The Kinetics of Fe and Ca for the development of radiation-induced apoptosis by micro-PIXE imaging

放射線誘起アポトーシスの進展に伴うFeとCaの挙動のマイクロPIXEイメージング

原田 聡*; 玉川 芳春*; 石井 慶造*; 田中 晃*; 佐藤 隆博; 松山 成男*; 山崎 浩道*; 神谷 富裕; 酒井 卓郎; 荒川 和夫; 西堂 雅博; 及川 将一*; 世良 耕一郎*

Harada, Satoshi*; Tamakawa, Yoshiharu*; Ishii, Keizo*; Tanaka, Akira*; Sato, Takahiro; Matsuyama, Shigeo*; Yamazaki, Hiromichi*; Kamiya, Tomihiro; Sakai, Takuro; Arakawa, Kazuo; Saido, Masahiro; Oikawa, Masakazu*; Sera, Koichiro*

放射線誘起アポトーシスと微量元素の挙動の相互作用を詳しく調べるために、ヒト白血病細胞にCoの線をインビトロで照射し、微量元素の画像化を行った。アポトーシスの頻度はTUNEL染色をした後、顕微鏡で 400 倍に拡大して得た。また、マイクロPIXE分析で細胞内の微量元素の分布の測定を行った。アポトーシスの初期段階では鉄が細胞質に集中して見られたが、アポトーシスが進行すると鉄の集積は無くなり、細胞核でCaが集積しZnが減少した。このことから、アポトーシスの進行には (1)FeやFeを含む酵素による細胞質から細胞核への信号の伝達, (2) Ca に依存する酵素による細胞核の変性と核からのZnの放出、の2つの段階が存在するようである。このような微量元素の集積はアポトーシスの新しい標識になると思われる。

To study the interactions between the induction of radiation-induced apoptosis and trace elements kinetics, human leukemia cells were irradiated in vitro by Co rays, after which the cells were evaluated for the detection of apoptosis and trace element imaging was carried out. The frequency of apoptosis was obtained by microscopic assay using TUNEL staining. The trace element distribution in the cell was determined by micro-PIXE. In the early phase of apoptosis, the maximum level of Fe accumulation was observed in the cell stroma. In the mid to end phase, Fe accumulation was diminished, and instead, Ca accumulation increased and Zn decreased in the nucleus. There appear to be two steps for the development of apoptosis: (1) the signaling from cell stroma to nucleus by Fe or an Fe-containing enzyme; and (2) the degeneration of the nucleus by Ca-dependent enzyme, and release of Zn from digested nucleus. Those strong accumulations may be new markers for apoptosis.