This article was downloaded by: [98.203.158.120]On: 23 October 2014, At: 00:07Publisher: Taylor & FrancisInforma Ltd Registered in England and Wales Registered Number: 1072954Registered office: Mortimer House, 37-41 Mortimer Street, London W1T 3JH,UK

Caryologia: InternationalJournal of Cytology,Cytosystematics andCytogeneticsPublication details, including instructions for authorsand subscription information:http://www.tandfonline.com/loi/tcar20

Untersuchungen Uber dieStrahlenschutzwirkungvon Cystein. Einfluss EinerCysteinbehandlung vor undNach Rontgenbestrahlung aufWurzelspitzenmitosen von ViciaFabaGisela Laumanna

a Institut für Genetik der Universität, Bonn, GermanyPublished online: 30 Jan 2014.

To cite this article: Gisela Laumann (1973) Untersuchungen Uber dieStrahlenschutzwirkung von Cystein. Einfluss Einer Cysteinbehandlung vor undNach Rontgenbestrahlung auf Wurzelspitzenmitosen von Vicia Faba, Caryologia:International Journal of Cytology, Cytosystematics and Cytogenetics, 26:2, 157-169,DOI: 10.1080/00087114.1973.10796533

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CARYOLOGIA VoLUME 26 APRILE-GIUGNO 1973 NuMERO 2

UNTERSUCHUNGEN UBER DIE STRAHLENSCHUTZWIRKUNG VON CYSTEIN. EINFLUSS EINER CYSTEINBEHANDLUNG

VOR UND NACH RONTGENBESTRAHLUNG AUF WURZELSPITZENMITOSEN VON VICIA PABA

GISELA LAUMANN

Institut fiir Genetik der Universitat, Bonn, Germany

Eingegangen: am 22 Miirz 1972

EINLEITUNG

Die durch Rontgenstrahlen bewirkten Veranderungen in lebendem Ge­webe sind vielgestaltig: Die Strahlen konnen auf der einen Seite bioche­mische Reaktionsablaufe beeinflussen und schadigen, auf der anderen Seite Zellorganelle zerstoren. Derartige Veranderungen werden durch die Appli­kation von Cystein verringert (FORSSBERG und NYBORN 1953; MIKAELSON 1954; DALEN und 0FTEBRO 1963; MIKAELSON und PEDERSEN 1968). A us diesen Arbeiten geht hervor, daB fiir einen optimalen Schutz die Lange der Einwirkungszeit von Bedeutung ist: Nur wenn das Gewebe geniigend lange der Schutzsubstanz ausgesetzt war, ist eine maximale Beeinflussung des Strahlenschadens zu beobachten. Wenn man die Einwirkungszeit behandelt, so ist zu beriicksichtigen, daB sowohl eine Cysteinbehandlung vor einer Bestrahlung als auch nach einer solchen moglich ist. In der vorliegenden Arbeit werden Untersuchungsergebnisse tiber die Effektivitat verschieden langer Einwirkungszeiten dargestellt und zwar sow.ohl bei Vor­als auch bei Nachbehandlung. Dariiberhinaus wurde eine kombinierte Vor­und Nachbehandlung angewendet. Als Parameter des Strahlenschutzes bzw. des Strahlenschqdens wurden Kernanomalien (Ana-Telophase-Briicken und verklumpte Metaphasen), die Mitosefrequenz und die Dauer des Mitosezyk­lus herangezogen.

MATERIAL UND METHODE

Samen eines homozygoten Zuchtstammes von Vicia faba minor wurden im Brutschrank bei 21 cc zum Keimen gebracht. Nachdem die Hauptwurzeln deka-

[Caryologia, Vol. 26, n. 2, 1973

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plttert worden waren, wurden die Keimlinge in Behalter mit Knop'scher Nahr­losung iiberfiihrt. Nach wenigen Tagen hatten sich an den Hauptwurzelstiimpfen Sekundarwurzeln ausgebildet. Fi.ir die Versuche wurde moglichst homogenes Wur­zelmaterial verwendet.

Cystein kam in einer Konzentration von 0,05 mol zur Anwendung. Gelost wurde die Substanz in einem Phosphatpuffer (pH 6,5). Die Einwirkungszeit der Losung auf die Wurzeln betrug minimal 5 Min., maximal 3 h. Bestrahlt wurde mit einer Rontgenapparatur vom Typ MG 150 der Firma Miiller, Hamburg. Die Dosisleistung betrug 100 R pro Minute bei 100 KV, 15 rnA und 0,4 AI. Die Zeit zwischen dem Herausnehmen der Pflanzen aus der Cysteinlosung und dem Bestrahlen betrug etwa 20 Min., das gleiche galt fiir das lntervall zwischen dem Bestrahlen und dem folgenden erneuten Einwirken des ChemikaEums.

Fiir die cytologischen Untersuchungen wurden die Wurzelspitzen 4 h nach der Strahleneinwirkung in einem Gemisch aus 3 Teilen Alkohol und einem Teil Eisessig fixiert. Gefarbt wurde mit Karminessigsaure: 1 g Karmin auf 100 ml Eisessig. Von den Wurzelspitzen wurden Quetschpraparate hergestellt. Es wurde die Mitosefrequenz und der prozentuale Anteil an verklumpten Metaphasen (pro Gesamtzahl der Metaphasen) und an Ana-Telophase-Briicken (pro Gesamtzahl der Ana-Telophase-Zellen) ermittelt. Die Berechnung der Mitosezyklusdauer wurde nach der von EvANS et al. (19.57, 1959) entwickelten Methode durchgefiihrt

In den Kurven sind Mitteltwerte der resultierenden Ergebnisse angegeben. Die statistische Auswertung erfolgte iiber die Berechnung der mittleren quadra­tischen Abweichung.

ERGEBNISSE

I. Vorbehandlung.

Im Folgenden soli zunachst die Vorbehandlung, also die Cysteinbe­handlung vor einer Bestrahlung mit 500 R beriicksichtigt werden. Als Pa­rameter des Strahlenschutzes werden die Mitosefrequenz, die Mitosezyk­lusdauer und die Kernschaden herangezogen.

a) Mitosefrequenz.

Abbildung I gibt die Abhangigkeit der Mitosefrequenz von der Dauer der Einwirkungszeit einer 0,05 mol Cysteinlosung wieder. Die Behandlung erfolgte vor einer Bestrahlung mit 500 R. Wie aus der Abbildung ersichtlich, verringert diese Strahlendosis die Mitosefrequenz von 7,5 (Kontrolle) auf 2,8 (vergl. Saule 1 und 3, Abb. 1). Das entspricht einer Reduzierung urn den Faktor 2,7 oder einer Verminderung der Mitosefrequenz urn 63%. Nur mit Cystein behandelte Wurzeln zeigen keine Herabsetzung der Mito­sefrequenz (vergl. Saule 2, Abb. 1 ); die eindringende Cysteinmenge ist offenbar fiir das intakte Gewebe unschadlich. Liillt man wahrend verschieden !anger Zeiten vor einer Bestrahlung die Cysteinlosung auf die Wurzeln

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2

1

K K 0 10 15 20 30 45 50 60 75 120 180 15 30 60 •C Vorbehandlung Nachbehandlung

1 Abb. 1. - Anderung der Mitosefrequenz durch Cysteinbehandlung in Abhangigkeit von verschieden langen Einwirkungszeiten des Chemikaliums vor und nach einer Bestrahlung mit 500 R.

Fig. 1. - Modification of mitotic index by Cysteine treatment dependent of different times ot treatment before and after irradiation with 500 R.

einwirken, so ist ein Schutzeffekt zu erkennen. Eine vollstandige Reduzie­rung der Strahlenschaden wird erreicht, wenn die Wurzeln 75 Min. in der LOsung verbleiben. Die Mitosefrequenz von 7,5 wird durch 500 R unter diesen Bedingungen nicht vermindert. Klirzere Behandlungszeiten zeigen eine entsprechend geringere Wirkung: Setzt man die Wurzeln wah­rend 60 Min. der Cysteinlosung aus, so liegt die Mitosefrequenz bei 6,5, bei einer Einwirkungszeit von 30 Min. bei 5,2 ( vergl. Abb. 1 ). Eine Verliingerung der Behandlungsdauer tiber 7 5 Min. hinaus erzielt keine weitere Steigerung des Effektes.

Zur Erlauterung von Abbildung 1 soli Tabelle I herangezogen werden. Hier ist der prozentuale Schutzeffekt verschieden Ianger Einwirkungszeiten dargestellt. Unter Schutzeffekt bzw. Schutzwirkung wurde die prooentuale

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TABELLE I

Schutzeffekt verschieden Zanger Einwirkungszeiten einer 0,05 mol Cysteinlosung. Die Behandlung erfolgte vor einer Bestrahlung mit 500 R.

Protective effect of a 0.05 mol solution of Cysteine. The chemical was applied before irradiation.

Dauer der Cystein- Schutzeffekt in % Schutzeffekt in % behandlung bezogen auf die bezogen auf die in Minuten Mitosefrequenz Mitosezyklusdauer

0 0 0 15 53 53 30 53 53 60 79 82 75 100 100

120 100 100

Kontrolle 100 100

Verringerung des Strahlenschadens, bezogen auf den Maximalschaden ( = 100% ), verstanden. Dies gilt fiir aile in dieser Arbeit aufgefuhrten Parameter. Aus Tabelle I geht hervor, daB eine Cysteinbehandlung von 15 Min. einen Schutzeffekt von 53% zur Folge hat. Uingere Einwirkungs­zeiten (> 15 Min.) erzielen zuniichst keine weitere Steigerung. Der Schutz· effekt bleibt bei Einwirkungszeiten zwischen 15 und 30 Min. gleich hoch. Nach eigenen Untersuchungen des Verfassers ist in diesem Zeitraum aber eine fortgesetzte Cysteinaufnahme zu beobachten. * Somit kann dieses Fehlen einer weiteren Steigerung des Schutzeffektes nicht darin begriindet sein, daB von den Wurzeln kein Cystein mehr aufgenommen wird. Ausserdem ist bei einer Verliingerung der Einwirkungszeit auf 7.5 Min. ein vollstandiger Schutz nachzuweisen. Daraus folgt, daB die Reduzierung des gesamten Strahlenschadens offenbar iiber verschiedene Mechanismen verlauft, wobei unterschiedliche Cysteinmengen benotigt werden: So werden zunachst 53% des Schadens in Abhangigkeit von der applizierten Chemikalienmenge schrittweise vermindert und zwar bei Einwirkungszeiten his zu 15 Min. Eine Cysteinbehandlung von weiteren 15 Min. hat dann eine gleichbleibende Wirkung. Der Cysteingehalt reicht fiir eine Steigerung der Schutzwirkung oftenbar nicht aus, erst gro.Bere Mengen (bei einer Einwirkungszeit von mehr als 30 Min.) zeigen wieder eine ansteigende Effektivitat. Auch die Beobachtung, daB etwa 50% der Schiiden mit einer kleinen Cysteinmenge (bei einer Einwirkungszeit von 15 Min.) verhindert werden, wiihrend fur

* LAUMANN G. 1971, Dissertation: Untersuchungen iiber die Strahlenschutzwirkung von Cystein und Spermin auf Wurzelspitzenmitosen von Vicia faba.

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die Reduzierung der zweiten Halfte eine hohe Cysteinmenge bzw. eine verhaltnismaBig langere Einwirkungszeit von weiteren 60 Min. notwendig ist, laBt auf verschiedene Schutzmechanismen schlieBen.

b) Mitosezyklusdauer.

Unter Mitosezyklusdauer soli folgendes verstanden werden: Es ist die Zeit, die eine Zelle benotigt, urn die Interphase und die Mitosestadien zu durchlaufen. Die bier errechnete Dauer von 27 ,5h entspricht etwa der Angabe von GRAY und ScHOLES (1951) von 26,5h. Eine Bestrahlung von 500 R verlangert diese Zeit auf 45,5h (vergl. Saule 1 und 2, Abb. 2). Demgegenuber bewirkt eine Cysteinzugabe vor der Bestrahlung eine Ver­kurzung dieser Zeit: Bei einer Behandlungsdauer von 60 Min. lauft der Mitosezvklus in einem Zeitraum von 31h ab, bei einer solchen von 30 Min. in 38h .(Abb. 2). Die Beeinflussung durch das Chemikalium erfolgt in der Weise, wie es bereits fur die Mitosefrequenz beschrieben wurde (vergl. Tab. I). Aus der Tabelle geht hervor, daB eine Einwirkungszeit von 15 bzw. 30 Min. einen Schutzeffekt von annahernd 50% zur Folge hat, eine solche von mehr als 60 Min. eine Schutzwirkung von 100%. Die Obereinstimmung in der Schadenreduziemng ist zu erwarten, da die Mitosefrequenz und die Mitosezyklusdauer von einander abhangige GraBen sind: Wird die Mitosezyk­lusdauer verringert (beispielsweise durch eine Bestrahlung), so treten we­niger Zellen in die Mitose ein.

c) Kernschi:iden.

Neben der Mitosefrequenz und der Mitosezyklusdauer wurden als weitere cytologische Kriterien zur Beurteilung von Strahlenschaden Chro­mosomenveranderungen herangezogen, und zwar Verklumpungen der Me­taphase und Bruckenbildungen der Ana- Telo-phase. Diese Anomalien treten nach Strahleneinwirkung verstarkt auf und sind mit Hilfe des Mikroskops Ieicht zu erkennen.

Der Verlauf der Kurven fur verklumpte Metaphasen und Ana-Telo­phase-Brucken (Abb. 3) laBt bei keiner Behandlungsdauer eine signifikante Verschiedenheit erkennen, sodaB beide Anomalien auf den gleichen Scha­digungsmechanismus zuriickzufuhren sind. Dies laBt sich in sofern erklaren, als der groBte Teil der Ana-Telophase-Brucken, der nach einer Bestrahlung mit 500 R sichtbar wird, aus verldumpten Metaphasen hervorgegangen ist (vergl. WHITING 1960).

Eine Bestrahlung mit 500 R bewirkt einen Schaden von etwa 70%. Durch die Cysteinbehandlung werden die auftretenden Anomalien verrin­gert: Eine Einwirkungszeit von 45 Min. erzielt eine maximale Reduzierung

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K 0 10 15 30 60 120 15 30 Vorbehandlung Nachbehandlung

2 Einwirkungszeit in Min. Abb. 2. - Anderung der Mitosecyklusdauer durch Cysteinbehandlung in Abhiingigkeit von verschieden langen Einwirkungszeiten des Chemikaliums vor und nach einer Bestrahlung mit 500 R.

J:iig. 2. - Modification of duration of mitotic cycle by Cysteine treatment dependent of difterent times of treatment before and after irradiation with 500 R.

der Defekte, nur noch 35% Schaden sind zu beobachten. LaBt man das Chemikalium wahrend 15 Min. einwirken, so werden noch 50% Schaden ermittelt. Aus diesen Befunden ergibt sich, daB im Unterschied zu den Ergebnissen, die in Bezug auf die Mitosefrequenz erhalten wurden, eine

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•- - - verklumpte Metaphasen a--a Ana-Telophose-Briicken

120 90 60 30 15 0 15 30 60 90 Vorbehandlung Nachbehandlung

8nwirkungszeit in Min.

Abb. 3. - Reduzierung von Kernschiiden durch Cysteinbehandlung in Abhiingigkeit von verschieden langen Einwirkungszeiten des Chemikaliums vor und nach einer Bestrahlung mit 500 R.

Fig. 3. - Reduction of nucleic damage by Cysteine treatment ·:iependent of different times ot treatment before and after irradiation with 500 R.

optimale Cysteinbehandlung hier keinen vollstandigen Schutz bietet. Ein Schaden von 50% bleibt auch bei einer Einwirkungszeit von 45 Min. sichtbar ( vergl. Abb. 3 ). Weiterhin wird deutlich, daB Kernschaden durch eine kiirzere Behandlungsdauer - im Vergleich zur Mitosefrequenz -vermindert werden.

Eine Schadigung des Kerns nur durch Cysteineinwirkung wurde nicht beobachtet. Somit werden die auftretenden Kernanomalien allein durch die Bestrahlung bewirkt.

II. Nachbehandlung.

Im Vergleich zu den Ergebnissen, die sich bei einer Cysteinbehand­lung vor einer Bestrahlung mit 500 R ergaben, sollen im Folgenden solche besprochen werden, die bei einer Cysteinanwendung nach einer Bestrah­lung erhalten wurden. Als Parameter des Strahlenschutzes wurden die gleichen Anomalien wie bei Vorbehandlung gewahlt.

a) Mitosefrequenz.

Wie Abb. 1 zeigt, fiihrt auch eine Nachbehandlung zu einem vorzeitigen Anstieg der Mitosefrequenz. Eine Einwirkungszeit von 30 Min. fiihrt bereits 4h nach der Bestrahlung zu einem annahernd normalen Mitoseindex, wahrend

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die nicht mit Cystein behandelten Wurzeln diesen erst 36h nach der Strah­leneinwirkung wieder erreichen (vergl. Dissertation d. Verfassers). Das be­deutet, daB sich die Zellen, gemessen am Mitoseindex, sehr schnell vom Strahlenschaden erholen, wenn die Wurzeln wiihrend einer bestimmten Zeit nach der Bestrahlung mit Cystein behandelt werden. Wahrend eine Einwirkungszeit von 30 Min. bei Nachbehandlung bereits einen optimalen Eftekt zeigt, war bei Vorbehandlung unter dieser Bedingung nur ein Schut­zeffekt von 50% zu beobachten (Tab. I). Auf der anderen Seite ist bei einer Cysteinbehandlung von 15 Min., die bei Vorbehandlung einen Schutz von 50% erzielte, keinerlei Wirkung zu erkennen. Offenbar erfolgen die Schutzreaktionen des Chemikaliums bei Vor- und Nachbehandlung nach verschiedenen Gesetzen. Dies ist zu erwarten, wenn man annimmt, daB das Cystein bei Vorbehandlung mit intakten Zellbestandteilen reagiert, wiihrend es bei Nachbehandlung in schon geschiidigte Zellen eindringt.

b) Mitosezyklusdauer.

Auch eine strahlenbedingte Verliingerung der Mitosezyklusdauer kann durch eine Nachbehandlung wieder normalisiert werden. Abbildung 2 laBt dieses erkennen. Nach einer Einwirkungszeit von 30 Min. ist der zeitliche Ablauf des Mitosezyklus fast vollstiindig normal. Eine Behandlungsdauer von 15 Min. hat dagegen noch keine Wirkung. Somit zeigt sich auch hier die Dbereinstimmung von Mitosefrequenz und Mitosezyklusdauer bezi.iglich ihres Verhaltens gegeni.iber Bestrahlung und Cysteinanwendung.

c) Kernschiiden.

Zum Ausheilen von Kernschiiden sind im Vergleich zur Vorbehandlung Hingere Einwirkungszeiten notwendig: Erst eine solche von 60 Min. erzielt einen optimalen Schutzeffekt ( vergl. Abb. 3 ). Verklumpte Metaphasen und Ana-Telophase-Bri.icken verhalten sich in ihrer Reaktion auf die Cystein­zugabe wieder gleich. Bei maximaler Schadenreduzierung sind noch 40 his 50% Restschiiden zu beobachten, offenbar ist die Schutzwirkung bei Nach· behandlung geringer als bei Vorbehandlung.

III. Kombinierte Vor- und Nachbehandlung.

Im Zusammenhang mit den Untersuchungen, die sich bei Cysteinvor­und -nachbehandlung ergaben, war es interessant zu pri.ifen, zu welchem Ergebnis eine kombinierte Vor- und Nachbehandlung fi.ihrt. In Tabelle II sind einige Daten wiedergegeben. Unter 1 ist jeweils das Ergebnis bei kombinierter Behandlung angegeben, unter 2 das entsprechende Resultat bei getrennter Vor- und Nachbehandlung. Als Parameter des Strahlenschut­zes wurden die Mitosefrequenz und die Kernschiiden beri.icksichtigt.

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TABELLE II

Redu:r.ierung von Strahlenschaden durch eine kombinierte Vor- und Nachbehandlung mit Cystein bei einer Bestrahlung mit 500 R. Erliiuterungen im Text.

Reduction of radiation damage - produced by 500 R -by a combined pre- and aftertreatment with Cysteine.

Schutzeffekt in % Dauer der Cystein be- Mitosefrequenz verklumpte Ana-Telophase-handlung Metaphasen Briicken

1 2 1 2 1 2

1. lh vor

65 87 54 50 54 50 30 Min. 90 14 14 nach

2. 1,75h vor

83 100 77 50 63 50 30 Min. 90 14 14 nach

3. 87 50 50 lh vor 100 90 80 36 67 36 1h nach

4. 100 50 50 2h vor 100 90 71

lh nach 90 36 36

a) Kernschaden.

Wie sich aus Tabelle I ergibt, ist die Schutzwirkung in Bezug auf die Kernschaden bei kombinierter Behandlung in jedem Fall groBer als diejenige bei getrennter. Moglicherweise kommt es zu einer Addition der Einzeleffekte. Betrachtet man Beispiel 3, so ergibt sich bei kombinierter Behandlung ein Schutzeffekt von 80% in Bezug auf verklumpte Meta­phasen. Bei entsprechender Vorbehandlung allein wurde ein solcher von 50% ermittelt, bei Nachbehandlung ein solcher von 36%. Das ergibt addiert einen Wert von 86%, dieser stimmt annahernd mit dem vorge­nannten iiberein. Beziiglich der Ana-Telophase-Briicken (vergl. Beispiel 2) konnten folgende Werte ermittelt werden: Bei kombinierter Behandlung wurde eine Schutzwirkung von 63% errechnet. Die Vorbehandlung erzielt einen Schutzeffekt von 50% und die Nachbehandlung einen solchen von 14% . Die Addition dieser heiden Zahlen ergibt die Summe von 64%. Auch bier ist eine Dbereinstimmung der Werte festzustellen.

Aus den Befunden kann moglicherweise geschlossen werden, daB die

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Schutzreaktionen bei Vorbehandlung iiber einen anderen Mechanismus erfolgen als bei Nachbehandlung. Offenbar reduzieren zwei verschiedene Cysteinmengen - diejenigen der Vorbehandlung und die der Nachbehand­lung - jeweils verschiedene Anteile des Gesamtschadens, sodaB es fast zur vollstandigen Reduzierung der Defekte kommt. Bei Vorbehandlung allein bleibt ein Restschaden sichtbar, der in seinem Umfang annahernd demje­nigen entspricht, der durch die Nachbehandlung vermindert wird. Diese Beobachtungen konnen dahin gedeutet werden, daB die Reaktionen der Vorbehandlung zu Beginn der Nachbehandlung bereits abgeschlossen sind. Eine Dberlappung der Reaktionsablaufe scheint somit nicht vorzuliegen.

b) Mitosefrequenz.

Wie aus Tabelle II hervorgeht, ist hinsichtlich der Mitosefrequenz eine additive Wirkung nicht festzustellen. Hier scheint die Cysteinbehand­lung nach der Bestrahlung die Wirkung der Vorbehandlung zu beeinflussen. Betrachtet man Beispiel 2, so wird erkennbar, daB bei einer kombinierten Behandlung ein Schutz von 83% erzielt wird. Die Vor- und Nachbehand­lung batten allein jeweils annahernd einen solchen von 100% bewirkt. Es ware somit eine vollstandige Reduzierung der Schaden zu erwarten. Da dieses nicht der Fall ist, kann geschlossen werden, daB die Schutzwir­kung des Cysteins, die normalerweise bei Vor- und Nachbehandlung sicht­bar wird, unter den vorliegenden Bedingungen zum Teil unterdriickt wird (vergl. Beispiel 1 und 2, Tab. II), sodaB der Schutzeffekt bier bei kombi­nierter Behandlung geringer als entweder bei Vor- oder bei Nachbehandlung ist. Erst Einwirkungszeiten von 1 h vor und 1 h nach der Bestrahlung zeigen einen 100% igen Schutz, wobei offenbar die Lange der Nachbehand­lungszeit eine entscheidende Rolle spielt: Erst bei einer Cysteinzugabe nach der Bestrahlung wahrend 1 h ist eine vollstandige Normalisierung ZU beob· achten. Interessant ist, daB bei einer Nachbehandlung allein eine Ein· wirkungszeit von 30 Min. bereits einen optimalen Effekt zeigt.

DISKUSSION

In den dargelegten Ergebnissen wurde anhand der verschiedenen Pa­rameter die Schutzwirkung von Cystein bei einer Bestrahlung mit 500 R beschrieben. Besondere Bedeutung wurde dabei der Lange der Einwirkungs­zeit beigemessen. Es wurde gepriift, bei welcher Behandlungsdauer ein optimalen Strahlenschutz zu beobachten ist. Wenn man als Parameter ver­schiedene cytologische Daten wahlt, konnte festgestellt werden, daB nicht die Lange einer bestimmten Einwirkungszeit den hochsten Schutzeffekt erzielt: Der geringste Anteil an Kernschaden ist dann zu beobachten, wenn

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die Wurzelspitzen wahrend 45 Min. vor einer Bestrahlung der Cysteinlosung ausgesetzt waren. Die Mitosefrequenz und die Mitosezyklusdauer dagegen werden erst nach einer Behandlungsdauer von 7 5 Min. optimal geschiitzt. In Bezug auf die Nachbehandlung ist eine Einwirkungszeit von 60 Min. notwendig, wenn die Kernschaden reduziert werden sollen, wohingegen die Schaden beziiglich der Mitosefrequenz bereits nach einer Behandlungsdauer von 30 Min. optimal ausgeheilt werden. Eine Einwirkungszeit, die eine maximale Schadenverminderung - in Bezug auf aile bier angefiihrten Scha­den - zur Folge haben soli, mu.B also bei Vorbehandlung 75 Min. lang sein, wahrend bei Nachbehandlung eine solche von 60 Min. ausreichend ist. Die kiirzere Einwirkungszeit bei Nachbehandlung dar£ nicht dariiber hinweg tauschen, daB bei einer Cysteinbehandlung nach der Bestrahlung ein verringerter Schutzeffekt gegeniiber einer Vorbehandlung zu beob­achten ist.

Wenn man den Wirkungsgrad verschieden Ianger Behandlungszeiten fur die unterschiedlichen Parameter betrachtet, so stellt man fest, daB nur zum Teil ein vollstandiger Schutz erzielt wird: Die Kernschaden werden in keinem Fall ganz reduziert. Bei Vorbehandlung werden annahernd 50% der Kernanomalien verhindert, bei Nachbehandlung sind es nur etwa 35%. Eine weitere Reduktion der Schaden ist aber dann moglich, wenn sowohl eine Vor-als auch eine Nachbehandlung angewendet wird. In einem solchen Fall konnen nur noch 20% Schaden beobachtet werden. Dieser Befund deutet darauf hin, daB durch die Vorbehandlung bzw. die Nachbehandlung verschiedene Anteile der Kernschaden reduziert werden, sodaB es bei zweifacher Anwendung fast zur vollstandigen Normalisierung kommt.

Ober die Schutzreaktionen des Chemikaliums beziiglich der Reduzie­rung der Kernschaden ist den dargelegten Ergebnissen nur wenig zu entneh­men. Es kann lediglich angenommen werden, daB bei Vor- und Nachbehand­lung verschiedene Mechanismen zur Anwendung kommen, etwa in der Art, daiS das Cystein im einen Fall eine erhohte Strahlenresistenz (vergl. REVESZ et al. 1963 ), im anderen eine Reparatur des Schadens bewirkt ( vergl. BACQ et al. 1961).

Konnten die Kernanomalien nicht vollstandig reduziert werden, so gelingt dieses mit den Schadigungen beziiglich der Mitosezyklusdauer und der Mitosefrequenz. Wie bereits gesagt wurde, sind beide GroBen von einander abhangig, werden also in gleicher Weise von einer Cysteinbehand­lung beeinflu.Bt. Bei Vorbehandlung erfolgt die V erminderung der Schaden offenbar tiber zwei Mechanismen, die jeweils etwa 50% des Schadens ver· hindern. In welcher Weise das geschieht, ist den Befunden nur indirekt zu entnehmen. Wenn man beriicksichtigt, daB die beschriebenen Schaden 4 h nach der Bestrahlung beobachtet wurden, so kann man annehmen, daB

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die Verminderung der Mitosefrequenz teilweise durch eine Blockierung der Zellen in der G2-Phase - etwa durch Inaktivierung von Mitosen auslo­senden Enzymen - erfolgt (vergl. MARQUARDT 1950). Ausserdem ist die G2-Phase zum Teil fiir die Verlangerung der Mitosezyklusdauer verantwort­lich (vergl. EvANS 1965). Offenbar bewirkt eine Chemikalienbehandlung, daB die Blockierung nicht zustande kommt, indem vielleicht die strahlen­getahrdeten Enzyme geschiitzt werden. Auf der anderen Seite kann ange­nommen werden, daB ein Teil des Cysteins der Vorbehandlung, ebenso wie dasjenige der Nachbehandlung, erst nach der Bestrahlung zur Wirkung kommt, indem Strahlenschaden repariert werden, etwa durch H- und e­Ubertragung (vergl. BACQ et al. 1961 ). Dies kann aus den Beobachtungen beziiglich der kombinierten Vor- und Nachbehandlung geschlossen werden. Die Wirkung des Cysteins, das vor der Bestrahlung appliziert wurde, wurde durch die erneute Cysteinbehandlung beeinfluBt. Ausserdem ist auf dieses Verhalten zuriickzufiihren, daB eine kombinierte Behandlung beziiglich der Mitosefrequenz zu einer Verringerung der Strahlenschutzwirkung fiihrt.

LITERATUR

BACQ Z. M. und ALEXANDER P., 1961. - Fundamentals of Radiobiology. International Series of Monographs on Pure and Applied Biology.

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and cytology of Allium cepa roots. Phisiol. Plantarum, 6: 78. MARQUARDT H., 1950. - Neuere Auffassungen uber einige Prob!eme aus der Pathologie der

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MIKAELSON K. und PEDERSEN D. F., 1968. - Protective effectiveness of Cysteine, Cysteamine and Cystamine against X-ray induced chromosome aberration at different stages of

mitosis. Hereditas, 60: 299.

SUMMARY

Studies on the radioprotective effect of Cysteine. Influence of Cysteine handling before and after X-irradiation on mitosis in root tips of Vicia faba.

Root tips of Vicia faba were irradiated with 500 R. To diminish radiation damage the roots were treated with a 0.05 mol solution of Cysteine for different periods of time. They were exposed to this solution not only before but also after irradiation. Besides a combined treatment hereof was applied. Mitotic index, duration of mitotic cycle and irregularities of nucleus were used as parameters of radiation damage and radioprotection. It turned out that

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an exposure of 75 min. (concerning mitotic index and duration of mitotic cycle) and of 30 min. (concerning defects of nucleus) attain highest protection. Cysteine treatment after irra­diation also was effective though less than with pretreatment. Radiation induced disturbance of mitosis was eleminated completely. Defects of nucleus were diminished by 60 p.c. with pretreatment and by 30 p.c. with treatment after irradiation. A further reduction of nucleic detects was observed when a combined treatment was used. Under these conditions 85 p.c. ot defects were reduced. Concerning mitotic index it was shown that a treatment after irradiation influences the effect of pretreatment: The protective effect was partially less than with a single treatment.

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