Ionisierende Strahlung induziert beim Durchgang durch menschliche Zellen Doppelstrangbrüche mit unterschiedlicher Dichte und Komplexität abhängig vom Linearen Energietransfer (LET) der Teilchen. Diese Arbeit beschreibt die quantitative, höchstauflösende STED (engl.: stimulated emission depletion) Mikroskopie an menschlichen Zellen mit einer lateralen Auflösung von ~ 100 nm. Die Zellen wurden hierzu am Rasterionenmikroskop SNAKE am 14MV Tandembeschleuniger in Garching oder der alpha-Bestrahlungsquelle an der Universität der Bundeswehr München bestrahlt. Damit konnten strukturelle und funktionale Domänen der Anlagerung von Proteinen, welche für das Auffinden und die Reparatur von Doppelstrangbrüchen verantwortlich sind, detailliert untersucht werden.Weitergehend konnten diese Domänen mit der Chromatinstruktur höherer Ordnung, also der Lage der DNA innerhalb des Zellkerns, verknüpft werden. Hierzu wurde die Korrelation der wichtigen Reparaturproteine 53BP1,gamma-H2AX, Rad51 sowie Brca1 nach hoch- und niedrig-LET Bestrahlungen untersucht. Hierbei zeigen gamma-H2AX und 53BP1, obwohl sie der gleichen Reparaturdomäne, dem sogenannten "flanking chromatin" zugeordnet werden nur teilweise Korrelation, welche unabhängig vom linearen Energietransfer der Teilchen ist. 53BP1 und Rad51 schließen sich ebenso LET unabhängig gegenseitig aus, was deren unterschiedliche Rolle während der Reparatur und die Zugehörigkeit zu verschiedenen Domänen widerspiegelt. Als Mediator zwischen den beiden Proteinen und somit Domänen wurde Brca1 identifiziert, welches ähnliche Zeitverläufe, wie Rad51 zeigt, jedoch nur teilweise räumlich mit Rad51 korreliert. Weitergehend wurden bei den Proteinen 53BP1 und gamma-H2AX, welche sich nach Kohlenstoffbestrahlung in (540 +- 60) nm großen IRIF (engl.: ionizing radiation induced foci) und nach Protonenbestrahlung in (410 +- 30) nm großen IRIF anlagern, Nanostrukturen innerhalb der IRIF identifiziert. Diese Strukturen haben unabhängig vom LET eine Größe von 120 nm- 140 nm und entsprechen der ebenso LET unabhängigen IRIF Größe von Rad51 von (142 +-13) nm, welche selbst keine Nanostruktur zeigen. Diese Strukturen in Kombination mit den Korrelationsmessungen lassen sich mit der Chromatinstruktur höherer Ordnung verbinden. So konnte Rad51 als direkte Markierung des Schadensorts identifiziert werden, welche in einer Region von dekondensierter DNA liegt, dem sogenannten Perichromatin. Dies hat eine Breite von 100 nm- 200 nm und wird um den Schaden in einem größeren Bereich durch das Protein 53BP1 stabilisiert. Das phosphorylierte Histon H2AX (gamma-H2AX) markiert hingegen direkt die Chromatin Territorien und somit die DNA. Als zweites wesentliches Ergebnis wurde die initiale Anzahl an IRIF des Schadensmarkers DNA-PKcs wenige Minuten nach Bestrahlung mit Hilfe höchstauflösender STED Mikroskopie bestimmt. Die IRIF haben eine mittlere Größe von ~190 nm, was die Trennung von DSB ermöglicht, welche nur durch solch kleine Abstände getrennt sind. Für 27MeV Kohlenstoffbestrahlung (LET = 500 keV/µm) am Rasterionenmikroskop SNAKE in Garching wurden (4,5 +- 0,9) IRIF/µm und für 20MeV Lithiumbestrahlung (LET = 116 keV/µm) wurden (2,8 +- 0,5) IRIF/µm . Beides verbessert nicht nur bisherige Messungen um einen Faktor ~3 sondern übersteigt auch die Anzahl von durch Monte-Carlo basierten Simulationen mit PARTRAC vorhergesagten Schadenszahlen um einen Faktor 2 - 2,5. Diese Messungen stellen damit eine gegenüber bisherigen Messungen essentiell verbesserte Datenbasis dar, um die erhöhte relative biologische Wirksamkeit von hoch-LET Strahlung besser modellieren und damit verstehen zu können.    «

Ionisierende Strahlung induziert beim Durchgang durch menschliche Zellen Doppelstrangbrüche mit unterschiedlicher Dichte und Komplexität abhängig vom Linearen Energietransfer (LET) der Teilchen. Diese Arbeit beschreibt die quantitative, höchstauflösende STED (engl.: stimulated emission depletion) Mikroskopie an menschlichen Zellen mit einer lateralen Auflösung von ~ 100 nm. Die Zellen wurden hierzu am Rasterionenmikroskop SNAKE am 14MV Tandembeschleuniger in Garching oder der alpha-Bestrahlungsq...    »