2019 Fiscal Year Annual Research Report

Evaluation of radiation-induced cell competition using intestinal organoids and their contribution to dose rate effects

Research Project

Project/Area Number	16K16196
Research Institution	Central Research Institute of Electric Power Industry
Principal Investigator	藤通有希一般財団法人電力中央研究所, 原子力技術研究所, 主任研究員 (80638023)
Project Period (FY)	2016-04-01 – 2020-03-31
Keywords	オルガノイド / 腸管 / 幹細胞競合 / 放射線
Outline of Annual Research Achievements	放射線の生物影響は、総線量が同じでも線量率が低くなると小さくなること（線量率効果）が知られており、そのメカニズムの1つが、正常細胞が損傷細胞を排除する「細胞競合」であるという仮説を立てている。これまで、変異細胞が正常細胞に囲まれた場合に変異細胞が排除されやすいことは報告されてきたが、主要な臓器の1つである腸管の幹細胞において放射線を被ばくして損傷した細胞と被ばくしていない細胞との間で細胞競合が生じるかどうかは報告されていない。そこで、本研究は、照射幹細胞と非照射幹細胞、または、遺伝子変異幹細胞と正常幹細胞それぞれを3次元培養（オルガノイドの形成）し、臓器と同様の構造をもつオルガノイドにおいて幹細胞競合が観察されるかどうかを評価することにより、線量率効果の生物学的側面について検討することを目的とした。そこで、照射幹細胞と非照射幹細胞を混合培養し1個のオルガノイドを形成させ、オルガノイド構成細胞の由来を評価することにより、幹細胞競合を可視化・定量化する実験系を構築した。また、遺伝子変異オルガノイド作成のための条件検討を進め、最適と思われるエレクトロポレーション条件を決定した。2019年度は、オルガノイド形成に関わる実験手法、及び、本手法を用いて明らかにした照射・非照射幹細胞間で幹細胞競合が生じている可能性について投稿した論文が採択・公開された。幹細胞への遺伝子組換えは難航したため、LSL-K-ras G12Dマウスを導入してLgr5-EGFP-IRES-creERT2マウスと掛け合わせ、幹細胞にkRas変異を導入するマウス系統を用意した。kRas変異を誘導すると、Lgr5幹細胞の存在割合等が異なることを明らかにした。kRas変異幹細胞と正常幹細胞を混合培養した場合と照射幹細胞と非照射幹細胞を混合培養した場合の比較については、さらなる詳細検討を進めたうえで成果を取りまとめる。