2017 Fiscal Year Research-status Report
放射線がん治療におけるバイスタンダー効果の機構解明
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17K16496
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| Research Institution | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology |
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Principal Investigator |
小林 亜利紗 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学総合研究所 加速器工学部, 技術員(任常) (30773931)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 放射線誘発バイスタンダー効果 / 放射線がん治療 / ヒドロキシラジカル / 肺がん |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はバイスタンダー効果に線質依存性があるか評価する事を目的とした。そのために放射線により生成されるOHラジカルをチオ尿素で消去し異なる線質を模擬した。本年度は、1.X線照射実験でヒト肺がんA549細胞にX線をチオ尿素有(TU+)・無(TU-)条件で照射し、同一生存率を示す線量に対するバイスタンダー効果を明らかにする為、細胞生存率からLQ Modelで生存率曲線を求めた。またチオ尿素によるOHラジカル捕獲効率を活性酸素種蛍光試薬の蛍光量から測定した。その結果同一生存率において、TU+はTU-に対して約45%のOHラジカルを消去する事が分かった。次にバイスタンダー因子とその伝播機序を共通の指標で評価できる実験系を検討した。初めに窒素化物ラジカル（NO）及びその産生源のNO合成酵素（NOS：iNOS, nNOS, eNOS）を検討した。この細胞では3種のNOSのうちiNOSとnNOSを検出できた。またX線照射による細胞内NO増加を蛍光試薬で確認できたが、NOSの活性化は確認できなかった。そこで他のバイスタンダー因子をマイクロアレイにより探索し、プロスタグランジン（PGE2）及びその代謝に関与するシクロオキシゲナーゼ-2 （COX-2）関連遺伝子を確認できた。その為細胞を照射し、8,24時間後の培地中PGE2濃度を測定した所、非照射条件と比較して顕著に増加した。また照射細胞および共培養したバイスタンダー細胞のCOX-2増加を確認した。この結果は第60回日本放射線影響学会で発表した。今後PGE2とCOX-2をバイスタンダー因子及び応答の指標とし、バイスタンダー効果の線質依存性を評価する。2.マイクロビーム照射実験においては照射がん細胞と共培養した非照射正常細胞にγ-H2AXの誘導を確認した[Mutat Res, 2017]。また、これはNO捕獲剤によって抑制される事を見出した。
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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
平成29年度実験計画として提案したX線照射実験の①-④について実施する事ができた。
①細胞にX線をチオ尿素有り(TU+)・無し(TU-)条件で照射し、同一の生存率を示す線量に対するバイスタンダー効果を明らかにする為、それぞれの細胞生存率からLQ Modelを用い生存率曲線を求めた。その結果D10におけるRBE値はTU-：1に対してTU+は0.61であった。②チオ尿素によるX線誘発OHラジカル捕獲効率を、活性酸素種の蛍光試薬(DCFH)の蛍光量から測定し、①の生存率曲線を元に、同一生存率を示す線量で比較した場合、TU-に対してTU+は約45%のOHを消去した。③インサートプレートを用い、X線照射した細胞と、非照射バイスタンダー細胞のCOX-2誘発量の線量依存性及び照射後の経時変化を測定した。細胞に1-8 GyのX線を照射し、照射後1-48時間後の照射細胞・バイスタンダー細胞のCOX-2発現量の結果を得た。次に④照射によるPGE2の線量依存性について測定した。チオ尿素添加により、異なる線質を模擬したX線照射条件で、照射細胞とバイスタンダー細胞のCOX-2発現量の線質依存性については今後の課題である。
平成29年度実験計画として提案した以下のマイクロビーム照射実験について実施する事ができた。
がん細胞A549細胞のみ、もしくはA549細胞と正常細胞WI-38細胞を共培養した。照射前にNO捕獲剤もしくはギャップジャンクション阻害剤を添加し、その後一部のA549細胞のみにマイクロビーム照射を行い、照射後1-24時間後の照射細胞と非照射バイスタンダー細胞のγ-H2AX発現量を取得した。それにより照射がん細胞A549と非照射正常細胞WI-38間のギャップジャンクションが照射がん細胞のDNA修復に関与しているという結果を得た。この成果はイタリアで開催された国際会議MICROS2017で報告した。
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| Strategy for Future Research Activity |
バイスタンダー応答の線質依存性を調べるために、照射細胞・バイスタンダー細胞のCOX-2発現および、PGE2の産生について、X線を1-8 Gy照射、TU+条件で調べていく。また、マイクロビーム照射実験においても、バイスタンダー応答の指標をCOX-2に切り替えて実験を行っていく。さらに、異なる線質照射条件でバイスタンダー応答および効果の線質依存性があるのかどうかを調べるために、放医研の重粒子線がん治療装置HIMACによって治療で用いられる炭素線LET：13 keV/umと70 keV/umを細胞に照射し、実際の治療で考慮される皮膚表面とがん患部周囲の非照射細胞へのバイスタンダー効果線質依存性について検討していく。次に、バイスタンダー細胞のCOX-2発現因子としてPGE2が関与していることを調べるために、PGE2を細胞に添加することでCOX-2の発現が起こるかを検討する。次にCOX-2の発現経路を探索し、照射およびバイスタンダー細胞においてCOX-2上流であるProtein kinase B (Akt)及びMitogen-activated Protein Kinase (MAPK)の活性化が起きるのか、またPGE2によってこれらの経路の活性化がおきるのかについて、今後実験をすすめていく。
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