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高LET放射線による細胞分裂死誘導メカニズムの解明とがん治療への応用

Research Project

Project/Area Number 22K12369
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 63020:Radiation influence-related
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

島田 幹男  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (20548557)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords重粒子線 / 癌治療 / 中心体 / DNA切断 / 高LET放射線 / 染色体不安定性 / がん治療 / 細胞分裂死
Outline of Research at the Start

高LET放射線はp53変異を持つがん細胞においても細胞死を効率的に誘導するが、その要因としてp53の活性に依存しない細胞死の様式の一つである「細胞分裂死」の割合が多く占めているからと考えられる。しかし、高LET放射線がいかに細胞分裂死を誘導するかは不明な点が多く、そのメカニズムを利用した効率的ながん治療法の開発の障壁となっていた。そこで本研究では高LET放射線が細胞分裂死を誘導する分子メカニズムの解明を目的とし、細胞分裂死を促進する化合物の開発に結びつけ、現在よりさらに効率的ながん治療法の確立を目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は高い線エネルギー付与(高LET)効果を持つ重粒子線が低LETであるX線やガンマ線と比較して細胞に照射時に高い確率で細胞分裂死を誘導する現象に着目し、その分子メカニズムの解明を目指すものである。
がん化した細胞は半数以上がp53遺伝子に変異を持つことが知られている。そのため転写産物であるp53タンパク質依存的な細胞死であるアポトーシスの活性が低下しているためにがん細胞では低LET放射線によるアポトーシスの誘導が十分ではないという課題があった。一方で高LET放射線である重粒子線はp53に依存しない細胞分裂死を高頻度で誘導することが知られており、低LET放射線より高いがん治療効果を示すが、その作用機序に関しては不明な点が多かった。そこで、本研究では重粒子線がいかに細胞に対して細胞分裂死を誘導するか、分子メカニズムの解明を目指す。そのために高LET放射線が細胞内の染色体に損傷を与える際、低LET放射線と比較して複雑な損傷を与えるために、染色体の3次元構造レベルで大きな変化を及ぼすと仮定してその解明を染色体立体配座補足法を用いて解析する。さらに細胞分裂の際に正確に染色体を分配するために必要な中心体の数の維持に高LET放射線が影響を与えることは申請者が以前に報告済みであるが、本課題では中心体タンパク質やDNA修復タンパク質の関与など、分子レベルでの解析を進める。
構造、分子レベルでの解析により高LET放射線による効率的ながん細胞への細胞分裂死の誘導メカニズムの解明を実施する。
本課題は2年目であり、昨年度に引き続き、量子科学研究開発機構千葉地区医学生命科学部門重粒子照射施設(HIMAC)との共同研究により重粒子線照射実験を実施した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

本研究課題は重粒子放射線の細胞内染色体への作用機序を明らかにするものであるために、重粒子放射線を照射可能な国内施設の一つとして量子科学研究開発機構千葉地区医学生命科学部門重粒子照射施設(HIMAC)との共同研究を実施している。2023年度は計4回放射線照射のためにHIMACにおいて細胞照射実験を実施した。用いた細胞はヒト網膜上皮正常細胞であるRPE1-hTERT、ヒト大腸がん細胞HCT116およびゲノム編集によりp53遺伝子をノックアウトした細胞HCT116 p53-/-を使用した。また、幹細胞の染色体維持機構と比較するために幹細胞のモデル細胞としてヒトiPS細胞を用いた。これらの細胞に炭素線照射後48時間、72時間後に固定し、中心体マーカーであるpericentrin、微小管マーカーであるα-tubulin抗体を用いて免疫染色し、中心体異常の動態を観察した。その結果、炭素線照射はガンマ線照射よりも中心体異常を引き起こす頻度が増加することがわかった。さらに放射線防護作用を持つラジカルスカベンジャーであるジメチルスルホキシド(DMSO)処理により中心体異常が減弱するかを検討した。その結果、DMSOの放射線前処理は中心体過剰複製と多極性細胞分裂の頻度を減少させることがわかった。

Strategy for Future Research Activity

初年度において量子科学研究開発機構千葉地区医学生命科学部門重粒子照射施設(HIMAC)において計4回の細胞照射実験を実施したが、3年目である2023年度も引き続き、前期において2回のマシンタイムを配分されているために細胞照射実験を実施する予定である。また、申請者所属の東京工業大学コバルト60照射施設においてもコントロール実験としてガンマ線を用いた低LET放射線照射を実施する。初年度と同様にウエスタンブロッティング法と免疫染色法を用いて解析を進めていく。すでに本課題の実施項目のうち中心体異常と重粒子線照射に関連する内容で論文を投稿中である。
また、染色体立体配座補足法(Hi-C)を用いた解析はすでに公共データベースに存在する照射サンプルの次世代シークエンスのデータを抽出し、解析する実験でも十分なデータが得られることから、引き続き解析を進めていく。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Implication of E3 ligase RAD18 in UV-induced mutagenesis in human induced pluripotent stem cells and neuronal progenitor cells.2023

    • Author(s)
      Shimada M, Tokumiya T, Miyake T, Tsukada K, Kanzaki N, Yanagihara H, Kobayashi J, Matsumoto Y.
    • Journal Title

      J Radiat Res.

      Volume: 64 Issue: 2 Pages: 343-351

    • DOI

      10.1093/jrr/rrac099

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] APTX acts in DNA double-strand break repair in a manner distinct from XRCC42023

    • Author(s)
      Imamura Rikiya、Saito Mizuki、Shimada Mikio、Kobayashi Junya、Ishiai Masamichi、Matsumoto Yoshihisa
    • Journal Title

      Journal of Radiation Research

      Volume: Online ahead of print Issue: 3 Pages: 1-11

    • DOI

      10.1093/jrr/rrad007

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] THE ROLE OF DNA DOUBLE-STRAND BREAK REPAIR THROUGH NON-HOMOLOGOUS END JOINING IN THE DOSE-RATE EFFECT IN TERMS OF CLONOGENIC ABILITY2022

    • Author(s)
      Tsuchiya Hisayo、Shimada Mikio、Tsukada Kaima、Meng Qingmei、Kobayashi Junya、Matsumoto Yoshihisa
    • Journal Title

      Radiation Protection Dosimetry

      Volume: 198 Issue: 13-15 Pages: 990-997

    • DOI

      10.1093/rpd/ncac030

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Whole genome sequencing analysis of human lymphocyte TK6 clones in culture2024

    • Author(s)
      MILAI Enkhbaatar, Tsumbuukhuu Dulguun, 島田 幹男, 松本 義久
    • Organizer
      Biological Effects & Application of Radiation 2024
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Simultaneous detection of DNA damage response and cell cycle status using Focicle reporter in human iPS cells and neural progenitor cells2024

    • Author(s)
      島田 幹男, 松本 義久
    • Organizer
      The 13th International Society of Radiation Neurobiology Conference
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 放射線の生体影響解明のための細胞生物学的研究2023

    • Author(s)
      島田幹男
    • Organizer
      ちゅうでん原子力安全技術研究所サイエンスフォーラム2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 重粒子線による幹細胞のゲノム安定性への影響2023

    • Author(s)
      島田 幹男
    • Organizer
      2022年度HIMAC成果発表会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Whole genome sequencing-based analysis of low dose rate radiation-induced mutations in normal human fibroblast NB1RGB in culture2023

    • Author(s)
      MILAI Enkhbaatar, Tsumbuukhuu Dulguun, 島田 幹男, 松本 義久
    • Organizer
      The 7th International Symposium on the System of Radiological Protection (ICRP 2023)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Analysis of radiosensitization effect by the combination with PLK1 inhibition and heavy particle beam in p53 mutant cells2023

    • Author(s)
      多田 翔哉, 島田 幹男, 塚田 海馬, 今村 力也
    • Organizer
      日本放射線影響学会第66回大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Replication-associated DNA single-strand breaks are the source of PARP inhibitor sensitivity in XRCC1-deficient cells2023

    • Author(s)
      今村 力也, 齋藤 瑞樹, 島田 幹男, 松本 義久
    • Organizer
      日本放射線影響学会第66回大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 組織オルガノイドを用いた放射線誘発DNA損傷応答の解析2023

    • Author(s)
      島田 幹男
    • Organizer
      第60回アイソトープ・放射線研究発表会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Whole Genome Sequencing and Mutation Analysis of Human Lymphocyte TK6 Clones in Culture2023

    • Author(s)
      Tsumbuukhuu Dulguun, MILAI Enkhbaatar, 島田 幹男, 松本 義久
    • Organizer
      17th International Congress for Radiation Research
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Evaluation of DNA damage response and cell cycle status using Focicle reporter in human iPS cells and differentiated cells2023

    • Author(s)
      島田 幹男, 大塚 健介, 松本 義久
    • Organizer
      日本放射線影響学会第66回大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Phosphorylation of PNKP T118 by CDK is required for ionizing radiation induced DNA single and double strand break repair2023

    • Author(s)
      島田 幹男, 塚田 海馬, 今村 力也, 三宅 智子, 松本 義久
    • Organizer
      17th International Congress for Radiation Research
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      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] DNA末端リン酸化脱リン酸化酵素PNKPの機能解析と放射線増感効果の検討2023

    • Author(s)
      島田 幹男, 塚田 海馬, 今村 力也, 松本 義久
    • Organizer
      日本放射線腫瘍学会 第60回生物部会学術大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Whole genome sequencing-based analysis of naturally occurring and radiation-induced mutations in human lymphocyte TK6 clones in culture2023

    • Author(s)
      MILAI Enkhbaatar, Tsumbuukhuu Dulguun, 島田 幹男, 松本 義久
    • Organizer
      日本放射線影響学会第66回大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] ヒト大脳オルガノイドを用いた放射線照射後のDNA損傷応答解析2022

    • Author(s)
      島田 幹男
    • Organizer
      日本放射線影響学会第65回大会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 多能性幹細胞における高LET放射線照射による細胞分裂への影響2022

    • Author(s)
      島田 幹男, 平山 亮一, 松本 義久
    • Organizer
      第59回アイソトープ・放射線研究発表会
    • Related Report
      2022 Research-status Report

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Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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