Analysis of clustered DNA damage induced by cosmic radiation

• Project Area: "LIVING IN SPACE" - Integral Understanding of life-regulation mechanism from "SPACE"
• Project/Area Number: 16H01642
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 井出 博 広島大学, 理学研究科, 教授 (30223126)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥10,400,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥2,400,000); Fiscal Year 2017: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2016: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 宇宙放射線 / DNA損傷 / 生物影響

Outline of Annual Research Achievements

宇宙放射線被ばくでは，実効線量として生物学的効果比の高い重粒子線の寄与が大きくなる。重粒子線はLETが高く，高密度に損傷を含むクラスターDNA損傷が生物影響に関わっている可能性が指摘されているが，実験的にはその証拠や損傷密度に関する知見は得られていない。本研究では，重粒子線誘発クラスター損傷の性状を原子間力顕微鏡（AFM）で解析するとともに，塩基除去修復酵素によるクラスター損傷の不成功修復（abortive repair）の影響を調べ，重粒子線の生物影響メカニズム解明に取り組む。プラスミドに誘発されるクラスター損傷分析のため，pUC19 DNAをX線で照射した。DNAをDNAグリコシラーゼ（Endo III+OGG1）で処理後，脱塩基部位をbiotin，avidin標識した。DNAのAFM観察を行った結果，孤立損傷に加え，クラスター損傷としてDNA二本鎖切断（DSB，損傷多重度=2），塩基損傷/塩基損傷（Base/Base，損傷多重度=2），DSB末端の塩基損傷（DSB+Base，損傷多重度=3）が観察された。一方，X線と同様な酸化損傷を誘発する過酸化水素で処理したプラスミドでは孤立損傷のみが観察された。現在，鉄イオン線照射したDNAのAFM観察を行っている。酸化ピリミジングリコシラーゼ（Nth1）および酸化プリングリコシラーゼ（Ogg1）の両者をノックアウトしたマウス胚性繊維芽細胞（nth1-/- ogg1-/-）を用いて不成功修復の影響を検討した。X線に対する生存率をコロニー形成法で調べた結果，僅かであるがダブルノックアウト細胞は野生型細胞に比べ高い生存率を示した。両グリコシラーゼが関与する不成功修復の影響がノックアウト細胞では緩和された可能性が考えられる。一方，過酸化水素で処理した場合は，ダブルノックアウト細胞と野生型細胞は同じ生存率を示した。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Radiation-induced DNA-protein cross-links: Mechanisms and biological significance (2017)
  • Author(s): Nakano T, Xu X, Salem A, Shoulkamy M, Ide H
  • Journal Title: Free Radical Biology and Medicine Volume: 107 Pages: 136-145
  • DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2016.11.041
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Selective cytotoxicity of the anti-diabetic drug, metformin, in glucose-deprived chicken DT40 cells (2017)
  • Author(s): Kadoda K, Moriwaki T, Tsuda M, Sasanuma H, Ishiai M, Takata M, Ide H, Masunaga S, Takeda S and Tano K
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 12 Issue: 9 Pages: e0185141-e0185141
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0185141
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Radiation-induced DNA-protein cross-links: mechanisms and significance (2017)
  • Author(s): Ide H
  • Organizer: 2017 US-Japan DNA Repair Meeting
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 放射線が誘発するクラスターDNA損傷の性状解析 (2017)
  • Author(s): 徐徐，金本僚太，松坂智幸，中野敏彰，平山亮一，鵜澤玲子，井出博
  • Organizer: 日本放射線影響学会第60回大会
• [Presentation] 放射線が誘発するDNA-タンパク質クロスリンク損傷の解析 (2017)
  • Author(s): 松坂智幸，西村夕紀，徐徐，中野敏彰，平山亮一，鵜澤玲子，井出博
  • Organizer: 第40回日本分子生物学会年会
• [Presentation] クラスター塩基損傷に対する塩基除去修復酵素の活性 (2016)
  • Author(s): 野原智紀，中野敏彰，Amir Salem, Mahmoud Shoulkamy, 寺東宏明，井出博
  • Organizer: 日本放射線影響学会第59回大会
  • Place of Presentation: JMSアステールプラザ，広島
  • Year and Date: 2016-10-26
• [Presentation] 低酸素腫瘍の放射線感受性とDNA-タンパク質クロスリンク (2016)
  • Author(s): 井出 博
  • Organizer: 日本放射線腫瘍学会 第45回放射線による制癌シンポジウム
  • Place of Presentation: I-site なんば，大阪
  • Year and Date: 2016-07-15
  • Invited