放射線照射による細胞周期変化とミトコンドリア形態変化の関係

Ionizing radiation induced mitochondrial morphological change during the cell cycle

野口 実穂; 嘉成 由紀子; 神長 輝一; 坂本 由佳; 成田 あゆみ; 藤井 健太郎; 横谷 明徳

Noguchi, Miho; Kanari, Yukiko; Kaminaga, Kiichi; Sakamoto, Yuka; Narita, Ayumi; Fujii, Kentaro; Yokoya, Akinari

放射線による細胞影響は核DNAへの損傷を起点として多くの研究が行われているが、低線量放射線被ばくなど細胞質のみがヒットを受けた場合の細胞影響を明らかにすることも必要不可欠である。ミトコンドリアは細胞質に広範囲に存在する細胞小器官であり、独自の遺伝子を持ち、エネルギー産生、細胞死の調節など細胞の重要な機能を担う。そこで、本研究では細胞質の中でも特にミトコンドリアに注目し、ミトコンドリアに対する放射線の影響を明らかにすることを目的とした。本研究では、ミトコンドリアをMitotracker Red、核をHoechst33342で染色し、X線照射後4日間経時的にミトコンドリアの形態変化を観察した。また細胞周期はNMuMG-Fucci2細胞を用い、核の色素変化によりその周期を同定した。その結果、ミトコンドリアは線量の増加ともに細かく断片化され、断片化ミトコンドリアを持つ細胞数は照射後3日目がピークになり、その後は減少することが明らかになった。また、8Gy照射により8割以上の細胞はG1期で細胞周期を停止することも明らかになった。本発表では放射線照射後のミトコンドリアの形態変化と細胞周期変化との関係性について報告する。

Most studies of radiation induced biological effect starts from nuclear DNA damage. However, in the case of low dose irradiation, recent reports suggest that extranuclear targets, such as in cytoplasm, may have a role in mediating some important effects of radiation. Cellular effect of cytoplasmic irradiation remains to be elucidated. Mitochondria spread throughout the entire cytoplasm and contain their own genome, and mediate essential cell functions, such as generation of ATP and regulation of cell death. Mitochondria are main source of oxidative stress to generate ROS as by-product of respiration for ATP production. In addition, dysfunctions of mitochondria are involved in a wide variety of diseases. Mitochondrial functions are indispensable for survival. However, radiation effect of mitochondrial functions is not clear. In order to clarify what effects ionizing radiation leads to mitochondrial functions, we first examined the effects of ionizing radiation on mitochondrial morphology in mammalian cells. Mitochondria are dynamic organelles that continuously fuse and divide in response to environment and cellular differentiation. It is known that mitochondrial morphology dynamically change with cell cycle progression. In this study, after irradiation, we labeled mitochondria by Mitotracker Red and analyzed kinetics of mitochondrial morphology for 4 days by live-cell imaging techniques. Cell cycle stages were identified by nuclei staining. We reports the relation between radiation induced cell cycle arrest and mitochondrial dynamics.