ヒト水晶体上皮細胞のコロニー形成と細胞周期に関するエージェントベースモデル解析

An Agent-based model analysis for colony formation and cell cycle in human lens epithelial cells

清野 良輔*; 浜田 信行*; 松谷 悠佑  ; 伊達 広行*

Seino, Ryosuke*; Hamada, Nobuyuki*; Matsuya, Yusuke; Date, Hiroyuki*

低線量放射線被ばくによる白内障のリスクが注目されているが、その発症機序などは不明な点が多い。近年、ヒトの水晶体上皮細胞(HLEC1)を用いた細胞実験により、2Gy以上の高線量被ばくにより細胞の増殖能を亢進させる現象(過増殖応答)が報告され、白内障発症の線量応答で重要因子となりえることが示唆されている。本研究では、HLEC1細胞の過増殖応答を解明するために、エージェントベースモデル開発ソフトウェアNetLogoを使用して、放射線照射後のコロニー形成能(過増殖応答)を予測するモデルを開発した。本モデルでは、HLEC1細胞の早期老化ならびに放射線誘発DNA損傷の修復過程を新たに考慮し、コロニー形成能の実測値との比較から、それらのプロセスが過増殖応答に及ぼす影響を評価した。早期老化の過程を考慮したモデルにより、実測されたコロニーサイズの確率分布とよい一致を示した。一方、DNA損傷の修復過程をモデルへ考慮することにより、実測の細胞周期分布を忠実に再現することに成功した。本研究で、HLEC1細胞の早期老化過程がコロニー形成能の重要な決定因子であることを示したが、今後も、開発したモデルにより、放射線照射後のコロニー形成能をより詳細に解析できることが期待できる。

Risk of cataract after low-dose exposure to radiation has drawn an attention; however, its onset mechanisms remain uncertain. In recent years, based on experiments using human lens epithelial cells (HLEC1), it has been reported that irradiation with higher dose than 2 Gy can enhance cell proliferation (excessive proliferation), which is suspected as an important factor for dose response for cataract. In this study, to clarify the excessive proliferation for the HLEC1 cells, we developed a model for predicting colony formation after exposure using agent-based model, NetLogo. This model newly considers the premature aging and DNA damage repair processes, and was compared to the experimental probability density of colony size. The model predictions considering the premature aging was in good agreement with the experimental colony size, while we succeeded in reproducing measured cell-cycle distribution using the model accounting DNA repair process. This model analysis suggests that the premature aging of the HLEC1 cells is an important factor for determining the proliferation ability. The developed model can contribute to analyzing the underlying mechanisms for clonogenicity of the HLEC1 cells after exposure in future study.