放射線誘発DNA二本鎖切断に応答する53BP1の超高解像度３次元動態解析

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K17888
• Research Institution: Gunma University
• Principal Investigator: 内原 脩貴 群馬大学, 未来先端研究機構, 研究員 (10883712)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: DNA損傷修復 / 53BP1

Outline of Annual Research Achievements

放射線照射によって生じる生体傷害の中で、DNA二本鎖切断（DSB：DNA double strand break）は細胞運命決定に影響を与えうる重篤な損傷の一つである。申請者の研究グループは超高解像度蛍光顕微鏡3D-SIM（OMX）を有し、これまで多くのDSB修復分子の超高解像イメージング解析を行ってきた。申請者らが超高解像度解析を行う中で、DSB近傍に集積する修復分子である53BP1は、ヌクレオソームが100-200 nmの大きさで凝集するクロマチンドメインに密集していることを発見している（この構造体を53BP1ナノドメインと呼ぶ）。53BP1ナノドメインは単一のDSBに対して複数個存在するが、これらナノドメインがDSB修復に果たす役割は未だ明らかにされていない。そこで本研究では、53BP1ナノドメインを超高解像イメージにより３次元動態的に解析することで、その生理的意義を解明することを目的とする。
本研究ではまず、53BP1ナノドメインの３次元動態を解析するために、53BP1ナノドメイン間の距離を測定する独自の系を構築した。1GyのX線を照射した0.5時間後にヒト正常RPE細胞を固定し、53BP1をAlexa Fluor 594で染色した。3D-SIMを用いて画像を取得し、高精細3D/4D画像解析ソフトウェアImarisにより、個々の53BP1ナノドメインの位置座標を取得した。そして、53BP1シグナル全体の中央に位置するナノドメイン間の最小距離をDPS-mid、最も外側に位置するナノドメイン間の最小距離をDPS-outと定義し、ナノドメイン間の距離を測定する独自の系を構築した。現在は、G2期マーカーCENPFとS期マーカーEdUを共染色することで、本アッセイ系を用いて細胞周期ごとの解析を行っている。

Current Status of Research Progress

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

Reason

当初の計画通り、53BP1ナノドメイン間の距離を測定する独自の系が構築でき、現在では細胞周期ごとに解析を行い、53BP1ナノドメインの３次元動態の解明を行っている。

Strategy for Future Research Activity

細胞周期ごとの53BP1ナノドメインの３次元動態の解明に加え、放射線照射後の時間依存的な３次元動態変化を解析する。

Research Products

• [Journal Article] RAP80 suppresses the vulnerability of R-loops during DNA double-strand break repair (2022)
  • Author(s): Yasuhara Takaaki、Kato Reona、Yamauchi Motohiro、Uchihara Yuki、Zou Lee、Miyagawa Kiyoshi、Shibata Atsushi
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 38 Pages: 110335～110335
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2022.110335
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] High linear energy transfer carbon-ion irradiation upregulates PD-L1 expression more significantly than X-rays in human osteosarcoma U2OS cells (2021)
  • Author(s): Permata Tiara Bunga Mayang、Sato Hiro、Gu Wenchao、Kakoti Sangeeta、Uchihara Yuki、Yoshimatsu Yukihiko、Sato Itaru、Kato Reona、Yamauchi Motohiro、Suzuki Keiji、Oike Takahiro、Tsushima Yoshito、Gondhowiardjo Soehartati、Ohno Tatsuya、Yasuhara Takaaki、Shibata Atsushi
  • Journal Title: Journal of Radiation Research Volume: 62 Pages: 773～781
  • DOI: 10.1093/jrr/rrab050
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Modulation of immune responses by DNA damage signaling (2021)
  • Author(s): Uchihara Yuki、Permata Tiara Bunga Mayang、Sato Hiro、Shibata Atsushi
  • Journal Title: DNA Repair Volume: 104 Pages: 103135～103135
  • DOI: 10.1016/j.dnarep.2021.103135
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Expression of non-homologous end joining factor, Ku80, is negatively correlated with PD?L1 expression in cancer cells after X-ray irradiation (2021)
  • Author(s): Kumazawa Takuya、Mori Yasumasa、Sato Hiro、Permata Tiara、Uchihara Yuki、Noda Shin-Ei、Okada Kohei、Kakoti Sangeeta、Suzuki Keiji、Ikota Hayato、Yokoo Hideaki、Gondhowiardjo Soehartati、Nakano Takashi、Ohno Tatsuya、Shibata Atsushi
  • Journal Title: Oncology Letters Volume: 23 Pages: －
  • DOI: 10.3892/ol.2021.13147
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] DNA損傷が惹起するHLAクラスIの抗原提示の分子機構 (2022)
  • Author(s): 内原 脩貴, Permata Tiara, Bunga Mayang, 佐藤 浩央, 川端 麗香, 堅田 明子, Gu Wenchao, Kakoti Sangeeta, 山内 基弘, 加藤 玲於奈, Gondhowiardjo Soehartati, 保仙 直毅, 安原 崇哲, 柴田 淳史
  • Organizer: 日本薬学会第142年会
• [Presentation] 放射線照射により促進されるHLAクラスIの抗原提示の分子機構 (2021)
  • Author(s): 内原 脩貴, Permata Tiara, Bunga Mayang, 佐藤 浩央, 川端 麗香, 堅田 明子, Gu Wenchao, Kakoti Sangeeta, 山内 基弘, 加藤 玲於奈, Gondhowiardjo Soehartati, 保仙 直毅, 安原 崇哲, 柴田 淳史
  • Organizer: 日本放射線影響学会第64回大会
• [Presentation] DNA損傷が惹起するナンセンス変異依存mRNA分解機構を介した抗原産生およびHLAクラスIの提示 (2021)
  • Author(s): 内原 脩貴, Permata Tiara, Bunga Mayang, 佐藤 浩央, 川端 麗香, 堅田 明子, Gu Wenchao, Kakoti Sangeeta, 山内 基弘, 加藤 玲於奈, Gondhowiardjo Soehartati, 保仙 直毅, 安原 崇哲, 柴田 淳史
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会年会