DNA damages induced by ion particles and photons with various energies

イオン及び光子ビームが照射されたDNAの損傷収率のエネルギー依存性

横谷 明徳

Yokoya, Akinari

本研究の目的は、放射線のエネルギー付与構造とDNA損傷の化学的な性質の関連を明らかにすることにある。これまで突然変異などの原因として着目されてきたDNA分子の1本鎖切断(SSB),2本鎖切断(DSB)に加え、遺伝暗号を担う4塩基の損傷とこれらが数nm程度に集中して生じるクラスター化した損傷の収率を、照射する放射線の線質(LET)をさまざまに変えて測定した。拡散性のOHラジカルなどの効果を排除するため、1ヌクレオチドあたり約35分子の配位水を結合させた高水和状態のプラスミドDNA薄膜を試料として作成した。また特定の塩基損傷を切り出すことのできる塩基除去修復酵素との反応を利用することで、塩基損傷を定量した。その結果、SSBはほとんどLETに依存しなかったのに対して、LETの増大とともにDSBは増加し、一方修復酵素で認識除去される塩基損傷が劇的に減少することが明らかになった。このことから、特に100keV/m以上の領域では、酵素で修復されにくい難修復性のクラスター損傷が生じることが示唆された。さらに損傷生成過程のより詳細な物理化学的知見を得るために、SPring-8に設置されたEPR及びイオン質量分析器の2台の装置を用いて、シンクロトロン軟X線を照射しながら短寿命のDNA塩基ラジカルと脱離イオンを観測する一方、生きた大腸菌に損傷を導入することでDNA損傷の難修復性を調べるアッセイ系を確立した。講演では、これらの最新の知見を紹介する。

One of the goals of our study is to clarify the nature of DNA damage in relation to the energy deposition pattern of radiation. The yields of single- and double-strand breaks, base lesions and clustered damage induced in closed-circular plasmid DNA (pUC18) were measured after exposing to various kinds of radiation (ion particles; 20 to 500 keV/m, photons; 0.4 keV to 1.3 MeV). To focus on the effect of direct energy deposition from radiation track, we chose dried and hydrated DNA (35 water molecules per nucleotide). Base excision repair enzymes were used to detect the oxidative base lesions. In order to obtain more detailed insights into the physicochemical mechanism of DNA damage induction, short-lived base radicals and desorbed ion fragments from DNA related compounds were also measured by applying an EPR and ion-mass spectrometer at a synchrotron ultrasoft X-ray beamline. In addition, E. coli cells were used as a biological probe to study the nature of radiation-induced DNA damage. Experimental evidence obtained by these methods will be discussed in comparison with the plasmid data.