放射線照射次世代マウスにおける遺伝的不安定性と遅延突然変異誘発の分子機構

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12480156
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 丹羽 太貫 京都大学, 放射線生物研究センター, 教授 (80093293)
• 研究分担者: 加藤 友久 京都大学, 放射線生物研究センター, 助手 (50301247)
• キーワード: 放射線 / ゲノム不安定性 / 非標的突然変異 / 遅延突然変異 / pink-eyed unstableアレール / ミニサテライト / ゲノムクロストーク / p53依存性Sチェックポイント

研究概要

放射線が突然変異誘発作用の機構とし、放射線によるDNA損傷が突然変異として固定されるという直接的な作用機構が考えられてきた。しかし最近になり放射線は遺伝的不安定性を誘発し、これが突然変異を誘発するという間接的機構の存在が明らかになってきた。われわれのこれまでの研究から、遺伝的不安定性により誘導される生殖細胞突然変異や体細胞突然変異の存在を示してきた。しかしながら、放射線による遺伝的不安定性の誘発の分子機構はほとんど明かではない。
本研究では、放射線で誘発される遺伝的不安定性の2つの特徴である非標的突然変と遅延突然変異について、照射精子から生まれた次世代マウスでの雌親由来遺伝子における突然変異を解析した。照射精子受精で生まれた次世代マウスでの母親由来のpc-1ミニサテライト配列の突然変異頻度は、精子への放射線量に応じて上昇した。さらに次世代マウスの網膜色素細胞において母親由来のpink-eyed unstableアレールの復帰突然変異を見たところ、精子への放射線量に応じてその頻度の上昇が観察された。これは精子が受精卵に持ち込んだDNA損傷が発生期の多くの細胞分裂を経ても突然変異を誘発させ続けることを意味している。すなわち放射線によるDNA損傷で誘導されたゲノム不安定性は、長期にわたって非標的突然変と遅延突然変異を誘発する。
これらの結果はまた、DNA損傷によって精子ゲノムと卵子ゲノムの間でゲノムクロストークの機構が存在することを意味している。このゲノムクロストークを解析するため、照射精子受精卵とそれから発生する胚について、p53依存性シグナル伝達機構を解析した。受精卵の雌性核へ注入したp53応答性lacZレポーターは、精子への照射によって発現が誘発される。また照射精子受精卵では、p53依存性Sチェックポイントの存在が明らかになった。このp53依存性SチェックポイントによりDNA合成が抑制を受けた受精卵でDNA量が2Nに満たない卵も正常に分裂し、着床期まで発生してその後に排除される。
以上、本研究を通じて、1)放射線がゲノム不安定性を誘発し、これが非標的・遅延突然変異を誘発すること、およびマウス受精卵におけるp53依存性Sチェックポイントという新たなp53の機能が明かになった。

研究成果

• [文献書誌] Shiraishi K, Kiwa O et al.: "Persistent induction of somatic reversions of the pink-eyes unstable mutation in F1 miceborn to fathers irradiated at the spermatozoa stage"Radiation Research. (in press).
• [文献書誌] Shimura K, Niwa O et al.: "p53 dependent S phase damage checkpoint and pronuclear crosstalk in mouse zygotes with X-irradiated sperm"Molecular and Cellular Biology. 22. 2220-2228 (2002)
• [文献書誌] Ohtaki M, Niwa O: "A mathematical model for radiation carcinogenesis with induction of genomic instability and cell death"Radiation Research. 56. 627-677 (2002)
• [文献書誌] Niwa O, Kominami R: "Untargeted mutation of the maternally derived mouse hypervariable minisatellite allele in F1 mice born to irradiated spermatozoa"Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 98. 1705-1710 (2001)
• [文献書誌] Saito Y, Niwa O et al.: "Genetic loci controlling susceptibility to g-ray-induced thymic lymphoma"Oncogene. 20. 5243-5247 (2001)
• [文献書誌] Taga M, Niwa O et al.: "Increased frequencies of gene and chromosome mutations after X-irradiation in mouse embryonal carcinoma cells transfected with the bcl-2 gene"Japan Journal of Cancer Research. 91. 994-1000 (2000)