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重イオン照射したタバコ細胞におけるDNA2本鎖切断の定量的分析

Quantitative analysis of DNA double-strand breaks in tobacco cells irradiated by heavy ions

横田 裕一郎; 山田 真也*; 長谷 純宏; 鹿園 直哉; 鳴海 一成; 田中 淳; 井上 雅好*

Yokota, Yuichiro; Yamada, Shinya*; Hase, Yoshihiro; Shikazono, Naoya; Narumi, Issei; Tanaka, Atsushi; Inoue, Masayoshi*

高LET重イオンが植物に大きな影響を及ぼすメカニズムを明らかにするため、高LET重イオン照射した植物細胞に誘発されるDNA2本鎖切断(DSB)の定量的な分析を行った。タバコBY-2プロトプラストにLETの異なるヘリウム,カーボン及びネオンイオンを氷温下で照射した。ゲノムDNAをパルスフィールドゲル電気泳動法によりサイズに従って分離し、DNAの断片化パターンからDSB生成数及び隣接するDSBの間隔を評価した。DSB生成量はイオン種及びLETに依存し、調査範囲では124及び241keV/$$mu$$mのカーボンイオンで最大となった。0.2keV/$$mu$$m$$gamma$$線,9.4及び17.7keV/$$mu$$mのヘリウムイオンはDSBをほぼランダムに誘発するのに対して、94.8から431keV/$$mu$$mのカーボンイオン及び440keV/$$mu$$mのネオンイオンではDSBをゲノムDNA上に集中して誘発した。高LET重イオンが植物細胞にDSBを効率よく・集中的に誘発することは、重イオンが有する高い生物効果の一因であると考えられた。

The ability of ion beams to kill or mutate plant cells is known to depend on LET of the ions, although the mechanism of damage is poorly understood. In this study, tobacco BY-2 protoplasts, as a model of single plant cells, were irradiated by helium, carbon and neon ions with different LETs at ice temperature. Resulting DNA fragments were separated into sizes by pulsed-field gel electrophoresis. Initial DSB yields and intervals between neighboring DSBs were evaluated from the DNA fragmentation patterns. Initial DSB yields (Gbp DNA$$^{-1}$$ Gy$$^{-1}$$) were found to depend on LET, and the highest value was obtained at 124 and 241 keV/$$mu$$m carbon ions in the investigated range. High-LET carbon and neon ions induced DSBs at closer sites than $$gamma$$ rays did. These results partially explained the large biological effects caused by high-LET heavy ions in plants.

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