Radiology and Physical Medicine

Carcinogenesis from radiation: basic mechanisms Carcinogénesis por radiación: mecanismos básicos

August 11, 2014 | Translate

The complex and multi-step mechanisms of radiation-induced carcinogenesis are far from being fully understood 1. But since 1902 when radiation was first reported as a cause of cancer 2, there have been numerous studies confirming the carcinogenic nature of ionizing radiation.

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This Brief Post is centered on the effects of ionizing radiation due to the current lack of information on the possible carcinogenic nature of non-ionizing radiation. For many years the UNSCEAR Committee has analysed the incidence of cancer in people exposed to ionizing radiation from medical procedures, from the environment, and from the different radioactive disasters that have occurred 3. It is considered one of the few established universal carcinogens, with a definite dose-response, studied either with a lineal model or a linear-quadratic model. Histologically, the types of cancer are the same as those induced by other carcinogens, although the distribution may be different, and there is a latent period between exposure and clinical findings of cancer 2.

The energy deposited randomly in a cell by radiation can cause irreparable damage. Most studies focus on DNA damage, although it has also been seen that ionizing radiation can cause damage to cytoplasmic pathways. This may cause the death of the cell, through apoptosis or reproduction failure, or it may cause damage that the cell will try to repair. If the cell cannot repair the damage correctly, then the cell with continue to live, with chromosomal aberrations, which can be divided into stable or unstable. It is thought that stable aberrations leading to the inactivation of tumour suppressor genes or the activation of oncogenes play an important role in radiation-induced carcinogenesis. The most important types are deletions 2, 1.

Although these mutations are fundamental, they are not the only factors involved in this mechanism. These factors consist of genomic instability, bystander effects, adaptive responses, the modulation of non-carcinogenic factors, the effect of radiation to the immune system, and individual genetic susceptibility 3, 1. Genomic instability is a phenomenon whereby radiation may make cells more susceptible to mutations and molecular changes after numerous normal divisions post-radiation 2, 3. There is evidence that irradiated cells can transmit damage signals to non-irradiated cells (bystander effects). This means that radiation may have an effect on cells not only in a direct manner, but also indirectly. There also appear to be certain non-carcinogenic factors such as hormones, growth factors, and anti-inflammatory agents that can modulate the transformation to malignant cells 2. An adaptive response is based on the hypothesis that low-dose radiation may cause cells to adapt and actually become more resistant to the negative effects of radiation. Finally radiation to the immune system could influence the development of cancer 3.

In conclusion, substantial evidence exists showing the carcinogenic nature of radiation, but this is just the start of our understanding of the multi-step, multi-factor mechanisms of radiation-induced carcinogenesis.

Bibliography
1. Wondergem J. Radiation biology: a handbook for teachers and students. Training course series nº 42. Vienna: IAEA, 2010; p. 51. Available from: http://www-pub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/TCS-42_web.pdf
2. Bast RC Jr, Kufe DW, Pollock RE, et al., editors.Hamilton (ON): BC Decker; 2000; ch. 14. Available from: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK20793/
3. UNSCEAR 2010 Report. Report of the United Nations Scientific Committee on the effects of atomic radiation 2010, 57th session. New York: United Nations Publications; 2011; p.6-11. Available from:
http://www.unscear.org/docs/reports/2010/UNSCEAR_2010_Report_M.pdf

Author: Xanthe Harvey
4º Course, Medicine. Granada University

Todavía no se entienden del todo los mecanismos tan complejos y de tantos pasos de la carcinogénesis radio-inducida 1. Pero desde 1902 cuando se vio por primera vez que la radiación era una causa de cáncer 2, se han realizado numerosos estudios que confirman la naturaleza carcinogénica de la radiación ionizante.

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Este Brief Post se centra en los efectos de la radiación ionizante dada la falta de información sobre la posible naturaleza carcinogénica de la radiación no ionizante. El comité de UNCSEAR lleva muchos años analizando la incidencia de cáncer en personas expuestas a radiación ionizante ya sea de procedimientos médicos, del medio ambiente, o de los distintos desastres radioactivos ocurridos 3. Se considera uno de los pocos carcinógenos universales establecidos, con una respuesta dosis-dependiente definida, estudiando con un modelo lineal o cuadrático-lineal. Histológicamente, los tipos de cáncer son iguales que los que son inducidos por otros carcinógenos, aunque la distribución puede ser distinta, y existe un periodo de latencia entre la exposición y la evidencia clínica de cáncer 2.

La energía que la radiación deposita al azar dentro de una célula puede ocasionar un daño irreparable. La mayoría de los estudios se han centrado en el daño del ADN, aunque también se ha visto que la radiación ionizante puede producir daño en las vías citoplasmáticas. Esto puede dar lugar a la muerte de la célula, por apoptosis o por error en la reproducción, o bien puede producir daño que la célula tratará de reparar. Si la célula no puede reparar el daño correctamente, seguirá viviendo con aberraciones cromosómicas, que se dividen en estables e inestables. Se cree que las aberraciones estables que dan lugar a la inactivación de genes supresores de tumores y a la activación de oncogenes juegan un papel importante en la carcinogénesis inducida por radiación. Las deleciones son las más importantes 2, 1.

Aunque estas mutaciones son fundamentales, no son los únicos factores que influyen en este mecanismo. Otros factores son la inestabilidad genómica, efectos bystánder, respuestas adaptativas, la modulación de factores no carcinogénicas, el efecto que tiene la radiación sobre el sistema inmune, y la susceptibilidad genética individual 3, 1. La inestabilidad genómica es un fenómeno por el cual la radiación hace que las células sean más susceptibles a las mutaciones y a los cambios moleculares tras numerosas divisiones normales pos-radiación 2, 3. Existe evidencia de que células irradiadas podrían transmitir señales a células que no hayan sido irradiadas (efectos bystánder). Esto significa que la radiación podría tener un efecto sobre las células no sólo de una forma directa, sino también de forma indirecta. Parece ser que además existen ciertos factores no carcinogénicos como hormonas, factores de crecimiento y agentes anti-inflamatorios que tienen la capacidad de modular la transformación hacia células malignas2. La respuesta adaptativa se basa en hipótesis de que radiación de baja dosis podría hacer que las células se adaptasen de tal manera que se hagan más resistentes a los efectos negativos de la radiación. Por último la radiación del sistema inmune podría influir en el desarrollo de cáncer 3.

Existe mucha evidencia a favor de la naturaleza carcinogénica de la radiación, pero sólo se está comenzando a entender los mecanismos multifactoriales y de muchos pasos de la carcinogénesis radio-inducida.

Bibliografía
1. Wondergem J. Radiation biology: a handbook for teachers and students. Training course series nº 42. Vienna: IAEA, 2010; p. 51. Available from: http://www-pub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/TCS-42_web.pdf
2. Bast RC Jr, Kufe DW, Pollock RE, et al., editors. Hamilton (ON): BC Decker; 2000; ch. 14. Available from: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK20793/
3. UNSCEAR 2010 Report. Report of the United Nations Scientific Committee on the effects of atomic radiation 2010, 57th session. New York: United Nations Publications; 2011; p.6-11. Available from:
http://www.unscear.org/docs/reports/2010/UNSCEAR_2010_Report_M.pdf

Autor: Xanthe Harvey
4º Curso, Grado de Medicina. Universidad de Granada

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