2016 Fiscal Year Annual Research Report
イオンビーム生物影響の原因となる二本鎖切断末端に関する研究
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16H02959
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| Research Institution | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology |
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Principal Investigator |
鹿園 直哉 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 量子生命科学研究部, 部長(定常) (10354961)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 達彦 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力基礎工学研究センター, 研究主幹 (30354707)
森林 健悟 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 量子生命科学研究部, 上席研究員(定常) (70354975)
赤松 憲 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 量子生命科学研究部, 上席研究員(定常) (70360401)
甲斐 健師 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力基礎工学研究センター, 研究副主幹 (70403037)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 二本鎖切断 / イオンビーム / エネルギー付与 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
放射線生物影響に関与する最も重要なDNA損傷として二本鎖切断（DSB）が精力的に研究されてきた。しかしながら、放射線による「生物影響に関与するDSB」の分子的実体は分かっておらず、放射線、特にイオンビーム生物影響メカニズムの詳細は不明な点が多い。本研究課題ではイオンビームによるDSB生成機構、DSB末端の化学構造、さらには化学構造に依存する生物作用を明らかにすることを目的に研究を進める。本年度は、DSB生成機構及びDSB末端の化学構造調べる研究を進めた。
DSB生成機構における研究においては、イオンビーム照射後に分子の電離によって生じる分子イオンが作り出す電場が二次電子をどのように束縛するのかを計算し、またその時生じる電場を表す簡易式の導出を行った。また、本研究課題が目指す粒子・重イオン輸送計算コード（PHITS）を利用した放射線DNA損傷評価のために、電子飛跡構造コードを開発し、PHITSに実装した。これにより、これまで困難であった空間ナノスケールにおける低エネルギー電子の微視的挙動がPHITSでも計算可能になった。これらの結果により、イオンビーム照射直後のエネルギー付与の詳細（サブnmレベルでの高精度な線量分布）を明らかにする準備が整った。
DSB末端の化学構造を調べる研究では、イオンビーム、及び、対照となるガンマ線を照射することを可能とする照射ホルダーを作成し、細胞内と同程度のラジカル捕捉能を持つ水溶液中におけるプラスミドDNAに生じるDSBの収率を調べる実験に着手した。一方、DSB末端構造を調べるため、非相同末端結合に関与するKuタンパク質がDSB末端を認識・結合する程度を調べる実験系を立ち上げた。今年度は、Ku-DNA結合実験における実験パラメーターを決定した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
イオンビーム照射後のエネルギー付与に関して、シミュレーションを高精度化することができた。また、線質の異なる放射線を用いてDSB収率を測定する実験、及び、修復酵素によるDSB末端認識を調べる実験系をも確立することができた。研究はおおむね順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は各種イオンビームの軌道付近のnmオーダーの動径線量分布を表す近似式を作成し、その近似式を粒子・重イオン輸送計算コード であるPHITSに組み込んで、線量分布計算コードを発展させる。また、電子線の計算コードを基盤として、イオンビーム照射後の電離・励起の空間分布、及び、収率の計算を行う。これらの計算を進めることによりDNAへの直接作用を推定する。将来的には間接作用も考慮し、最終的にはDSB末端構造の予測を行うことを目指す。
一方、DSB末端構造の実験による解析においては、様々な線質の放射線を用いて、塩基損傷、脱塩基部位、鎖切断等のDNA損傷収率を調べ、その情報をもとにDSB末端構造を推定する。また放射線誘発DSB末端に対するKuタンパク質の結合の程度を調べることにより、DSB末端構造の修復特性に関する知見を得る。
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