Exploring the correlation between early DNA damage signaling via γH2AX and cell clonogenic survival after exposure of cancer cell lines to ionizing radiation in a therapeutic dose range.

This thesis investigates the radiation response of the triple-negative breast cancer (TNBC) cell line BT549 in a therapeutic dose range (0 - 10 Gy). The research provides information on the radiobiological response of this cell line in terms of cell survival through the standard clonogenic assay and of the induction and repair of DNA damage (in particular, double-strand breaks (DSBs)) via γH2AX activation measured by flow cytometry. The collected dataset serves as input to the initial stage of the multidisciplinary European project IMAGEOMICS, which aims to optimize TNBC treatment by combining radiotherapy and immunotherapy. The BT549 cell line demonstrated moderate radioresistance in terms of clonogenic survival, which aligns with the previously published results. New results demonstrate a dose-dependent increase in the γH2AX signal, indicating repair pathway activation. Newly acquired experimental data for BT549 were then integrated into a common analysis using previously measured datasets on the same radiobiological endpoints for cell lines of different origins: these include HeLa (cervical cancer), CaCo-2 (colorectal cancer), and HaCaT (healthy keratinocytes). Comparing cell survival data, HeLa demonstrated the highest radioresistance based on the α/β ratio from the linear quadratic (LQ) model and the survival fraction at 2 Gy (SF2). All cells showed increased activation of γH2AX for increasing dose, with an indication of signal saturation in the investigated dose range for BT549 and Caco-2. Among all cell lines, HaCaT showed a unique behavior in terms of survival, with the highest survival at the highest 10 Gy dose and the lowest activation of γH2AX at all doses. Differences in their behavior could be presumably accredited to their healthy origin. Integrating all data for the different cell lines, a combined analysis of the clonogenic survival assay and the flow cytometry measurement was finally performed to investigate possible correlations between early and late radiation responses. The α/β ratio, as the descriptor of the linear-quadratic model for cell survival, and the slope of the γH2AX signal increase vs. dose (k) demonstrated potential for correlation; however, further research with more cell lines is required to draw solid conclusions on the correlation trend.

Questa tesi indaga la risposta alle radiazioni della linea cellulare BT549 del cancro al seno triplo negativo (TNBC) in un intervallo di dosi terapeutiche (0 - 10 Gy). La ricerca presenta informazioni sulla risposta radiobiologica di questa linea cellulare in termini di sopravvivenza cellulare attraverso il saggio clonogenico e di induzione e riparazione del danno al DNA (in particolare, rotture del doppio filamento (DSB)) tramite attivazione γH2AX misurate mediante citometria a flusso. Il dataset raccolto serve come input per la fase iniziale del progetto europeo multidisciplinare IMAGEOMICS, il cui obiettivo è ottimizzare il trattamento del TNBC combinando radioterapia e immunoterapia. La linea cellulare BT549 ha dimostrato una moderata radioresistenza in termini di sopravvivenza clonogenica, in linea con risultati precedentemente pubblicati. Nuovi risultati mostrano un aumento dose-dipendente del segnale γH2AX, indicativo dell’attivazione delle vie di riparazione. I dati sperimentali acquisiti per BT549 sono stati poi integrati in un’analisi comune utilizzando dataset precedentemente misurati sugli stessi parametri radiobiologici per linee cellulari di diversa origine: queste includono HeLa (carcinoma cervicale), CaCo-2 (cancro colorettale) e HaCaT (cheratinociti sani). Confrontando i dati di sopravvivenza cellulare, HeLa ha dimostrato la massima radioresistenza sulla base del rapporto α/β del modello lineare-quadratico (LQ) e della frazione di sopravvivenza a 2 Gy (SF2). Tutte le linee cellulari hanno mostrato un aumento dell’attivazione di γH2AX con l’aumentare della dose, con un’indicazione di saturazione del segnale nell’intervallo di dosi in- vestigato per BT549 e CaCo-2. Tra tutte le linee cellulari, HaCaT ha mostrato un comportamento unico in termini di sopravvivenza, con la sopravvivenza più alta alla dose di 10 Gy e la minore attivazione di γH2AX a tutte le dosi. Le differenze nel loro comportamento potrebbero essere presumibilmente attribuite alla loro origine sana. Integrando tutti i dati per le diverse linee cellulari, è stata infine effettuata un’analisi combinata del saggio di sopravvivenza clonogenica e della misurazione mediante citometria a flusso per indagare possibili correlazioni tra risposte precoci e tardive alle radiazioni. Il rapporto α/β, come descrittore del modello lineare-quadratico per la sopravvivenza cellulare, e la pendenza dell’aumento del segnale γH2AX rispetto alla dose (k) hanno dimostrato un potenziale di correlazione; tuttavia, sono necessarie ulteriori ricerche con un maggior numero di linee cellulari per trarre conclusioni solide sulla tendenza della correlazione.