Study on Protective Effects of NRF2, an Anti-oxidative Stress Transcription Factor, against Radiation-induced Oncogenesis and Mutagenesis

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K12338
• Research Institution: Radiation Effects Research Foundation
• Principal Investigator: 田邉 修 公益財団法人放射線影響研究所, バイオサンプル研究センター, センター長 (70221398)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松田 由喜子 公益財団法人放射線影響研究所, 分子生物科学部, 研究員 (10735301) ; 吉田 稚明 公益財団法人放射線影響研究所, 広島臨床研究部, 副主任研究員 (20832926)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: X線 / 体細胞変異 / 全ゲノムシーケンス / 造血幹細胞 / 活性酸素 / 酸化ストレス応答 / NRF2 / Keap1

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、放射線被曝による体細胞変異と発がんに対して、転写因子NRF2による酸化ストレス応答が防御作用を示すか否かを明らかにすることである。放射線による発がんの原因はDNA損傷の修復エラーにより生ずる体細胞変異であり、X線によるDNA損傷のおもなメカニズムは、水分子の電離により生ずる活性酸素などのラジカルによると考えられている。本研究では、NRF2欠損変異マウス、あるいはNRF2を恒常的に活性化したKeap1変異マウスと、対照の野生型マウスに対して、全身X線照射した場合としない場合とで、体細胞変異の発生頻度と塩基配列上の特徴を比較することにより、放射線被曝による変異発生に対するNRF2活性の影響を調べた。体細胞変異の分析の具体的な方法としては、これらマウスの骨髄より造血幹細胞を分離し、培養して得られたクローナルな細胞集団と同一個体の尾組織の全ゲノムシーケンス解析を行い、その結果を比較することにより体細胞変異を同定し、定量的に分析した。まず始めに、野生型マウスにおいて造血幹細胞に自然発生した体細胞変異、すなわち塩基置換、挿入・欠失、構造変異などの頻度と配列特徴を明らかにするとともに、全身X線照射によってこれら変異が線量依存的に増加することを見出した。また、自然発生の変異ではほとんど見られない、放射線被曝に特徴的な変異として、繰り返し配列の無い部位での欠失、短い領域内に複数の変異が発生するマルチサイト変異、大きな構造変異などを見出した。また、NRF2欠損マウス及びKeap1変異マウスを用いた同様の分析により、全身X線照射による塩基置換などの体細胞変異の増加が、野生型マウスより顕著であることを見出した。これらの結果から、放射線被曝による体細胞変異に対する防御作用において、NRF2が重要な役割を担うことが明らかになった。