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

2013 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, 原子力科学研究部門先端基礎研究センター, 研究主席 (10354987)
• 研究分担者: 藤井 健太郎 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門先端基礎研究センター, 研究副主幹 (00360404) ; 鹿園 直哉 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門量子ビーム応用研究センター, 研究主幹 (10354961) ; 渡辺 立子 独立行政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基礎工学研究センター, 研究副主幹 (10360439) ; 野口 実穂 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門先端基礎研究センター, 研究員 (40455283) ; 岡 壽崇 東北大学, 学内共同利用施設等, 助教 (70339745) ; 樋口 真理子 独立行政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基礎工学研究センター, 任期付研究員 (90370460)
• 研究期間 (年度): 2009-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: クラスターDNA損傷 / APサイト / 塩基除去修復酵素 / モンテカルロシミュレーション / シンクロトロン放射光 / EPR / 不対電子種 / 突然変異

研究概要

クラスターDNA損傷の構造と生成機構の解明を目指し、本年度は特に塩基の脱離部位（APサイト）収率を、AP除去酵素をプローブとして用て定量し、得られた結果をモンテカルロシミュレーションにより解析した。その結果、APサイトはDNAの一本鎖切断型損傷（SSB)と同じ反応中間体を経ることを明らかにした。一方、クラスター化して生じた複数の塩基損傷に対する除去修復作用に着目し、炭素イオンを照射したDNAに対して2種類の塩基除去修復酵素を同時に、あるいは逐次的に作用させた時の塩基損傷除去活性を調べた。その結果、最初の酵素作用で生じたSSBは次の酵素の活性には影響しなかったことから、クラスターを構成する塩基損傷は少なくとも数塩基対以上離れて生成することが示唆された。これらの結果は国際会議（HITSRS2013、千葉)で発表し2報のProceedingsとして刊行された。
また分子内の官能基の一部をハロゲン原子等で置換したDNA塩基に対して放射光軟X線を照射し、生じたDNA損傷中間体である不対電子の収率をEPR装置を用いて測定した。その結果、置換基の電気陰性度に強く依存して不対電子種収率が変化することを見出した。さらに最終的なDNA損傷収率を得るため、軟X線を十分に透過する極薄膜DNA試料の作製を試みた。この試料に対して実際に軟X線を照射し、損傷の分析ができることを確認した。前者の成果については招待講演として、また後者はポスター発表及びProceedingsとしてKEK物構研サイエンスフェスタ（つくば）において発表した。
さらに、合成クラスター損傷をDNAポリメレースIを欠損した大腸菌に導入した上で突然変異誘発効果を調べた結果、変異の誘発率が大きく上昇することを見出した。DNA複製がクラスター損傷による変異誘発を抑えることが示唆された。この成果をMutation Research誌に発表した。

現在までの達成度 (区分)

理由

25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

25年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Dependence of the yields of AP sites and AP clusters produced in plasmid DNA on scavenging capacity and LET (2014)
  • 著者名/発表者名: Takuya SHIINA, RitsukoWATANABE, Masao SUZUKI and Akinari YOKOYA
  • 雑誌名: Journal of Radiation Research 巻: 55 ページ: i15-i16
  • DOI: 10.1093/jrr/rrt160
• [雑誌論文] Order effect of repair processes to clustered DNA damage (2014)
  • 著者名/発表者名: Iyo SHIRAISHI, Masao SUZUKI, Naoya SHIKAZONO, Kentaro FUJII and Akinari YOKOYA
  • 雑誌名: Journal of Radiation Research 巻: 55 ページ: i92-i93
  • DOI: 10.1093/jrr/rrt152
• [雑誌論文] 放射線生物学の最前線－DNA損傷機構と損傷修復の分子シミュレーション (2014)
  • 著者名/発表者名: 横谷明徳、高須昌子、石川顕一
  • 雑誌名: 日本原子力学会誌ATOMOΣ 巻: 56 ページ: 23-27
  • 査読あり
• [雑誌論文] 内殻イオン化によるDNA損傷と局在化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 横谷明徳、鵜飼正敏、岡壽崇、甲斐健師、渡邊立子、藤井健太郎
  • 雑誌名: 原子衝突学会誌「しょうとつ」 巻: 11 ページ: 33-39
  • 査読あり
• [雑誌論文] DNA damage by soft X-ray exposure at oxygen K-edge (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Sugaya, A. Narita, K. Fujii, and A. Yokoya
  • 雑誌名: Journal of Physics:ConferenceSeries 巻: 502 ページ: 012040
  • DOI: 10.1088/1742-6596/502/1/012040
  • 査読あり
• [雑誌論文] Significance of DNA Polymerase I in in vivo processing of clustered DNA damage (2013)
  • 著者名/発表者名: Shikazono, N., Akamatsu, K., Takahashi, M., Noguchi, M., Urushibara, A., O’Neill, P. and Yokoya, A.
  • 雑誌名: Mutatation Research 巻: 749 ページ: 9-15
  • DOI: 10.1016/j.mrfmmm.2013.07.010.
  • 査読あり
• [学会発表] 高輝度軟X線を用いた不対電子観測によるDNA損傷の物理化学的プロセス (2014)
  • 著者名/発表者名: 岡壽崇
  • 学会等名: 物構研サイエンスフェスタ2013
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 20140318-20140319
  • 招待講演
• [学会発表] Dosorbed ion measurement from water doposited deoxyribose film induced by synchrotron soft X-rays (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Fujii, A. Narita, A. Yokoya, M.A. Herve du Penhoat, A. Touati, M.A. Politis
  • 学会等名: The 18th ASRC International Worksho, "Initial processes of radiation effects on genomic stability"
  • 発表場所: Tokai, Ibaraki
  • 年月日: 20140312-20140313
• [学会発表] 放射線被ばく細胞のライブセルイメージング追跡 (2014)
  • 著者名/発表者名: 横谷明徳
  • 学会等名: 茨城大学公開シンポジウム・第7回Quantum Medicine研究会「がん治療成績向上への取り組みと放射線被ばく影響」
  • 発表場所: 水戸
  • 年月日: 20140309-20140309
  • 招待講演
• [学会発表] DNA damage by soft X-ray exposure around oxygen K-edge (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Sugaya, A. Narita, K. Fujii, and A. Yokoya
  • 学会等名: Light and Particle Beams in Material Science 2013
  • 発表場所: Tsukuba
  • 年月日: 20130829-20130831
• [学会発表] Dependence of the yields of AP sites and AP clusters produced in plasmid DNA on scavenging capacity and LET (2013)
  • 著者名/発表者名: Takuya Shiina, Ritsuko Watanabe, Masao Suzuki, Akinari Yokoya
  • 学会等名: Heavy Ion in Therapy and Space Radiation Symposium 2013
  • 発表場所: Chiba
  • 年月日: 20130515-20130518
• [学会発表] Order effect of base excision processes to repair clustered DNA damage (2013)
  • 著者名/発表者名: Iyo Shiraishi, Masao Suzuki, Naoya Shikazono, Kentaro Fujii and Akinari Yokoya
  • 学会等名: Heavy Ion in Therapy and Space Radiation Symposium 2013
  • 発表場所: Chiba
  • 年月日: 20130515-20130518
• [備考] 放射場生体分子科学研究グループ
  • URL: http://asrc.jaea.go.jp/soshiki/gr/yokoya-gr/