Monte Carlo simulation of radial distribution of DNA strand breaks along the C and Ne ion paths

炭素及び窒素イオンのトラックに沿ったDNA損傷のトラック内空間分布のモンテカルロシミュレーション

渡辺 立子; 和田 成一*; 舟山 知夫; 小林 泰彦; 斎藤 公明  ; 古澤 佳也*

Watanabe, Ritsuko; Wada, Seiichi*; Funayama, Tomoo; Kobayashi, Yasuhiko; Saito, Kimiaki; Furusawa, Yoshiya*

粒子線による照射では、粒子線の種類が異なると、LETが同じであっても、その生物影響が異なることが知られている。これは、粒子線の飛跡構造が異なるためだと考えられる。飛跡構造と生物影響の関係に着目して、これまでに、TIARAを用いて、LETが440keV/m程度のCイオンとNeイオンを哺乳細胞に照射したところ、Cイオンの方が、細胞致死効率、2本鎖切断(DSB)効率が高く、細胞核内でのDNA損傷生成の空間分布が異なることが観測されている。本研究では、モンテカルロ飛跡構造シミュレーションに基づいて、DSBを含む実験的には困難な損傷も含めた損傷スペクトルと、これらの損傷の空間分布に関するシミュレーションを行った。この結果、同じLETであっても、Cイオンの方がNeイオンよりも、DSB等のクラスター損傷を生成しやすく、Cイオンはイオンの軌跡のごく近傍に集中してDNA損傷が生じるのに対し、Neイオンでは、より周囲に広がって生じるという結果が得られた。これは、TIARAでの実験結果とよく一致する結果であった。これらの要因により生物影響の差がもたらされることを示していると考えられる。

Microscopic energy deposition pattern in an ion track is thought to affect on the spatial distribution of DNA damage as well as the damage spectrum. In this study, we focus on the intra-track spatial distribution of DNA damage in cellular condition based on the energy deposition pattern for each ion obtained by the detailed Monte Carlo track structure simulation. The estimation was performed for C and Ne ions with similar LET around 440 keV/m. As a result, radial DNA damage distribution shows different pattern for C and Ne ions. That is, DSBs or non-DSB type clustered damage are formed in the limited central area while the isolated damages as SSBs and base lesions are spread in larger area. Such tendency is more clearly shown for Ne ions than C ions. This result shows good agreement with the previously obtained experimental observation at TIARA, which indicates the different types of DNA damage shows different distribution pattern around C and Ne projectiles in cell nuclei.