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2020 年度 実績報告書

イオンビーム生物影響の原因となる二本鎖切断末端に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 16H02959
研究機関国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構

研究代表者

鹿園 直哉  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子生命科学領域, 統括グループリーダー(定常) (10354961)

研究分担者 佐藤 達彦  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 原子力基礎工学研究センター, 研究主席 (30354707)
森林 健悟  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子生命科学領域, 上席研究員(定常) (70354975)
赤松 憲  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子生命科学領域, グループリーダー(定常) (70360401)
甲斐 健師  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 原子力基礎工学研究センター, 研究主幹 (70403037)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2021-03-31
キーワード二本鎖切断末端 / イオンビーム / エネルギー付与
研究実績の概要

これまで放射線生物影響に関与する最も重要なDNA損傷として二本鎖切断(DSB)が精力的に研究されてきたが、放射線によって誘発される「生物影響に関与するDSB」の分子的実体は未だ不明な点が多い。昨年度に引き続き、本年度はDSB生成のシミュレーション、及び、DSB末端の損傷構造を調べる研究を進めた。
シミュレーション研究においては、放射線挙動解析コードPHITSに陽子や炭素イオンに対する飛跡構造解析モードを組み込み、それらの粒子が引き起こすDNAダメージの詳細な空間分布を計算可能とした。これにより光子線とイオンによるDNA末端の損傷パターンの違いを比較することができるようになり、生物学的効果比の検討などが可能となった。また、イオン飛跡構造解析モードを利用した実験解析から、生体への重イオン照射により発生した2次電子が関与するDNA損傷の種類は、2次電子のエネルギースペクトルに強く依存することを明らかにした。本成果は、放射線生物影響の初期段階の解明へ向けて、新たな科学的知見となるものである。
DSB末端の損傷構造を調べる研究では、放射線誘発された細胞内での損傷DNAを濃縮し、DSB末端のDNA損傷分布を原子間力顕微鏡を使って観察した。その結果、放射線によって局所的に損傷が集中するタイプの損傷(クラスターDNA損傷)が誘発されることを直接的に示すことができた。特に、線エネルギー付与が大きい放射線でクラスターDNA損傷の収率が大きいことが明らかとなった。これらの結果は、生物影響に関与すると考えられるDSBの生成過程、生成頻度、分子構造に新たな知見を与え、放射線生物影響の原因に対する理解を深めるものである。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (7件)

  • [雑誌論文] Debye shield formed by track potential and transport of secondary electrons in heavy ion irradiation2021

    • 著者名/発表者名
      Moribayashi Kengo
    • 雑誌名

      Radiation Physics and Chemistry

      巻: 184 ページ: 109436

    • DOI

      10.1016/j.radphyschem.2021.109436

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fluorescence anisotropy study of radiation-induced DNA damage clustering based on FRET2020

    • 著者名/発表者名
      Akamatsu Ken、Shikazono Naoya、Saito Takeshi
    • 雑誌名

      Analytical and Bioanalytical Chemistry

      巻: 413 ページ: 1185~1192

    • DOI

      10.1007/s00216-020-03082-w

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Characterization of gamma irradiation-induced mutations in Arabidopsis mutants deficient in non-homologous end joining2020

    • 著者名/発表者名
      Du Yan、Hase Yoshihiro、Satoh Katsuya、Shikazono Naoya
    • 雑誌名

      Journal of Radiation Research

      巻: 61 ページ: 639~647

    • DOI

      10.1093/jrr/rraa059

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Strand with mutagenic lesion is preferentially used as a template in the region of a bi-stranded clustered DNA damage site in Escherichia coli2020

    • 著者名/発表者名
      Shikazono Naoya、Akamatsu Ken
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 10 ページ: 9737

    • DOI

      10.1038/s41598-020-66651-0

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Relation between biomolecular dissociation and energy of secondary electrons generated in liquid water by fast heavy ions2020

    • 著者名/発表者名
      Tsuchida Hidetsugu、Kai Takeshi、Kitajima Kensei、Matsuya Yusuke、Majima Takuya、Saito Manabu
    • 雑誌名

      The European Physical Journal D

      巻: 74 ページ: 212~212

    • DOI

      10.1140/epjd/e2020-10172-x

    • 査読あり
  • [学会発表] 重イオンビーム照射におけるデバイ遮蔽の生成過程2021

    • 著者名/発表者名
      森林健悟
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会
  • [学会発表] 放射線誘発クラスターDNA損傷の直接観察とその修復2020

    • 著者名/発表者名
      鹿園直哉、赤松憲、中野敏彰
    • 学会等名
      日本放射線影響学会第63回大会
  • [学会発表] FRET analyses of DNA damage clustering in plasmid DNA irradiated under a cell-mimetic condition2020

    • 著者名/発表者名
      Ken Akamatsu, Naoya Shikazono
    • 学会等名
      日本放射線影響学会第63回大会
  • [学会発表] Involvement of SPRTN in DNA protein cross-link damage repair2020

    • 著者名/発表者名
      T. Nakano, H. Sasanuma, M. Tuda, K. Hirota, N. Shikazono, M. Kawanishi, S. Takeda, H. Ide, K. Tano
    • 学会等名
      第43回日本分子生物学会
  • [学会発表] 磁場がイオンビームの生物効果を増大させる理由の検討:熱膨張仮説2020

    • 著者名/発表者名
      森林健悟
    • 学会等名
      量子生命科学会第2回大会
  • [学会発表] Plasma formed by track potential and transport of secondary electrons in heavy ion irradiation on surfaces2020

    • 著者名/発表者名
      Kengo Moribayashi
    • 学会等名
      第21回「イオンビームによる表面・界面の解析と改質」特別研究会
  • [学会発表] 重粒子線がん治療における原子分子・プラズマ物理の役割2020

    • 著者名/発表者名
      森林健悟
    • 学会等名
      第45回原子衝突学会

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公開日: 2021-12-27  

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