放射線照射された細胞の有・低酸素環境への適応機構の解明

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K08065
• Research Institution: National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology
• Principal Investigator: 劉 翠華 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放射線障害治療研究部, 主任研究員(任非) (00512427)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 平山 亮一 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 重粒子線治療研究部, 主任研究員(定常) (90435701)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 低酸素培養 / 照射 / 炭素線 / miRNA array

Outline of Annual Research Achievements

放射線生物影響研究は殆ど常酸素（大気）環境下で実験が行われてきた。しかし、生体内の酸素濃度はこれよりもかなり低いことが知られているため、放射線照射後の低酸素応答研究は極めて重要と思われる。低酸素について酸素濃度は5%以下と定義されている。これまで我々はＸ線や炭素線などの放射線照射後、低酸素環境で培養した細胞は放射線抵抗性になり、染色体異常頻度は低いことを明らかにしてきた。そのメカニズムの詳細については不明である。本研究では生体内低酸素環境を模擬した実験系において、がん細胞ならびに正常組織細胞のmiRNA発現プロファイルを解析し、miRNA発現により低酸素環境で培養した細胞の放射線抵抗性や染色体異常頻度の低減に関するメカニズムを分子レベルで明らかにすることが目的である。
初年度はX線や炭素線を用いて、マウス腎臓初代培養細胞を照射し、照射した細胞はサブカルチャー後異なる酸素濃度環境で培養して、40時間後、細胞を回収した。回収した細胞からmicroRNAを含むRNAを抽出し、抽出したRNAをラベリングやハイブリダイゼイション後、スキャンし、GeneChip miRNA Arrayで異なるLET、放射線照射後異なる酸素濃度環境で培養した細胞のmiRNAの検出、解析を行った。その結果、照射後低酸素濃度環境で培養した細胞のmiRNAはFold Changeは常酸素環境で培養した細胞より2倍以上アップレギュレート、0.5倍以下ダウンレギュレートという数多くの変動が見られた。詳しいことは現在解析中である。以上の結果から、X線や高LETの炭素線照射された細胞について、低酸素濃度環境で培養した細胞のmiRNAの発現は常酸素環境で培養した細胞のmiRNAの発現と異なることが示唆された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

新型コロナウィルス感染拡大防止に協力するために一時的に在宅勤務があったが、条件を整えてからすぐに実験に着手した。低酸素インキュベータ―はすでにあり、Ｘ線や重粒子線がん治療装置（HIMAC）も使用でき、培養した細胞を異なるLET放射線で照射することができた。HIMAC利用に関しては、既にHIMAC共同研究課題が採択されており、マシンタイム配分を受ける事が出来た。また、研究を順調に進めるのに一部の実験を外注した。ほぼ計画通りに研究結果を得られた。

Strategy for Future Research Activity

令和２年度に得られた結果を基にして、今後は主に現在有効な治療法が乏しく、腫瘍内部がよく低酸素化する脳腫瘍細胞を加えてＸ線や炭素線照射後、異なる酸素濃度環境で培養し、細胞の回収及び細胞のmicroRNAを含むRNAを抽出、抽出したRNAサンプルはmiRNAプロファイリング解析を検討する。変動が見られたmiRNAについて、染色体修復や細胞増殖、老化、致死にかかわるかどうか検討し、特異的miRNAの機能を解析し、複数の細胞間での相違についても実験を行う予定である。

Research Products

• [Journal Article] Altered Response to Total Body Irradiation of C57BL/6-Tg (CAG-EGFP) Mice (2020)
  • Author(s): Cuihua Liu , Kaoru Tanaka , Takanori Katsube , Guillaume Vares , Kouichi Maruyama , Yasuharu Ninomiya , Zeenath Fardous , Chao Sun , Akira Fujimori , Stephanie G. Moreno , Mitsuru Nenoi , Bing Wang
  • Journal Title: Dose Response Volume: 18 (3) Pages: 1,11
  • DOI: 10.1177/1559325820951332
  • Peer Reviewed / Open Access