A Framework for analysis of abortive colony size distributions using a model of branching processes in irradiated normal human fibroblasts

放射線照射ヒト正常線維芽細胞で観察される未発達コロニーサイズ分布の分岐プロセスモデルを用いた解析方法の提案

坂下 哲哉; 浜田 信行*; 川口 勇生*; 大内 則幸; 原 孝光*; 小林 泰彦; 斎藤 公明  

Sakashita, Tetsuya; Hamada, Nobuyuki*; Kawaguchi, Isao*; Ouchi, Noriyuki; Hara, Takamitsu*; Kobayashi, Yasuhiko; Saito, Kimiaki

コロニー形成能の測定は、放射線照射後の細胞の重要な情報を与える。通常、50個以上の細胞からなるコロニーを、増殖可能な細胞からなるコロニーとして生存率を評価してきた。しかし、従来無視されてきた50個に満たない細胞からなるコロニーに関して詳細に調べたところ、サイズ分布が対数-対数グラフで直線にプロットできることがわかった。本研究では、この直線関係について分岐プロセスモデルを導入し、世界で初めて照射後の数世代にわたる細胞増殖死の確率を推定できることを発見した。また、従来、増殖可能なコロニーとして評価されたてきた生存コロニーに、このモデルを拡張応用することにより、生存率曲線を再現することに成功した。この一連の解析により、放射線照射後の細胞の継世代的な影響には、比較的短い数世代に及ぶ増殖死が高まる影響と、それよりも長い世代にわたって継続する増殖死の機構が存在することを明らかにした。

Clonogenicity gives important information about the cellular reproductive potential following ionizing irradiation. We firstly plotted the experimentally determined colony size distribution of abortive colonies in irradiated normal human fibroblasts, and found the linear relationship on the log-log plot. By applying the simple model of branching processes to the linear relationship, we found the persistent reproductive cell death (RCD) over several generations following irradiation. To verify the estimated probability of RCD, abortive colony size distribution (16 cells/colony) and the surviving fraction were simulated by the Monte Carlo computational approach. Radiation-induced RCD (i.e. excess probability) lasted over 16 generations and mainly consisted of two components in the early and late phases. These results suggest that short-term RCD is critical to the abortive colony size distribution, and long-lasting RDC is important for the dose response of the surviving fraction.