Effect of space radiation to vascular endothelial cell thorough micronuclei formation

• Project Area: "LIVING IN SPACE" - Integral Understanding of life-regulation mechanism from "SPACE"
• Project/Area Number: 18H04978
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 小林 純也 京都大学, 生命科学研究科, 准教授 (30301302)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2019: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2018: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: 宇宙放射線 / 血管内皮細胞 / 酸化ストレス / 微小核 / ミトコンドリア

Outline of Annual Research Achievements

本研究では血管内皮細胞に対する放射線影響の機構・その循環器系疾患への関与の可能性を明らかとし、宇宙放射線の循環器疾患へのリスク評価のための情報を提供することを目的とし、特に微小核形成に着目して、低線量率放射線照射による影響及びその機構の解明を試みた。
ヒト血管内皮細胞に低線量率γ線慢性照射を行うと、繊維芽細胞と同様に増殖停止に伴うサイクリンの減少が起こった。さらにγH2AX陽性微小核が顕著に増加するとともに、活性酸素種（ROS）蓄積による酸化ストレス応答（p38MAPKリン酸化、p53増加）及びcGAS/STING依存性炎症応答経路（STAT1リン酸化）の活性化がウェスタンブロット解析で確認された。一方、高線量率照射ではこのような影響は観察されなかった。細胞内の最大のROS発生器官であるミトコンドリアはその融合と分裂を繰り返して損傷ミトコンドリアを除去するが、低線量率照射では融合・分裂因子量に影響が見られ、低線量率γ線慢性照射による酸化ストレス応答活性化はミトコンドリア性ROSの漏えい・細胞内蓄積に寄ることが示唆された。このような一連の影響の機構を明らかにするため、DIAプロテオームで網羅的発現解析を行ったところ、低線量率照射では非照射と比べて131個の遺伝子産物が2倍以上増加し、145個が1/2以下に低下していた。その中では炎症応答、酸化ストレス応答関連因子の顕著な増加とともに、種々の増殖因子シグナル関連因子の増加も見られた。以上の結果から、血管内皮細胞ではミトコンドリア性ROS増加に伴ってγH2AX陽性微小核が生じ、cGAS/STING経路を介して炎症系サイトカインの分泌、周辺細胞に細胞老化などの細胞機能低下を引き起こすことが示唆される。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] FXR1 is a novel MRE11-binding partner and participates in oxidative stress responses. (2020)
  • Author(s): Qi F, Meng Q, Hayashi I, Kobayashi J
  • Journal Title: J Radiat Res. Volume: in press Issue: 3 Pages: 368-375
  • DOI: 10.1093/jrr/rraa011
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Late-onset autosomal recessive cerebellar ataxia and neuropathy with a novel splicing mutation in the ATM gene. Journal of Integrative (2020)
  • Author(s): Shimazaki H, Kobayashi K, Sugaya R, Nakano I, Fujimoto S.
  • Journal Title: J Integr Neurosci. Volume: in press Issue: 1
  • DOI: 10.31083/j.jin.2020.01.1239
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Nucleolar protein nucleolin functions in replication stress-induced DNA damage responses. (2019)
  • Author(s): Kawamura K, Qi F, Meng Q, Hayashi I, Kobayashi J.
  • Journal Title: J Radiat Res. Volume: in press Issue: 3 Pages: 281-288
  • DOI: 10.1093/jrr/rry114
  • NAID: 120006647310
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Radiation-Induced Myofibroblasts Promote Tumor Growth via Mitochondrial ROS-Activated TGFβ Signaling. (2018)
  • Author(s): Shimura T, Sasatani M, Kawai H, Kamiya K, Kobayashi J, Komatsu K, Kunugita N
  • Journal Title: Mol. Cancer Res. Volume: 16(11) Issue: 11 Pages: 1676-1686
  • DOI: 10.1158/1541-7786.mcr-18-0321
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The Effect of p53 Status on Radio-Sensitivity of Quiescent Tumor Cell Population Irradiated With γ-Rays at Various Dose Rates. (2018)
  • Author(s): Masunaga S, Kobayashi J, Tano K, Sanada Y, Suzuki M, Ono K.
  • Journal Title: J Clin Med Res. Volume: 10 Issue: 11 Pages: 815-821
  • DOI: 10.14740/jocmr3610w
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Relationship between endogenous ROS accumulation and mitochondria responses under low dose rate irradiation (2020)
  • Author(s): Kobayashi J, Meng Q., Komatsu K.
  • Organizer: The 4th International Symposium of the Network-type Joint Usage/Research Center for Radiation Disaster Medical Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 毛細血管拡張性運動失調症とATMキナーゼの役割 (2020)
  • Author(s): 小林純也
  • Organizer: 第13回Quantum Medicine研究会
  • Invited
• [Presentation] 低線量率放射線生物影響における酸化ストレス・ミトコンドリア応答の役割 (2019)
  • Author(s): 小林純也
  • Organizer: 基研研究会「放射線の生体影響解明への分野横断による挑戦」
• [Presentation] 低線量率放射線照射による酸化ストレス応答とミトコンドリア変化の関係 (2019)
  • Author(s): 孟慶梅、QI FEI、曹子牧、小林純也
  • Organizer: 日本放射線影響学会第62回大会
• [Presentation] 霊長類細胞を用いた DNA 損傷応答の多様性の解析 (2019)
  • Author(s): Qi Fei、河村香寿美、今井啓雄、平井啓久、 小林純也
  • Organizer: 日本放射線影響学会第62回大会
• [Presentation] The relationship between oxidative stress and mitochondria change under low-dose rate irradiation (2019)
  • Author(s): Qingmei Meng, Junya Kobayashi
  • Organizer: The Joint Workshop of QST-NIRS, CEA and IRSN
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Relationship between endogenous ROS accumulation and mitochondria responses under low dose rate irradiation. (2019)
  • Author(s): Kobayashi J, Kawamura K, Qi F, Meng Q, Komatsu K.
  • Organizer: The 3rd International Symposium of the Network-type Joint Usage/Research Center for Radiation Disaster Medical Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 低線量率照射による DNA 損傷と酸化ストレス応答因子 (2018)
  • Author(s): 孟 慶梅、QI FEI、河村 香寿美、小林 純也
  • Organizer: 日本放射線影響学会第61回大会
• [Presentation] 霊長類細胞を用いた DNA 損傷応答の多様性の解析 (2018)
  • Author(s): QI FEI、河村 香寿美、今井 啓雄、平井 啓久、小林 純也
  • Organizer: 日本放射線影響学会第61回大会
• [Presentation] 日本人 AT-LD 患者におけるMRE11 変異部位と DNA 損傷応答異常との 関係 (2018)
  • Author(s): 河村 香寿美、Qi Fei、加藤 竹雄、松浦 伸也、小松 賢志、小林 純也
  • Organizer: 日本放射線影響学会第61回大会
• [Book] DNA Repair Disorders (2019)
  • Author(s): 共著（Nishigori C, Sugasawa K, Kobayashi J他）
  • Total Pages: 221
  • Publisher: Springer
  • ISBN: 9789811067211