放射線によるクラスターDNA損傷の構造と難修復特性の研究

2010 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21310041
• 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: 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, 研究主幹 (10354961) ; 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) ; 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, 研究副主幹 (00360404) ; 野口 実穂 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, 研究員 (40455283) ; 岡 壽崇 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 (70339745)
• キーワード: 放射線 / DNA損傷 / クラスターDNA損傷 / シンクロトロン放射 / 塩基除去修復 / トラック構造 / モンテカルロシミュレーション / 分子動力学法

研究概要

1.クラスターDNA損傷の構造と生成機構に関する研究
大型放射光施設(SPring-8)に設置されたEPR装置を用い、DNAのピリミジン塩基薄膜試料に生じたラジカルやホール、補足電子といった不対電子種のその場観測を行うと共に(App1. Phys. Lett.に掲載)、軟X線の吸収微細構造が大きく変化することを突き止めた。またこれらの成果を解説書にまとめた。(Yokoya et al. Spectroscopic study of radiation-induced DNA lesions and their susceptibility to enzymatic repair. In: Charged particle and photon interactions with matter)。
2.クラスターDNA損傷の難修復特性に関する研究
DNAが1本鎖に変性する性質を利用した新しいクラスター損傷検出法とその理論解析法を開発した。またモンテカルロ法により実際の細胞内におけるクラスター損傷の分布についてシミュレーションを行った。(それぞれ、Radiat. Prot. Dosim.に3報の論文として掲載)。さらにクラスター損傷を有するDNAと修復酵素の分子動力学計算を行い論文発表した(J. Struct. Biol.)。
3.上記の研究に加え、DNA損傷誘発に対する抗酸化剤の効果についての研究を新たに開始した。

研究成果

• [雑誌論文] Electron paramagnetic resonance study of unpaired electron species in thin films of pyrimidine bases induced by nitrogen and oxygen K-shell photoabsorption (2011)
  • 著者名/発表者名: Toshitaka Oka
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 98 ページ: 103701-1-103701-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] A novel technique using DNA denaturation to detect multiply induced single-strand breaks in a hydrated plasmid DNA molecule by X-ray and ^4He^<2+> ion irradiation (2011)
  • 著者名/発表者名: Akinari Yokoya
  • 雑誌名: Radiation Protection Dosimetry 巻: 143 ページ: 219-225
  • 査読あり
• [雑誌論文] A model for analysis of the yield and the level of clustering of radiation-induced DNA strand breaks in hydrated plasmids (2011)
  • 著者名/発表者名: Naoya Shikazono
  • 雑誌名: Radiation Protection Dosimetry 巻: 143 ページ: 181-185
  • 査読あり
• [雑誌論文] Monte Carlo simulation of radial distribution of DNA strand breaks along the C and Ne ion paths (2011)
  • 著者名/発表者名: Ritsuko Watanabe
  • 雑誌名: Radiation Protection Dosimetry 巻: 143 ページ: 186-190
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis of cell-survival fraction for heavy-ion irradiations based on microdosimetric kinetic model implemented in the particle and heavy ion transport code sysyetm (2011)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhiko Sato
  • 雑誌名: Radiation Protection Dosimetry 巻: 143 ページ: 491-496
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced resolution of molecular recognition to distinguish structurally similar molecules by different conformational responses of a protein uponligand binding (2011)
  • 著者名/発表者名: Mariko Higuchi
  • 雑誌名: Journal of Structural Biology 巻: 173 ページ: 20-28
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pulse Radiolysis Study on Free Radical Scavenger Edaravone (3-methyl-1-phenyl-2-pyrazolin-5-one). 2 : A Comparative Study on Edaravone Derivatives (2011)
  • 著者名/発表者名: Kuniki Hata
  • 雑誌名: Journal of Radiation Research 巻: 52 ページ: 15-23
  • 査読あり
• [雑誌論文] Protective effect of silybin and analogues against X-ray radiation-induced damage (2010)
  • 著者名/発表者名: Haiying Fu
  • 雑誌名: Acta Biochimica et Biophysica Sinica 巻: 42 ページ: 489-495
  • 査読あり
• [雑誌論文] 軟X線照射によるDNA損傷の光子エネルギーによる選択的な依存性(放射線化学会奨励賞受賞論文) (2010)
  • 著者名/発表者名: 藤井健太郎
  • 雑誌名: 放射線化学 巻: 90 ページ: 17-22
  • 査読あり
• [雑誌論文] 治療用重粒子イオンビームの放射線化学反応(放射線化学会奨励賞受賞論文) (2010)
  • 著者名/発表者名: 山下真一
  • 雑誌名: 放射線化学 巻: 90 ページ: 11-16
  • 査読あり
• [雑誌論文] X-ray absorption spectra for nucleotides (AMP, GMP, and CMP) in liquid water solutions near the nitrogen K-edge (2010)
  • 著者名/発表者名: Masatoshi Ukai
  • 雑誌名: Chemical Physics Letters 巻: 495 ページ: 90-95
  • 査読あり
• [雑誌論文] Studies on Biological Effects of Ion Beams on Lethality, Molecular Nature of Mutation, Mutation Rate, and Spectrum of Mutation Phenotype for Mutation Breeding in Higher Plants (2010)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Tanaka
  • 雑誌名: Journal of Radiation Research 巻: 51 ページ: 223-233
  • 査読あり
• [学会発表] ESR study of unpaired electron species in nucleobase films induced by nitrogen and oxygen K-shell photoabsorption (2011)
  • 著者名/発表者名: Toshitaka Oka
  • 学会等名: International Workshop on Radiation Effects in Nuclear Technology
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20110309-20110310
• [学会発表] 軟X線照射したDNA薄膜のXANESスペクトル変化 (2011)
  • 著者名/発表者名: 藤井健太郎
  • 学会等名: 第24回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 20110107-20110110
• [学会発表] 酸素・窒素のK殻イオン化でDNA関連分子薄膜中に生じた不対電子種のESRによる測定 (2011)
  • 著者名/発表者名: 岡壽崇
  • 学会等名: 第24回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 20110107-20110110
• [学会発表] 酸素K殻共鳴励起によりプラスミドDNA中に生成する鎖切断、塩基変異及びAPサイト (2011)
  • 著者名/発表者名: 菅谷雄基
  • 学会等名: 第24回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 20110107-20110110
• [学会発表] Measurement of unpaired electron species in dry DNA thin films irradiated with synchrotron soft X-rays around oxygen and nitrogen K-edge studied by EPR (2010)
  • 著者名/発表者名: Toshitaka Oka
  • 学会等名: The 2010 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem 2010)
  • 発表場所: Hawaii, USA
  • 年月日: 20101215-20101220
• [学会発表] CYPMPOによるガンマ線照射水分解ラジカル捕捉と安定性評価 (2010)
  • 著者名/発表者名: 岡壽崇
  • 学会等名: 第49回電子スピンサイエンス学会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 20101111-20101113
• [学会発表] 酸素及び窒素のK殻イオン化でDNA関連分子薄膜中に生じた不対電子種の測定 (2010)
  • 著者名/発表者名: 岡壽崇
  • 学会等名: 第49回電子スピンサイエンス学会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 20101111-20101113
• [学会発表] Development and applications of the microdosimetric function imolemented in the macroscopic particle transport simulation code PHITS (2010)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhiko Sato
  • 学会等名: Monte Carlo computational methods in radiation track simulation and applications in physical, biological and medical sciences
  • 発表場所: Stockholm, Sweden
  • 年月日: 20101109-20101112
• [学会発表] スピントラップ剤CYTPMPOによるガンマ線照射水分解生成物補足とその安定性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 岡壽崇
  • 学会等名: 日本放射線影響学会第53回大会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 20101020-20101022
• [学会発表] 重粒子による水の放射線分解:水分解ラジカルの空間分布とダイナミクス (2010)
  • 著者名/発表者名: 山下真一
  • 学会等名: 日本放射線影響学会第53回大会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 20101020-20101022
• [学会発表] プラスミドDNAの変性-アニーリングを利用した多重塩基損傷検出のための新しい方法の開発 (2010)
  • 著者名/発表者名: 横谷明徳
  • 学会等名: 日本放射線影響学会第53回大会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 20101020-20101022
• [学会発表] DNA損傷の空間分布と難修復性を考慮した生存率曲線の解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 渡邊立子
  • 学会等名: 日本放射線影響学会第53回大会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 20101020-20101022
• [学会発表] 8-oxoGを含むクラスターDNA損傷の誘発突然変異 (2010)
  • 著者名/発表者名: 野口実穂
  • 学会等名: 日本放射線影響学会第53回大会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 20101020-20101022
• [学会発表] 希薄プラスミドDNA水溶液へのガンマ線照射:放射線誘起損傷の抗酸化剤エダラボンによる化学回復 (2010)
  • 著者名/発表者名: 端邦樹
  • 学会等名: 日本放射線影響学会第53回大会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 20101020-20101022
• [学会発表] 非二重鎖切断型損傷による遺伝的不安定性の誘発 (2010)
  • 著者名/発表者名: 漆原あゆみ
  • 学会等名: 日本放射線影響学会第53回大会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 20101020-20101022
• [学会発表] 軟X線及び電子線照射によりプラスミドDNA中に生成する塩基損傷及びAPサイト (2010)
  • 著者名/発表者名: 菅谷雄基
  • 学会等名: 日本放射線影響学会第53回大会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 20101020-20101022
• [学会発表] クラスターDNA損傷に対する塩基除去修復酵素の作用順序の効果 (2010)
  • 著者名/発表者名: 白石伊世
  • 学会等名: 日本放射線影響学会第53回大会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 20101020-20101022
• [学会発表] AP site及びこれを含むクラスターDNA損傷収率の放射線の線質及びスキャベンジャー能に対する依存性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 椎名卓也
  • 学会等名: 日本放射線影響学会第53回大会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 20101020-20101022
• [学会発表] Various modes of DNA damage formation by the direct effect of radiation (2010)
  • 著者名/発表者名: Akinari Yokoya
  • 学会等名: The 56th Annual Meeting of Radiation Research Society
  • 発表場所: Hawaii, USA(招待講演)
  • 年月日: 20100925-20100929
• [学会発表] Water radiolysis with high-energy heavy ions : conversion of transient water radicals into stable product inside heavy-ion tracks (2010)
  • 著者名/発表者名: Shinichi Yamashita
  • 学会等名: The 56th Annual Meeting of Radiation Research Society
  • 発表場所: Hawaii, USA(招待講演)
  • 年月日: 20100925-20100929
• [学会発表] Processing and biological consequences of clustered DNA damage containing a single strand break and an AP site (2010)
  • 著者名/発表者名: Naoya Shikazono
  • 学会等名: The 56th Annual Meeting of Radiation Research Society
  • 発表場所: Hawaii, USA
  • 年月日: 20100925-20100929
• [学会発表] ガンマ線照射により生成した水分解ラジカルのCYPMPOによる捕捉 (2010)
  • 著者名/発表者名: 岡壽崇
  • 学会等名: 第53回放射線化学討論会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 20100921-20100923
• [学会発表] 軟X線照射によるDNA損傷の光子エネルギーによる選択的な依存性(日本放射線化学会奨励賞受賞講演) (2010)
  • 著者名/発表者名: 藤井健太郎
  • 学会等名: 第53回放射線化学討論会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 20100921-20100923
• [学会発表] 治療用重粒子イオンビームの放射線化学反応(日本放射線化学会奨励賞受賞講演) (2010)
  • 著者名/発表者名: 山下真一
  • 学会等名: 第53回放射線化学討論会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 20100921-20100923
• [学会発表] Water radiolysis with heavy ions of energies up to 28GeV (2010)
  • 著者名/発表者名: Shinichi Yamashita
  • 学会等名: 3rd Asia-Pacific Symposium on Radiation Chemistry (APSRC-2010)/DAE-BRNS 10th Biennial Trombay Symposium on Radiation & Photochemistry (TSRP-2010)
  • 発表場所: Lonavala, India(招待講演)
  • 年月日: 20100914-20100917
• [学会発表] Near Edge X-ray Absorption Fine Structure of DNA Thin Film Irradiated with Soft X-rays (2010)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Fujii
  • 学会等名: The 37th International conference on Vacuum Ultraviolet and X-ray Physics
  • 発表場所: Vancouver, Canada
  • 年月日: 20100711-20100716
• [学会発表] スピントラップ剤CYPMPOによる水分解ラジカル捕捉-1- (2010)
  • 著者名/発表者名: 岡壽崇
  • 学会等名: 第47回アイソトープ・放射線研究発表会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20100707-20100709
• [学会発表] スピントラップ剤CYPMPOによる水分解ラジカル捕捉-2- (2010)
  • 著者名/発表者名: 岡壽崇
  • 学会等名: 第47回アイソトープ・放射線研究発表会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20100707-20100709
• [学会発表] Water radiolysis with steady-state heavy-ion beams from HIMAC (2010)
  • 著者名/発表者名: Shinichi Yamashita
  • 学会等名: 15emes Journees d'Etudes de la Chimie sous Rayonnement (JECR-2010)
  • 発表場所: Bordeaux, France(招待講演)
  • 年月日: 20100526-20100528
• [学会発表] Cell-type and ion-species depdendence of the biological doses for charged-particle theapy (2010)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhiko Sato
  • 学会等名: 49th Annual meeting on the particle therapy co-operative group
  • 発表場所: 前橋
  • 年月日: 20100517-20100519
• [学会発表] A novel technique using DNA denaturation-annealing to detect multiply induced base lesions in plasmid DNA molecules by X-ray irradiation (2010)
  • 著者名/発表者名: Akinari Yokoya
  • 学会等名: The 11th International Workshop on Radiation Damage to DNA
  • 発表場所: Atlanta, USA
  • 年月日: 20100515-20100519
• [学会発表] 放射線の直接作用による様々なDNA損傷生成モード (2010)
  • 著者名/発表者名: 横谷明徳
  • 学会等名: 平成22年度第2回量子ビーム科学研究施設研究会～量子ビームの医学・生物学への応用～(大阪大学産業科学研究所)
  • 発表場所: 大阪(招待講演)
  • 年月日: 2010-11-30
• [学会発表] 難修復性のDNA損傷に関する物理学的及び生物学的アプローチによる研究 (2010)
  • 著者名/発表者名: 横谷明徳
  • 学会等名: 東北大学医学部加齢研究所研究員会セミナー
  • 発表場所: 仙台(招待講演)
  • 年月日: 2010-08-11
• [図書] Charged particle and photon interactions with matter-recent advances, applications and interfaces, Chapter 20 : Spectroscopic study of radiation-induced DNA lesions and their susceptibility to enzymatic repair(Eds., Y.Hatano, Y.Katsumura, and A.Mozumder) (2011)
  • 著者名/発表者名: Akinari Yokoya
  • 総ページ数: 543-574
  • 出版者: CRC/Taylor & Francis Group
• [図書] Charged particle and photon interactions with matter-recent advances, applications and interfaces, Chapter 13 : Radiation chemistry of liquid water with heavy ions : steady-state and pulse radiolysis studies(Eds., Y.Hatano, Y.Katsumura, and A.Mozumder) (2011)
  • 著者名/発表者名: Shinichi Yamashita
  • 総ページ数: 325-354
  • 出版者: CRC/Taylor & Francis Group