高LET重イオンによるDNA損傷の非相同性末端結合による修復の解析

Analysis of non-homologous end joining repair of DNA damage induced by high LET heavy ions

和田 成一; 小林 泰彦; 舟山 知夫; 坂下 哲哉; 横田 裕一郎; 松本 義久*; 大戸 貴代*; 細井 義夫*; 鈴木 紀夫*; 浜田 信行*; 柿崎 竹彦*

Wada, Seiichi; Kobayashi, Yasuhiko; Funayama, Tomoo; Sakashita, Tetsuya; Yokota, Yuichiro; Matsumoto, Yoshihisa*; Oto, Takayo*; Hosoi, Yoshio*; Suzuki, Norio*; Hamada, Nobuyuki*; Kakizaki, Takehiko*

高LET重イオン照射では修復困難な、又は修復不可能なDNA損傷のクラスター損傷が生じると考えられている。しかしながら、高LET重イオン照射によるDNA損傷の修復反応はいまだ詳細には解明されていない。DNA2本鎖切断修復はおもに非相同性末端結合によるので、非相同性末端結合を担うKuの高LET重イオン照射によるDNA損傷に対する反応を解析することにより、高LET重イオン照射による非相同性末端結合を調べた。照射細胞にはKu80の変異したxrs5細胞を形質転換し、GFPを融合したKu80を発現する細胞(xrs5-GFP-Ku80)とGFPのみを発現する細胞(xrs5-GFP)を用いた。照射には線及び原研高崎のTIARAにおいてイオンビーム(LET=2.71610keV/m)を照射した。xrs5-GFP-Ku80細胞はxrs5-GFP細胞よりも放射線抵抗性であることが観察された。不活化断面積を算出したとき、xrs5-GFP-Ku80細胞とxrs5-GFP細胞の不活化断面積の差はLETが増加するにつれて小さくなった。細胞核内のH2AXとKuを観察したとき、Cイオン(108keV/m)やNeイオン(321keV/m)照射では照射1030分後までH2AXとKuが共局在することが観察された。一方、Arイオン(1610keV/m)照射において照射10分後では細胞内に共局在するシグナルは観察されたが、照射20分後には明確なGFPシグナルの局在化は観察されなかった。LETによって非相同性末端結合の反応は異なっていた。

Clustered DNA damages induced by high LET heavy ions are thought non-repairable or difficult to repair. However, much less is known about the reparability of clustered DNA damages. The major DNA repair pathway in mammalian cells is non-homologous end joining (NHEJ). In this study we investigated NHEJ pathway by exposure to high LET heavy ions, by analyzing responses of Ku to DNA damage induced by high LET heavy ions. pGFP and pGFP-Ku80 were transfected into xrs-5 cells (mutated in Ku80). Cells were irradiated with rays and ion beams (LET=2.7-1610 keV/m) at TIARA JAERI-Takasaki. Survival rates were measured by colony formation assay. To examine DNA damage and NHEJ pathway induced by heavy ion beams, H2AX and GFP signal on the nuclei were observed. Xrs5-GFP-Ku80 cells were radioresistant to rays and all ion beams, in comparison with xrs5-GFP cells. When the inactivation cross section was calculated to evaluate lethal effects per one particle, the difference of inactivation cross section between xrs5-GFP cells and xrs5-GFP-Ku80 cells became smaller with increasing LET. GFP and H2AX foci on the nuclei co-localized from 10 to 30 min after C (108 keV/m) and Ne ion (321 keV/m) irradiation. While GFP foci were observed for 10 min after Ar ion (1610 keV/m) irradiation, were not observed for 20 min. The difference of LET of ion beams influenced NHEJ responses.