2017 Fiscal Year Research-status Report
長期放射線応答シグナル研究：細胞内被曝記憶分子の機能解明とその応用
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17K00556
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| Research Institution | Prefectural University of Hiroshima |
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Principal Investigator |
達家 雅明 県立広島大学, 生命環境学部, 教授 (50216991)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 放射線被曝 / ゲノム応答 / バイオドジメトリ / 被曝検査 / アポトーシス / 細胞極性 / 分裂軸 / スピンドル・オリエンテーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
RhoGDI（Rho GDP-dissociation inhibitor）は、細胞運動制御シグナルの分子スイッチとして機能して いるRhoGTPaseファミリー分子群（RhoA、Rac1、Cdc42 など）の阻害因子として知られる。RhoGDIに はα、β、γの3種類がある。その内、RhoGDIβは、細胞内では主に、Racの暴走を抑えるレオスタットの役割を持っており、がん転移抑制を担とされるが、促進効果についても報告があり、判然としない。RhoGDIβだけに3型カスパーゼ切断サイトが存在する。放射線などのDNA損傷によって、血球系や上皮系の細胞では、N末側欠失フラグメント（ΔN-RhoGDIβ）が生成されるが、その生理的意義は未解明の部分が多い。本研究プロジェクトでは、１）ΔN-RhoGDIβ機能解析、２）被曝検出へのアプリケーションの可能性について研究を行なっている。
１）について：ΔN-RhoGDIβは、3型カスパーゼ依存的アポトーシスの実行後に生存している細胞において発現しており、3型カスパーゼ下流で働くアポトーシス実行因子では無い。むしろ、アポトーシスが誘導されて細胞死が起こる損傷した臓器や組織内で、アポトーシスを免れた細胞による組織再生やがん再発にその機能が注目されるであろう。具体的には、細胞分裂軸を制御するスピンドル・オリエンテーションに影響を与えており、アポトーシス実行後に生存している細胞内で、分裂軸の乱れを誘導し、また、代償的な増殖も誘導する。組織のホメオスタシス維持過程においては、対称分裂と非対称分裂のバランスを変更し、組織の放射線応答に深くかかわる可能性がある。
２）について：マウスを用いた放射線の全身照射実験から、胸腺組織の被曝指標となる。その解析方法について、免疫組織学的な検出が難しく、有効な免疫ブロット解析手法の開発に挑んでいる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
●機能解析について
当初の知見では、RhoGDIβのN末側欠失フラグメント（ΔN-RhoGDIβ）は、その強制発現細胞の観察結果から、飽和密度に達した細胞におけるin vitro scratch assay of wound healingで、scratchされて細胞が再増殖する場所での細胞運動の方向性を乱す活性のあることがわかっていた。すなわち、飽和密度に達した細胞集団において、細胞が喪失してしまった方向に通常は細胞が遊走するのであるが、ΔN-RhoGDIβは、この遊走自体の能力を大きく下げるのではなくて、分裂の方向性を乱すことによって、遊走方向を制御していた。一方において、ΔN-RhoGDIβは、アポトーシスで細胞が死滅して喪失している場面において、アポトーシス後の細胞増殖を誘導していることもわかっていた。しかしながら、この生理的意義についての答えがなかなか見つからない中、本研究プロジェクトで新たに開発したスピンドル・オリエンテーションの定量的な測定方法によって、放射線照射により細胞死を起こした後に細胞死を免れた生存細胞では、分裂軸が乱れていることを見つけた。この観察結果は、従来の考え方である放射線照射後に生き残った細胞におけるゲノム変異や染色体不安定性の招来に加えて、ゲノム障害を受けて損傷した組織における新しい放射線応答現象発見の契機となる可能性があり、この応答現象へのΔN-RhoGDIβの関与は当初の計画以上の新しい知見をもたらしていると考える。
●被曝検出について
当初予定していた培養細胞レベルと個体レベルでの検出方法の大まかなスキームが出来つつあり、そういう意味からは、この項目については、概ね順調に進展している。
以上、総合的に判断すると、本研究プロジェクトの現時点での進捗状況は、当初の計画以上に進展しているという評価が妥当だと考えた。
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| Strategy for Future Research Activity |
●機能解析について
ΔN-RhoGDIβが、ゲノム障害を受けて損傷した組織における再生細胞のスピンドル・オリエンテーションを健常な未照射の上体とは異なった形式で制御しているらしい。これについては、現在実施しているスピンドル・オリエンテーションの定量的な測定方法を用いて、放射線によって起こる分裂軸の乱れがΔN-RhoGDIβを解しているのかどうかについて、ノックダウン系を用いて精緻に証明して行きたい。従来、細胞集団の放射線応答については、アポトーシスやノクローシスなどの細胞死、バイスタンダー効果やサイトカインの放出による影響、また、細胞周期チェックポイントとDNA損傷修復、そして、その後の突然変異と染色体架橋による分裂異常、更には、スピンドル・チェックポイントへの長期間の影響による染色体不安定性の誘導などが研究されて来たが、細胞極性を主眼とした放射線応答研究はほとんど無い。一方において、近年の再生医療に関係した幹細胞の研究から、細胞分裂時の分裂方向の組織構築やボディー・プランニング、発生やがん、そして、がん転移や再発などの多くの細胞生物学的事象に関係していることが次第に明らかになって来ている。また、こういった現象を説明するための遺伝子解析が網羅的行われている。放射線応答現象が、これらの広範な生物学的現象の根本的な制御様式である細胞極性制御と関連している可能性は高く、未だ解析されていない生物の仕組みがそこに隠れていると思われる。ΔN-RhoGDIβの機能解析は、まさしく、この領域に向かうことに繋がると考える。
●被曝検出について
現在のマウスでの実験以外に、ヒトでの実験、そして、RhoGDIβのタンパク質の分子進化の問題と切断サイトにおける分子進化の問題を解決して行き、その先にあるアイデアに向かう。
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