2023 Fiscal Year Annual Research Report
Mechanisms of cell survival response induced by oxygen environment after ionizing radiations
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22H03032
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | National Institutes for Quantum Science and Technology |
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Principal Investigator |
平山 亮一 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子医科学研究所 重粒子線治療研究部, 研究統括 (90435701)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平野 祥之 名古屋大学, 医学系研究科(保健), 准教授 (00423129)
野口 実穂 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子生命科学研究所, 主幹研究員 (40455283)
小西 輝昭 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子生命科学研究所, 上席研究員 (70443067)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | 放射線 / 重粒子線 / 無酸素環境下での細胞培養 / DNA損傷修復 / 微小核形成 / 細胞生存率 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、放射線照射後の酸素環境の違いによる細胞生存にまつわる応答機構を明らかにするため、放射線誘発DNA損傷の修復過程や染色体形成異常における低酸素の影響を調べ、放射線照射後の酸素環境が細胞の生死とどのような関係があるかを明らかにし、もう一つの“照射後の酸素効果”に着目する。さらに、放射線の線質を変えることで、異なる初期損傷を誘発し、その損傷に対する低酸素環境下での細胞応答も明らかにすることで、放射線治療効果を向上させる酸素を使った新たな治療戦略を提案するための新知見を見いだすことを目標としている。
放射線抵抗性を引き起こす無酸素環境下（0％酸素濃度）で放射線を照射し、継続して無酸素環境下でのDNA断片の修復動態と微小核形成を指標とした染色体異常頻度を調べた。比較対照群としては、低酸素下での放射線照射後、大気環境下（21％酸素濃度）でのDNA断片の修復動態と染色体異常頻度を調べた。2023年度は、これまで得られたX線とAr線のデータに加えて、C線とFe線のデータを新たに取得した。C線ならびにFe線照射において、照射後の無酸素環境下ではDNA断片の修復効率は低下し、低LETのC線や高LETのFe線においても同様の結果を示した。一方、微小核形成を調べると、C線やFe線照射後の無酸素下での培養で、微小核形成の頻度が大気下培養よりも低下していることがわかった。
つまり、無酸素環境下はDNA断片における修復効率を低下させる効果を見せる一方、染色体異常である微小核形成を抑制させる効果があることがわかった。異なる生物エンドポイントにおいて、無酸素による生物効果もしくは無酸素に対する生物応答の違いが観察されたことから、放射線の生物効果における酸素の関与は放射線照射時のみならず照射後においても重要な役割があることを示唆する結果を得た。
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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
2023年度までに、X線や重粒子線照射に対する定電圧電気泳動法を用いたDSBの定量評価および修復効率については調べ終えることができた。また、微小核形成を指標にした染色体異常のエンドポイントについても、繰り返し実験が不足はしているものの、LET依存性が明らかになりつつある。重粒子線のマシンタイムが年々減少しているため、少ないマシンタイムでの効果的なデータ取得を引き続き目指す予定である。
DNA損傷や染色体異常を指標した実験では、DNA修復の関与を調べるため予備的ではあるが、DNA修復欠損細胞におけるデータ取得を始め、実験系として確立させることが出来た。2024年度はDNA損傷バイオマーカーを使ったDSBの修復動態を明らかにする予定であり、予備的な実験では低酸素下照射や低酸素下培養による実験系でバイオマーカーを用いた蛍光顕微鏡下での観察が出来ることを確認した。
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| Strategy for Future Research Activity |
微小核形成を指標にした染色体異常のエンドポイントについても、概ねデータの取得に成功したが、統計的な評価を行うまでには至っていないため、3年目も継続して調査を行う予定である。当初予定していた、二動原体染色体異常についても継続してデータ取得に努める予定である。X線実験を中心に、無酸素環境下での培養細胞のDNA修復動態のメカニズム解明を進める目的で、DNA修復欠損細胞を使った実験を一部開始しており、CHO細胞を親株とする非相同末端結合（NHEJ）欠損細胞と相同組換え（HR）欠損細胞を用いて実験を引き続き行う予定である。
低酸素ワークステーションおよび低酸素インキュベータでの整備が終了したので、DNA損傷、染色体異常、細胞生存率のそれぞれのデータの関連性を明らかにしていく予定である。
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