シンクロトロン放射を用いた放射線DNA損傷の分光学的研究

2005 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15651023
• 研究機関: 独立行政法人日本原子力研究開発機構
• 研究代表者: 横谷 明徳 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 先端基礎研究センター, 研究主幹 (10354987)
• 研究分担者: 赤松 憲 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力基礎工学研究部門, 研究職 (70360401) ; 藤井 健太郎 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 先端基礎研究センター, 研究職 (00360404) ; 渡邊 立子 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力基礎工学研究部門, 研究副主幹 (10360439) ; 漆原 あゆみ 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 先端基礎研究センター, 博士研究員 (80391275) ; 鹿園 直哉 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 先端基礎研究センター, 研究副主幹 (10354961)
• キーワード: シンクロトロン放射 / 放射線DNA損傷 / 電子常磁性共鳴 / ラジカル / 内殻光励起 / DNA鎖切断 / モンテカルロシミュレーション / 円偏光軟X線二色性

研究概要

本研究では、放射線の直接効果によるDNAの損傷過程を、DNA中の特定元素を狙い撃ちができるシンクロトロン軟X線ビーム(以下軟X線)を用いることで解明することを目的としている。本年度はDNA塩基の蒸着薄膜試料を作成し、短寿命の塩基ラジカルをESRにより測定した。その結果、薄膜にわずかに水分子が吸着すると塩基ラジカルの収率が減少することを、窒素及び酸素のK吸収端の軟X線を利用することで新たに見出し、損傷過程においてDNAと配位水層との間の電荷交換相互作用が介在することが示された。一方、これまでに軟X線を用いて実験的に得られているDNAの1本鎖切断、2本鎖切断及びFpgなどの塩基除去修復酵素との反応で可視化された酸化的塩基損傷の収率について、モンテカルロシミュレーションによる理論的な解析を進め、特定元素の内殻吸収によりクラスター化した複雑なDNA損傷が生じることを明らかにした。さらに、軟X線と同様に高密度励起・電離を与えるイオンビームについても、研究当初には予定されていなかったが同様な実験を進め高LET放射線によるDNA損傷収率を得ることができた。また細胞レベルでの修復応答を調べるための新しい実験方法として、大腸菌の塩基除去修復酵素欠損株に損傷を含むDNAを適当なベクターで導入し、修復反応をさせた後に再び細胞からDNAを回収して損傷の修復度合いを測定する方法を確立した。この方法により、ふたつの塩基損傷からなるクラスター損傷により、修復欠損株では突然変異率が極めて増大することが明らかになった。さらにDNAとタンパク質がクロスリンクするタイプの損傷を調べる目的で、アミノ酸の薄膜に対する軟X線照射及びHPLC法による照射生成物の分析を行ない、光学異性アミノ酸に関する円偏光軟X線二色性スペクトルの測定に世界で初めて成功するとともに、アミノ酸同士が重合した二量体が生成することを確認した。

研究成果

• [雑誌論文] 放射線によるクラスターDNA損傷の生成機構 (2005)
  • 著者名/発表者名: 横谷 明徳
  • 雑誌名: 放射線生物研究 40 ページ: 168-184
• [雑誌論文] 放射線DNA損傷の飛跡構造シミュレーションに基づく研究 (2005)
  • 著者名/発表者名: 渡邊 立子
  • 雑誌名: 放医研シンポジウムシリーズ「放射線の個体影響-機構研究からのアプローチ」(早田勇編)(放射線医学総合研究所) ページ: 97-109
• [雑誌論文] First observation of natural circular dichroism for biomolecules in soft X-ray region studied with a polarizing undulator (2005)
  • 著者名/発表者名: Masahito Tanaka
  • 雑誌名: Physica Scripta T115 ページ: 873-876
• [雑誌論文] Chemical evolution of amino acid induced by soft X-ray with synchrotron radiation (2005)
  • 著者名/発表者名: Fumie Kaneko
  • 雑誌名: Journal of Electron Spectroscopy and Related phenomena 144-147 ページ: 291-294
• [雑誌論文] Natural circular dichroism of amino acid films observed in soft X-ray and VUV region using polarizing undulator (2005)
  • 著者名/発表者名: Kazumich Nakagawa
  • 雑誌名: Journal of Electron Spectroscopy and Related phenomena 144-147 ページ: 271-273
• [雑誌論文] Comparative radiation tolerance based on the induction of DNA double-strand breaks in tobacco BY-2 cells and CHO-K1 cells irradiated with gamma rays (2005)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Yokota
  • 雑誌名: Radiation Research 163 ページ: 520-525
• [図書] 放射線化学のすすめ(日本放射線化学会編) (2006)
  • 著者名/発表者名: 渡邊 立子
  • 総ページ数: 3
  • 出版者: 学会出版センター