Study of chromosomal abnormalities by using of long-term exposured samples to space radiation

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K12242
• Research Institution: Osaka City University
• Principal Investigator: 吉田 佳世 大阪市立大学, 大学院医学研究科, 准教授 (30311921)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 森田 隆 大阪市立大学, 大学院医学研究科, 特任教授 (70150349)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 宇宙放射線 / 染色体異常 / リスク評価

Outline of Annual Research Achievements

月面探査や火星探査など宇宙での長期有人活動が現実になりつつある現在、宇宙放射線の人体への影響は重要な課題である。本研究課題では、宇宙サンプル並びに地上で粒子線を照射したES細胞の染色体異常を定量的に解析し、宇宙サンプルにつけた物理学的線量計（PADLES）の線量との関係を明らかにし、長期の宇宙滞在における線量計測定からの適正な生物影響への予測に役立てることと、また、宇宙サンプルを培養し、染色体異常の修復を解析することによりリスク評価に役立てることを目的としている。これまで宇宙放射線の物理的線量が測定されてきたが、直接的な生物学的影響の測定は、低線量および低線量率の影響によって困難であった。我々は宇宙放射線の生物学的影響を評価するために、凍結マウス胚性幹（ES）細胞を国際宇宙ステーション（ISS）へ打ち上げ、「きぼう」日本実験棟内に設置されている冷凍・冷蔵庫（MELFI)に最大1,584日保管した。回収後、凍結マウスES細胞を培養し、染色体標本を作製しFISH（Fluorescence in situ hybridization）法により染色体異常を解析した。野生型マウスES細胞は、地上で保管したコントロールのマウスES細胞とISS内で長期保管したマウスES細胞の間で染色体異常数に違いはなかった。しかし、DNA修復関連遺伝子であるマウスヒストンH2AX遺伝子を改変したES細胞は放射線に感受性が高く、ISS内での宇宙放射線の被爆による染色体異常の増加が検出できた。また、地上実験として放射線総合医学研究所の重粒子線がん治療装置（HIMAC)を用いて、ヒストンH2AX遺伝子を改変したマウスES細胞に陽子線と鉄イオン線の照射による比較実験を行い、染色体異常の増加率を解析した。さらに、PADLESで測定した吸収線量に対する染色体異常の増加率と比較検討を行った。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究課題では、宇宙サンプル並びに地上で粒子線を照射したES細胞の染色体異常を定量的に解析し、宇宙サンプルにつけた物理学的線量計（PADLES）の線量との関係を明らかにし、長期の宇宙滞在における線量計測定からの適正な生物影響への予測に役立てることと、また、宇宙サンプルを培養し、染色体異常の修復を解析することによりリスク評価に役立てることを目的としている。今年度は、物理的線量計であるPADLESの線量と宇宙サンプルの染色体異常率の関係を解析するために、放射線医学総合研究所のHIMACを用いて、ヒストンH2AX遺伝子を改変したマウスES細胞に凍結状態で、陽子線と鉄イオン線の照射を行い、その染色体異常率の関係についてFISH法により解析を行った。

Strategy for Future Research Activity

長期間宇宙空間に滞在する場合、宇宙放射線の被ばくによる染色体異常の計測、さらにはこの染色体異常がどのように回復するかを解明することはリスクの低減を予想する上で重要である。このようなメカニズムの解析は、低線量、低線量率で長期間放射線に被曝する慢性的被爆における生物学的影響の低減に寄与すると考えられる。そのため、今後は宇宙サンプルであるマウスES細胞について、培養し経時的に染色体異常の種類と頻度をFISH法により解析することにより、宇宙放射線による被ばくの影響がどの程度修復するか検討を行う。

Causes of Carryover

人件費・謝金を計上していたが、新型コロナウイルスの感染拡大等の影響で当初の予定での使用が困難となった。未使用分については翌年度の助成金と合わせて、染色体の解析に必要なパソコンの購入に充てる予定である。