2019 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, 量子生命科学領域, 統括グループリーダー(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 原子力科学研究所 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, グループリーダー(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 原子力科学研究所 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 | 二本鎖切断末端 / イオンビーム / エネルギー付与 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまで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が、放射線によって誘発される「生物影響に関与するDSB」の分子的実体は未だ不明な点が多い。昨年度に引き続き、本年度はDSB生成のシミュレーション、及び、DSB末端の損傷構造を調べる研究を進めた。
本研究課題では、放射線DNA損傷評価のために、粒子・重イオン輸送計算コードPHITSを利用する。本年度は、X線照射実験により得られた様々な種類のDNA損傷分布を、PHITSの電子線飛跡構造解析モードを利用して電離・励起の頻度から評価するシミュレーションコードを開発した。実際にX線照射プラスミドで生じたDSB末端おけるDNA損傷の分布を原子間力顕微鏡で観察した結果との比較から、開発した計算コードはDSB末端におけるDNA損傷の空間分布をよく再現することがわかった。本研究成果は、学術誌International Journal of Molecular Scienceに投稿し、掲載された。さらに、陽子及び炭素イオンに対する飛跡構造解析機能をPHITSに加える開発を進めた。
DSB末端の損傷構造を調べる研究では、細胞内での放射線誘発DNA損傷を調べるため、損傷DNAを濃縮する方法を開発した。本法で得た損傷DNAを用いて、細胞内で放射線誘発されるDSB末端のDNA損傷分布を調べていく。一方、DSB末端構造の修復特性を調べるため、非相同末端結合に関与するKuタンパク質のDSB末端への結合の程度を調べた。その結果、DSB末端に損傷（チミングルコール）が存在するとKuタンパク質の結合が阻害されることが見出された。
これらの結果は、生物影響に関与すると考えられるDSBの生成過程、生成頻度、分子構造に新たな知見を与え、放射線生物影響の原因に対する理解を深めるものである。
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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
電子線・イオンビーム照射後のエネルギー付与に関して、計算コードを高精度化・高度化することができている。また、DSB末端構造を調べる実験に関しても、細胞内DNAでの解析を可能とするとともに、モデル基質を用いて修復特性に関する結果を得ることができた。研究はおおむね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後はDNA損傷生成機構の詳細に迫るため、イオン飛跡構造解析モードの開発を行う。得られた計算コードを用い、炭素イオン照射により得られるDNA損傷の分布を評価し、X線での結果と合わせ、放射線生物影響に深く関与すると考えられるDNAの二本鎖切断における末端構造のシミュレーション結果をまとめる予定である。
一方、DSB末端構造の解析においては、電離・励起の空間分布が極めて密となる線質の放射線を用いた細胞内DNA損傷収率を測定するとともに、原子間力顕微鏡を用いて細胞内DSB末端において損傷を有する複雑なDSBの収率を測定するとともにその修復を調べる。これらの実験によって細胞内DSB末端の構造、及び、その修復に関する知見を得る。また異なる線質の放射線誘発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末端構造の化学・修復特性に関する情報を得る予定である。
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Research Products
(7 results)
