Visualization of H2AX foci caused by heavy ion particle traversal; Distribution between core track versus non-track damage

重粒子線の軌跡に沿ったH2AXフォーカスの可視化; トラック構造と損傷分布

中島 菜花子*; Brunton, H.*; 渡辺 立子; Shrikhande, A.*; 平山 亮一*; 松藤 成弘*; 藤森 亮*; 村上 健*; 岡安 隆一*; Jeggo, P.*; 柴田 淳史*

Nakajima, Nakako*; Brunton, H.*; Watanabe, Ritsuko; Shrikhande, A.*; Hirayama, Ryoichi*; Matsufuji, Naruhiro*; Fujimori, Akira*; Murakami, Takeshi*; Okayasu, Ryuichi*; Jeggo, P.*; Shibata, Atsushi*

重イオン照射による生物影響のメカニズム研究は、適切な治療計画や線質係数の評価のためには重要である。本研究は、重イオンのトラック内におけるDNA損傷の分布と質を、生物学的及び物理学的見地から解析し、重イオンによるDNA損傷の特徴を理解することを目的とした。このため、鉄イオンをヒトの正常細胞に照射し、DNA2本鎖切断(DSB)のマーカーとなるH2AXフォーカスの分布とイオンのトラック構造の関係を調べた。この結果、トラックの軌跡(コア)に沿ってDSBの多重生成とみなせる巨大なフォーカスが密に、2次電子(デルタ線)に沿って単独のDSBに対応するフォーカスがまばらに形成されることが観測された。これはDSBの分布をトラックシミュレーションにより計算した結果と一致した。また、それぞれのDSBは修復されるが、コアでは細胞周期のチェックポイントにおける停止時間が長くなり、デルタ線タイプの損傷の場合よりも修復に時間を要した。しかし、コアで密にDSBが生じた状態でも細胞周期は進行し、分裂期に入ることができることを確認した。本研究により、トラック構造と対比した形で同一トラック内の損傷の分布と質の違いを明らかにすることができた。

Heavy particle irradiation can produce complex DNA double strand breaks (DSBs) within the particle trajectory. Additionally, secondary electrons, termed delta-electrons, can create low linear energy transfer (LET) damage distant from the track. Using imaging with deconvolution, we show that at 8 hours after exposure to Fe ions, H2AX foci forming at DSBs within the particle track are large and encompass multiple smaller and closely localised foci, which we designate as clustered H2AX foci. We also identified simple H2AX foci distant from the track. They are rapidly repaired. Clustered H2AX foci induced by heavy particle radiation cause prolonged checkpoint arrest compared to simple H2AX foci. However, mitotic entry was observed when 10 clustered foci remain. Thus, cells can progress into mitosis with multiple clusters of DSBs following the traversal of a heavy particle.