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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増殖不全コロニーに関して詳細に調べたところ、サイズ分布が両対数グラフで直線にプロットできることが分かった。本研究では、増殖不全コロニー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した。また、増殖不全コロニーモデルの結果を拡張することにより、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の生存率曲線を再現することにも成功した。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とが存在することを明らかにした。

The production kinetics of abortive colonies was investigated using a model of branching processes. We experimentally determined the colony size distribution of abortive colonies exposed to low linear energy transfer (LET) $$gamma$$-rays, and found its 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, the Monte Carlo simulation was used. Radiation-induced RCD lasted over 16 generations and mainly consisted of two components in the early and late phases. Intriguingly, the survival curve was sensitive to the excess probability over 5 generations. Such framework for the combined analysis with a branching process model and a colony formation assay was also applicable to determination of cellular responses to high-LET carbon-ion radiation.

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