rapidement qu'en cas de relation linéaire avec la dose. Le modèle prévoit également que la courbe des ponts en anaphase doit s'accroître avec la dose (pas nécessairement de manière linéaire) passe par un maximum et redescent à zéro aux fortes doses. Une fraction importante de 33% des anneaux se sépare en formant un grand anneau simple (anneau dicentrique) en anaphase. Il est plus probable que l'en obtienne un anneau large au cours de l'anaphase si le chromsome G1 ne possède qu'un filament et n'est pas polarisé. Cette éventualité est moins probable pour les chromosomes possédant 2 filaments et non polarisés et moins probable encore is les 2 filaments sont polarisés. Ainsi, la condition de filaments double non polarisés produirait des types de configurations particulières non observés au cours de la séparation. On peut calculer à partir de ces données qu'un relevé “d'anaphases anormales” c'est-à-dire de cellules possédant des ponts détecte grossièrement 20% du dommage chromosomique effectivement produit et analysable en métaphase. Cette valeur n'est pas constante, elle est supérieure aux basses doses et inférieure aux doses plus élevées. In der Literatur über strahleninduzierte Chromosomenaberrationen gibt es einen Widerspruch: Während Röntgen- und Gammastrahlen-induzierte Chromosomenaustausche bei Auswertung von Metaphasen etwa mit dem Quadrat der Dosis zunehmen, steigt die Zahl der Anaphasebrücken, die offensichtlich die Abkömmlinge dieser Metaphasen-Austausche sind, nur etwa linear mit der Dosis an. Metaphasenaustausche (dizentrische Chromosomen und Ringe) könnten dann keine Silbatbaren Anaphasenbrücken geben, wenn (a) die Austausche sich in einer “fall free” (nicht brückenbildenden) Art voneinander trennen würden, oder (b) die gebildeten Brücken bei der Trennung der Chromosomen reissen, ehe in der Anaphase die Beobachtung erfolgen Kann. Es war möglich, das Problem an Tradescantia zu lösen, und zwar durch eingehendes Studium von Dosiskurven für Metaphasenaustausche und Anaphasenbrücken, und weiter von Austauschen, die sich in “fall free” Art (nicht brückenbildend) oder in “interlocked” Art (brückenbildend) im “Separationsstadium” (früheste Anaphase) trennen. Ein konstanter Anteil der Metaphasenaustausche, u.zw. unabhängig von der Dosis 47%, trennt sich in der “fall free” Art, 53% trennen sich so, dass Brücken entstehen. Von den Brücken, die bei der Trennung entstehen, zerreisst ein exponentiell mit der Dosis steigender Anteil in der frühen Anaphase und wird deshalb beim üblichen Auswertungsverfahren nicht als Anaphasenbrücken wahrgenommen. Etwa 19% der Brücken reissen bei 100 r und dieser Anteil steigt exponentiell auf etwa 72 % bei 400 r. Es wird ein Modell vorgeschlagen, um das Zerreissen der Brücken in der Anaphase zu erklären. Diesse Modell basiert auf der Annahme, dass die Anzahl restituierter Brüche (oder potentieller bzw. partieller Brüche) in einer Brücke proportional zur Dosis ist. Man kann annehmen, dass ein restituierter Bruch (bzw. potentieller oder partieller Bruch) einen schwachen Punkt im Chromosom darstellt, und die Wahrscheinlichkeit Pb, hat, bei Streckung in einer Anaphasebrücke zu reissen. Eine Brücke, die n solcher restituierter Brüche enthält (n proportional zur Dosis), hat eine Reisswahrscheinlichkeit Pr= 1 − (1 − Pb)n. Die Wahrscheinlichkeit des Reissens wächst also exponentiell von 0 bei der Dosis 0 biz zu l bei grosser Dosis. Das Modell sagt voraus, dass bei sehr hoher Dosis (bei sehr grosse Häufigkeit restituierter Brüche) die Anzahl der beobachteten Anaphasebrücken auf 0 fallen sollte, und dass bei Austauschen, die auf eine lineare Dosisbeziehung zurückgehen, wie sie bei Strahlungen mit hoher LET gebildet werden, die Anaphasenbrücken—wie beobachtet—langsamer als linea mit der Dosis zunehmen sollten. Das Modell sagt weiter voraus, dass die Kurve “Anaphasenbrücken in Abhängigkeit von der Dosis” mit der Dosis ansteigen sollte (nicht notwendiger Weise linear), ein Maximum durchlaufen und bei höheren Dosen wieder äug 0 fallen sollte. Ein starker Anteil (33%) aller Ringe trennt sich und bildet in der Anaphase einen einzelnen grossen (dizentrischen) Ring. Die Entstehung des grossen Ringes in der Anaphase ist am wahrscheinlichsten, wenn das G1-Chromosom einstrangig und nicht polarisiert ist. Sie ist hingegen weniger wahrscheinlich, wenn es funktioneil doppelstrangig und nich polarisiert ist, und am wenigsten wahrscheinlich, wenn es sowohl doppelstrangig als polarisiert ist. Darüberhinaus müsste eine zweistrangig polarisierte Form besondere Konfigurationstypen bei der Trennung ergeben, die nicht beobachtet werden. Aus den Daten dieses Versuches lässt sich berechnen, dass die Auswertung von “anormalen Anaphasen”, d.h. Zellen mit Brücken, nur etwa 20% des tatsächlichen und in der Metaphase analysierbaren Chromosomenschadens aufdeckt. Dieser Prozentsatz ist nicht konstant. Er ist grosser bei niedrigen Dosen, und geringer bei höheren Dosen.
Publication Year: 1965
Publication Date: 1965-01-01
Language: en
Type: article
Indexed In: ['crossref']
Access and Citation
Cited By Count: 72
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