In dieser Arbeit wurde ein Aufbau zur gezielten Bestrahlung von zellulären und nukleären Substrukturen am Rasterionenmikroskop SNAKE entwickelt, erfolgreich installiert und charakterisiert. Diese Entwicklung bildete die methodische Grundlage für die Untersuchung der Sensitivität des Nucleolus im Zellkern auf ionisierende Strahlung. Das präsentierte neue Zielbestrahlungskonzept ermöglicht es, Substrukturen in Zellen mit einer Genauigkeit von besser als (0,4±0,7) µm in X-Richtung und (-0,2±0,8) µm in Y-Richtung mit einzelnen, abgezählten Ionen zu bestrahlen. So wird ein Nucleolus mit 3 µm Durchmesser von einem einzeln applizierten Ion zu mehr als 80% Wahrscheinlichkeit getroffen. Die Bestrahlung von 15-20 Zellen eines Kamerablickfeldes dauert dabei etwa 1 min, wodurch auf einer Probe mehr als 1000 Zellen pro Stunde gezielt bestrahlt werden können. Diese methodische Entwicklung macht die Behandlung neuer Fragestellungen in der Strahlenbiologie möglich und wird schon erfolgreich für Projekte, wie der Untersuchung der Strahlensensitivität von Mitochondrien oder dem Vergleich von UV-Mikrobestrahlungen mit Ionenbestrahlungen angewendet. Als treibende Idee dieser Entwicklung wurde in dieser Arbeit erstmals mit einer gezielten Nucleolusbestrahlung mit 55 MeV Kohlenstoffionen die Hypothese getestet, ob der Zellkern homogen auf Strahlung sensitiv ist. Dazu wurde gezielt der Nucleolus oder der Zellkern mit ausgesparten Nucleoli mit 3 Ionen auf einen Punkt bestrahlt, was auf den Zellkern gemittelt etwa 1,1 Gy entspricht, und ein Zytokineseblock-Mikrokerntest durchgeführt. Es ergaben sich mit (0,34±0,04) nach Nucleolusbestrahlung (NB) und (0,35±0,04) nach „Zellkern ohne Nucleolus“-Bestrahlung (ZB) die gleichen Mikrokernraten pro doppelkerniger Zelle, die aber deutlich erhöht zu den Kontrollpositionen mit (0,073±0,019) und (0,073±0,022) sind. Nach NB wurde eine signifikant höhere Doppelkernrate von (0,60±0,04) pro bestrahlter Zelle beobachtet als nach ZB mit (0,508±0,023). Bei unbestrahlten Zellen lag die Doppelkernrate bei (0,600±0,024). Offensichtlich wird der Zellzyklus nach NB etwas weniger verzögert als nach ZB. Bei beiden Endpunkten ist der Unterschied jedoch deutlich geringer als man anhand des DNA-Dichteunterschieds annehmen würde (DNA-Dichte im Nucleolus ≈ 5% DNA-Dichte im Zellkern). Damit wirken sich im Nucleolus erzeugte DNA-Schäden scheinbar schwerer aus als im restlichen Zellkern. Zusätzlich wurde überprüft, ob eine gezielte Bestrahlung des Nucleolus mit 1, 10, 50 und 100 Kohlenstoffionen eine Stressantwort der Nucleoli in der Zelle hervorruft. Eine auftretende nucleoläre Segregation mittels Färbung des UBF-Proteins, wie nach UV-Bestrahlung beobachtet wird, wurde weder in allen Nucleoli eines Zellkerns noch an dem bestrahlten Nucleolus in Folge der Ionenbestrahlung beobachtet. Jedoch ergab die Analyse der Transkription, dass an der Stelle eines Nucleolustreffer zu mehr als (90±20)% das Signal des 5EU-Einbaus in die rRNA des Nucleolus verringert ist. Während auch keine generelle Umverteilung des Parp1-Proteins über den kompletten bestrahlten Nucleolus beobachtet wurde, kam es jedoch zu (57±15)% lokal an der Stelle des reduzierten 5EU-Signals zu einer lokalen Verringerung des Parp1-Signals. Dies lässt auf eine von der Ionenzahl unabhängige lokale Hemmung der rRNA-Transkription im Nucleolus schließen.    «

In dieser Arbeit wurde ein Aufbau zur gezielten Bestrahlung von zellulären und nukleären Substrukturen am Rasterionenmikroskop SNAKE entwickelt, erfolgreich installiert und charakterisiert. Diese Entwicklung bildete die methodische Grundlage für die Untersuchung der Sensitivität des Nucleolus im Zellkern auf ionisierende Strahlung. Das präsentierte neue Zielbestrahlungskonzept ermöglicht es, Substrukturen in Zellen mit einer Genauigkeit von besser als (0,4±0,7) µm in X-Richtung und (-0,2±0,8) µm...    »