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老化細胞誘発クラスター性変異のNGS解析による放射線発がん機構研究

研究課題

研究課題/領域番号 22K12375
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分63020:放射線影響関連
研究機関広島大学

研究代表者

河合 秀彦  広島大学, 医系科学研究科(薬), 准教授 (30379846)

研究分担者 紙谷 浩之  広島大学, 医系科学研究科(薬), 教授 (10204629)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
キーワード放射線被曝 / がん / 幹細胞 / 細胞老化
研究開始時の研究の概要

放射線被曝によって間質系細胞に誘導された細胞老化が、局所的に慢性炎症を惹起し、段階的プロセスを介して組織幹細胞に“クラスター性変異”生成を誘発することが放射線発がんに寄与している可能性が考えられる。そこで本研究計画では、その検証を目的として、我々が最近独自に開発した次世代シークエンサー(NGS)を用いたハイスループットの変異解析法により、損傷誘発クラスター性変異の解析を進めることで、放射線発がんのメカニズムを明らかにする。

研究実績の概要

研究計画の初年度には、さまざまな実験条件でヒト細胞でDNAに生じる変異の誘発頻度と変異スペクトルをハイスループットに高感度解析することが可能な実験方法として、分子barcodeを挿入したシャトルベクター(SV)libraryとNGSを利用した「SV-NGS法」を開発した。SV-NGS法を用いて、Cs-137ガンマ線の持続照射環境で誘発される変異解析を行ったところ、10の-5乗bp/Gy/dayのオーダーで照射線量率依存的な変異を検出することができた。変異スペクトル解析の結果、持続照射環境では未照射バックグラウンドで誘発される変異と同一の変異スペクトルで変異が増加することが明らかとなった。また、ガンマ線照射による変異は、急照射と持続照射で同一線量を照射した場合、急照射では欠失変異がより検出される傾向があったものの、持続照射では誘発される変異がより増加した。この結果は、ガンマ線照射によって誘発される変異は、ガンマ線が生成するDNA損傷が直接誘発する変異だけでなく、間接的に変異を誘発する機構が存在し、その寄与度は線量率依存的に異なる可能性を示唆するものと考えた。そこで、持続照射によって誘発される変異を検出することをを目的として、酸化損傷塩基を人工的に導入したSV libraryを用いて、持続照射実験を行った。その結果、導入損傷塩基に依存して特徴的な変異スペクトルが鎖バイアスを持って増加することが明らかとなった。また、これまでの実験で用いているSV libraryでは解析配列の偏りが存在し、変異シグネチャー解析する上で問題となることから、変異解析用のSV libraryの改良を行った。新たに開発したSV libraryを用いて、紫外線照射による検証実験を行ったところ、SV-NGS法と同様の結果が得られ、より検出バイアスの少ない新たな変異解析方法が確立できたものと考えている。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

前年度に確立したSV-NGS法を用いることで、ガンマ線によるDNA損傷が非常に低頻度で生じる持続照射環境においても、ヒト培養細胞での変異検出が可能であることが明らかとなった。また、急照射と持続照射において、持続照射でより多くの変異が検出されたことから、逆線量率効果的に、放射線が変異を誘発する新しい分子機構が存在することが示唆される。更に、損傷を持つSVを用いた検証実験を行った。この実験結果は、プレプリントサーバーに掲載済(DOI: 10.1101/2024.02.29.581290)である。計画はおおむね順調に進展しているものと考えている。

今後の研究の推進方策

研究計画の次年度には、SV-NGS法を用いて持続照射によって誘発される変異とその特徴を明らかとした。ただし、SV-NGS方法では、検出できる変異に偏りがあることで正確な変異シグネチャー解析を行うことができなかったことから、SV-NGS法を改良し、配列による変異検出の偏り少ない変異解析法を開発した。新たな変異解析法を用いて、最終的に老化細胞によって誘発されるクラスター変異とその誘発分子機構を明らかとする。

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (25件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 1件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 4件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Correction of substitution, deletion, and insertion mutations by 5'-tailed duplexes2024

    • 著者名/発表者名
      Kawai H, Sato K, Kato T, Kamiya H.
    • 雑誌名

      J Biosci Bioeng

      巻: 137(3) 号: 3 ページ: 157-164

    • DOI

      10.1016/j.jbiosc.2023.12.011

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Methylmercury Decreases AMPA Receptor Subunit GluA2 Levels in Cultured Rat Cortical Neurons2023

    • 著者名/発表者名
      Ishida K, Takeda K, Takehara Y, Takabayashi T, Miyara M, Sanoh S, Kawai H, Ohta S, Kotake Y
    • 雑誌名

      Biological & Pharmaceutical Bulletin

      巻: 46 号: 2 ページ: 292-300

    • DOI

      10.1248/bpb.b22-00744

    • ISSN
      0918-6158, 1347-5215
    • 年月日
      2023-02-01
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Correction of monomeric enhanced green fluorescent protein (mEGFP) gene by short 5′-tailed duplexes2022

    • 著者名/発表者名
      Kawai H, Kamitsubo R, Kamiya H
    • 雑誌名

      Journal of Bioscience and Bioengineering

      巻: 134 号: 3 ページ: 175-181

    • DOI

      10.1016/j.jbiosc.2022.06.014

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] RFWD3 and translesion DNA polymerases contribute to PCNA modification dependent DNA damage tolerance2022

    • 著者名/発表者名
      Kanao Rie、Kawai Hidehiko、Taniguchi Toshiyasu、Takata Minoru、Masutani Chikahide
    • 雑誌名

      Life Science Alliance

      巻: 5 号: 12 ページ: e202201584-e202201584

    • DOI

      10.26508/lsa.202201584

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of a versatile high-throughput mutagenesis assay with multiplexed short-read NGS using DNA-barcoded supF shuttle vector library amplified in E. coli2022

    • 著者名/発表者名
      Kawai H, Iwata R, Ebi S, Sugihara R, Masuda S, Fujiwara C, Kimura S, Kamiya H
    • 雑誌名

      eLife

      巻: 11

    • DOI

      10.7554/elife.83780

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] ACTIVATION OF HUMAN FIBROBLASTS BY CHRONIC RADIATION RATHER THAN ACUTE RADIATION2022

    • 著者名/発表者名
      Shimura T, Zaharieva E, Sasatani M, Kawai H, Kamiya K, Ushiyama A
    • 雑誌名

      Radiation Protection Dosimetry

      巻: 198 号: 13-15 ページ: 1098-1103

    • DOI

      10.1093/rpd/ncac065

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] DDX41 coordinates RNA splicing and transcriptional elongation to prevent DNA replication stress in hematopoietic cells2022

    • 著者名/発表者名
      Satoru Shinriki;Mayumi Hirayama;Akiko Nagamachi;Akihiko Yokoyama;Takeshi Kawamura;Akinori Kanai;Hidehiko Kawai;Junichi Iwakiri;Rin Liu;Manabu Maeshiro;Saruul Tungalag;Masayoshi Tasaki;Mitsuharu Ueda;Kazuhito Tomizawa;Naoyuki Kataoka;Takashi Ideue;Yutaka Suzuki;Kiyoshi Asai;Tokio Tani;Toshiya Inaba;Hirotaka Matsui
    • 雑誌名

      Leukemia

      巻: 36 号: 11 ページ: 2605-2620

    • DOI

      10.1038/s41375-022-01708-9

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 遺伝子変異研究における新しい基盤技術の開発2024

    • 著者名/発表者名
      河合 秀彦
    • 学会等名
      第149回日本薬学会中国四国支部例会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 人工ヌクレアーゼを用いない遺伝子編集:様々な遺伝子配列の編集効率2023

    • 著者名/発表者名
      紙谷 浩之、加藤 太樹、河合 秀彦
    • 学会等名
      日本分析化学会第72回年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] supF-NGS 法を用いたガンマ線照射の変異シグネチャー解析2023

    • 著者名/発表者名
      岩田 廉、河合 秀彦、紙谷 浩之
    • 学会等名
      日本環境変異原ゲノム学会第52回大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 酸化損傷塩基の修復に関わる DNA グリコシラーゼの遠隔作用変異における役割2023

    • 著者名/発表者名
      藤川 芳宏、鈴木 哲矢、河合 秀彦、紙谷 浩之
    • 学会等名
      日本環境変異原ゲノム学会第52回大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 5’-tailed duplexes による複数の置換・欠失・挿入変異の遺伝子編集2023

    • 著者名/発表者名
      天崎 光、河合 秀彦、佐藤 健斗、加藤 太樹、紙谷 浩之
    • 学会等名
      日本環境変異原ゲノム学会第52回大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 酸化グアニンが誘発する遠隔作用変異におけるDNAグリコシラーゼNEIL1の役割2023

    • 著者名/発表者名
      藤川 芳宏、鈴木 哲矢、河合 秀彦、紙谷 浩之
    • 学会等名
      日本放射線影響学会第66回大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 人工ヌクレアーゼを用いない遺伝編集ツール5’-tailed duplexの遺伝子編集能の配列依存性2023

    • 著者名/発表者名
      加藤 太樹、河合 秀彦、紙谷 浩之
    • 学会等名
      第46回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Analysis of PCNA ubiquitination-dependent DNA damage tolerance in human cells2023

    • 著者名/発表者名
      Rie Kanao, Hidehiko Kawai, Toshiyasu Taniguchi, Minoru Takata, Chikahide Masutani
    • 学会等名
      AT workshop
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] supF 遺伝子と Next Generation Sequencer を用いたハイスループット変異解析法の開発2022

    • 著者名/発表者名
      岩田 廉, 河合 秀彦, 紙谷 浩之
    • 学会等名
      日本環境変異原ゲノム学会第51回大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 8-Oxo-7,8-dihydroguanine の遠隔作用変異への NEIL1 及び NTH1 のノックダウンの影響2022

    • 著者名/発表者名
      藤川 芳宏 , 鈴木 哲矢 , 河合 秀彦 , 紙谷 浩之
    • 学会等名
      日本環境変異原ゲノム学会第51回大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 人工ヌクレアーゼを用いない遺伝子編集ツールTailed Duplexにおける配列依存性の検討2022

    • 著者名/発表者名
      上坪 諒太郎, 河合 秀彦, 紙谷 浩之
    • 学会等名
      第61回日本薬学会・日本薬剤師会・日本病院薬剤師会中国四国支部学術大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Shuttle Vector NGS 変異解析法による遠隔作用変異誘発機構解析2022

    • 著者名/発表者名
      藤原 千穂, 海老 駿吾, 河合 秀彦, 紙谷 浩之
    • 学会等名
      第61回日本薬学会・日本薬剤師会・日本病院薬剤師会中国四国支部学術大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 次世代シークエンサーを用いたsupF遺伝子変異解析系の開発2022

    • 著者名/発表者名
      増田 翔吾, 岩田 廉, 海老 駿吾, 河合 秀彦, 紙谷 浩之
    • 学会等名
      第61回日本薬学会・日本薬剤師会・日本病院薬剤師会中国四国支部学術大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] ヒト細胞においてRFWD3はPCNAの翻訳後修飾依存的なDNA損傷トレランスに関与する2022

    • 著者名/発表者名
      金尾 梨絵, 河合 秀彦, 谷口 俊恭, 高田 穣, 益谷央豪
    • 学会等名
      第45回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 人工ヌクレアーゼを用いない遺伝編集ツール5'-tailed duplexの遺伝子編集能の向上2022

    • 著者名/発表者名
      上坪 諒太郎, 河合 秀彦, 紙谷 浩之
    • 学会等名
      第45回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] RFWD3 mediates a crucial pathway of PCNA ubiquitination-dependent DNA damage tolerance in human cells2022

    • 著者名/発表者名
      Rie Kanao, Hidehiko Kawai, Toshiyasu Taniguchi, Minoru Takata, Chikahide Masutani
    • 学会等名
      遺伝研国際シンポジウム2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] RFWD3 and TLS polymerases play crucial roles in PCNA ubiquitination-dependent DNA damage tolerance in human cells2022

    • 著者名/発表者名
      Rie Kanao, Hidehiko Kawai, Toshiyasu Taniguchi, Minoru Takata, Chikahide Masutani
    • 学会等名
      Meeting on Endogenous DNA Damage and Repair
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] DDX41変異によるR-loop増加を介した細胞増殖障害2022

    • 著者名/発表者名
      神力 悟, 平山 真弓, トンガラグ・サロール, 長町 安希子, 金井 昭教, 片岡 直行, 河合 秀彦, 横山 明彦, 稲葉 俊哉, 松井 啓隆
    • 学会等名
      第84回日本血液学会学術集会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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