Chromosome dynamics and cyclic change of cell life and death

細胞の周期的な生死と染色体動態

大内 則幸

Ouchi, Noriyuki

細胞の放射線感受性は、コロニー形成法で得られる細胞生存率(照射放射線に対する生存細胞の割合)で定量的に測定可能であるが、そのような細胞の放射線感受性は、細胞周期のどの時期に放射線を照射されたかに大きく依存して周期的に変化することが知られている。感受性のパターンに関しては細胞の種類などでも異なるが、広く培養細胞として実験で用いられるヒト由来の培養細胞(HeLa細胞)の場合、分裂後期(G1期)と分裂前期(G2期)に照射された場合は放射線に対する感受性が小さく(細胞生存率が大きい)、逆にM期やS期に照射された場合、感受性が非常に大きい(細胞生存率が小さい)。このような細胞周期に依存した放射線感受性の原因としては、これまで細胞内の様々な動態、例えば細胞周期チェックポイントでの制御機構の存在や、細胞周期の段階毎のDNA修復能の差などの結果であると予想されてきた。今回、このような周期的な放射線感受性の起因に関して、染色体の細胞周期に依存した構造変化を伴う動態から調べた。そのために、染色体の動力学モデルをその弾性的性質を基に構築し、実際に各細胞周期の段階毎の立体構造をシミュレーションで構築し、さらにDNAの二重鎖切断を導入することで、そのDNA損傷部位の動態から調べた結果に関して発表する。

Radiation sensitivity via cell survival shows cyclic radiation response, i.e. minimal when cells are irradiated in the early post-mitotic (G1) and the pre-mitotic (G2) phases of the cell cycle, and maximal in the mitotic (M) phase and late G1 or early synthesis (S) phases. Origin of the cell-cycle dependent radiation sensitivity is supposed to be a consequence of some intra-cellular dynamics, e.g. regulation mechanism of cell-cycle checkpoint, repair ability of DNA damage and higher order structure of chromosomes, no explicit theoretical explanation exists on this cyclic response yet. Here, cell-cycle dependent radiation sensitivity is studied from the viewpoints of dynamical aspects of chromosome in association with its cell-cycle dependent structural changes. For this purpose, dynamical model of chromosome is mathematically constructed based on the elastic nature of chromosomes and its radiation effects are simulated by introducing DNA double strand break (DSB) to the model.