Contributions of direct and indirect actions in cell killing by high-LET radiations

高LET放射線による細胞死における間接効果、及び直接効果の寄与

平山 亮一*; 伊藤 敦*; 冨田 雅典*; 塚田 照代*; 谷田貝 文夫*; 野口 実穂; 松本 孔貴*; 加瀬 優紀*; 安藤 興一*; 岡安 隆一*; 古澤 佳也*

Hirayama, Ryoichi*; Ito, Atsushi*; Tomita, Masanori*; Tsukada, Teruyo*; Yatagai, Fumio*; Noguchi, Miho; Matsumoto, Yoshitaka*; Kase, Yuki*; Ando, Koichi*; Okayasu, Ryuichi*; Furusawa, Yoshiya*

放射線の生物効果はDNAの損傷を起源とする。X線と同様、重粒子線のDNA損傷も直接作用と間接作用のコンビネーションにより作られる。細胞死への間接作用の寄与はDMSOを用いた防護寄与率の最大値から算出することができる。対数増殖期のチャイニーズハムスターV79細胞に対し、DMSO存在下、及び非存在下で20から2106keV/mの高LET放射線を照射し、コロニー形成法により生存率を決定した。間接作用の寄与率は放射線のLETの増加に伴い減少した。しかし、寄与率は超高LET領域でも0にはならず、2106keV/mで32%と概算された。それゆえに、OHラジカルの放射線化学収量のG値は1000keV/mのLETで0に近づくけれども、OHラジカルの間接作用は高LET放射線による生物効果の相当な割合を占めることがわかった。生存率10%のRBEはLETとともに増加して200keV/mで最大値2.88に達し、それ以降は減少した。直接作用のRBEと間接作用のRBEを別個に評価するとき、両者のRBEはLETに依存し、200keV/mをピークとして同値になると考えられていた。しかし、本研究によりRBEのピーク値は間接作用よりも直接作用のほうが高いことがわかった。ゆえに、直接作用は間接作用に比べ、高LET放射線の高RBEに寄与している。

The biological effects of radiation originate principally in damages to DNA. DNA damages by X-rays as well as heavy ions are induced by a combination of direct and indirect actions. The contribution of indirect action in cell killing can be estimated from the maximum degree of protection by dimethylsulfoxide (DMSO), which suppresses indirect action without affecting direct action. Exponentially growing Chinese hamster V79 cells were exposed to high-LET radiations of 20 to 2106 keV/m in the presence or absence of DMSO and their survival was determined using a colony formation assay. The contribution of indirect action to cell killing decreased with increasing LET. However, the contribution did not reach zero even at very high LETs and was estimated to be 32% at an LET of 2106 keV/m. Therefore, even though the radiochemically estimated G value of OH radicals was nearly zero at an LET of 1000 keV/m, indirect action by OH radicals contributed to a substantial fraction of the biological effects of high-LET radiations. The RBE determined at a survival level of 10% increased with LET, reaching a maximum value of 2.88 at 200 keV/m, and decreased thereafter. When the RBE was estimated separately for direct action (RBE(D)) and indirect action (RBE(I)); both exhibited an LET dependence similar to that of the RBE, peaking at 200 keV/m. However, the peak value was much higher for RBE(D) (5.99) than RBE(I) (1.89). Thus direct action contributes more to the high RBE of high-LET radiations than indirect action does.