Analysis on the yield and the level of clustering of radiation-induced DNA strand breaks in hydrated plasmids

水和DNAにおける放射線誘発DNA鎖切断の収率とクラスター化の解析

鹿園 直哉; 横谷 明徳; 漆原 あゆみ; 野口 実穂; 藤井 健太郎

Shikazono, Naoya; Yokoya, Akinari; Urushibara, Ayumi; Noguchi, Miho; Fujii, Kentaro

DNA鎖切断の空間分布は放射線影響に深くかかわることが知られているが、実験から鎖切断のクラスター化の程度を直接見積ることは難しい。放射線によって誘発されるDNA鎖切断の空間分布を評価するため、われわれはプラスミドDNAに生じる鎖切断を解析するモデルを考案した。モデルは、(1)プラスミドに「ヒット」する放射線のトラック数はポアソン分布に従う,(2)放射線が「ヒット」したプラスミドでは、微小DNA領域で鎖切断を生じ、その数はポアソン分布に従う,(3)微小DNA領域では相補鎖に最低1つずつ鎖切断が生じると、それは2本鎖切断になる、という仮定に基づく。このモデルによる計算値は、低LET放射線による水和プラスミドDNAの鎖切断収率をよく再現し、鎖切断のクラスター化の程度を見積るのに有用であることが示された。

To evaluate the spatial distribution of radiation-induced strand breaks, we have developed a simple analytical model based on several assumptions for the generation of strand breaks in plasmid DNA after irradiation. The model assumes that (1) a radiation track hits a plasmid with a probability following a Poisson distribution, (2) the hit randomly generates strand break(s) with its number following a Poisson distribution within a single, relatively short DNA segment, and (3) a double strand break is formed when each strand has at least one strand break in the segment hit by the track. To find out whether the model is valid, we compared the calculated values to experimental data obtained by the plasmid DNA assay. The model described well the experimental results of hydrated plasmids exposed to radiation with low linear energy transfer, suggesting that the model could be useful in estimating the extent of damage clustering.