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放射線生物効果の作用機序は、遺伝情報を担う細胞内DNAの損傷に起因する。電離放射線によって生じるDNA損傷の構造は、放射線がビームとして通過した周辺のみの損傷が局在するクラスターDNA損傷に特徴づけられると考えられる。本研究では多様なクラスターDNA損傷種のうち、塩基損傷を含有塩基損傷クラスターについて、その量的、質的解析を行うとともに、その修復プロセスが放射線生物効果に与える影響を検討することにより、重粒子線生物効果の分子機構を明らかにした。まず、重粒子線によって生じる照射細胞内の塩基損傷クラスターの生成収率を分析した結果、塩基損傷クラスターの生成収率は放射線の線エネルギー付与（LET）に対し、負の相関を示すことが分かった。このことは、LETの増加に伴う放射線生物効果の重篤化の分子機構の解明には、損傷の量的効果だけではなく、質的効果を明らかにする必要を示唆している。次に、DNA修復遺伝子の欠損株を用いて、塩基損傷クラスターの発生後プロセスによる生物効果の修飾について検討を行った。検討したDNA修復遺伝子は、NTH1ならびにOGG1というそれぞれチミンおよびグアニンの酸化塩基損傷に応答するDNAグリコシラーゼならびに塩基除去修復経路の最終段階でDNA鎖切断の結合に預かるXRCC1である。DNAグリコシラーゼ欠損株は重粒子線照射後、野生株に対して感受性の低下を示し、すなわち、より高い耐性を示した。このことは塩基損傷クラスターがDNAグリコシラーゼの活性によって修復中間体であるDNA二本鎖切断（DSB）に変換しないためと考えられた。また、XRCC1欠損株は高い感受性と照射後DSBの増加が認められ、先の結果と合わせ、塩基損傷クラスターの生物効果表出に塩基除去修復活性が関わっていることが明らかとなり、損傷の質的効果が示唆された。
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