DNA damage response in a 2D-culture model by diffusing alpha-emitters radiation therapy (Alpha-DaRT)

拡散アルファエミッター放射線療法(Alpha-DaRT)による2D培養モデルにおけるDNA損傷反応

野島 瞳*; 戒田 篤志*; 松谷 悠佑  ; 宇尾 基弘*; 吉村 亮一*; Arazi, L.*; 三浦 雅彦*

Nojima, Hitomi*; Kaida, Atsushi*; Matsuya, Yusuke; Uo, Motohiro*; Yoshimura, Ryoichi*; Arazi, L.*; Miura, Masahiko*

拡散アルファエミッター放射線療法(Alpha-DaRT)は、粒子を放射するシードを固形腫瘍に留置することにより、シード周囲のがん細胞を死滅させるユニークな放射線治療法である。DNA損傷応答は放射線照射後の細胞死を決定する重要な細胞応答であるが、Alpha-DaRT治療中にDNA損傷応答がどのように発生するかは調査されてない。本研究では、Fucci細胞周期可視化システムを発現するHeLa細胞を用いた細胞実験により、Alpha-DaRT治療中のDNA二本鎖切断数およびG2停止を含むDNA損傷応答の時空間特性を測定した。その結果、固体飛跡検出器CR-39によって検出されたアルファ粒子数と、DNA損傷の検出マーカーである-H2AX染色に強い相関を認め、G2停止細胞の領域は24時間までより広範囲に広がっていることが明らかとなった。また、タイムラプス観察により、シードからの距離に応じて細胞周期の動態が変化することが分かった。本研究における実験モデルから、Alpha-DaRT治療時におけるシード周辺のDNA損傷応答の時空間情報が初めて明らかとなった。

Diffusing alpha-emitters radiation therapy (Alpha-DaRT) is a unique radiotherapy that uses seeds emitting alpha particles placed in solid tumors to kill cancer cells surrounding the seeds. Although the DNA damage response is an important cellular response that determines cell death after radiation; however, how DNA damage response occurs during Alpha-DaRT treatment has not yet been explored. In this study, we measured the spatiotemporal characteristics of the DNA damage response, including the number of DNA double-strand breaks and G2 arrest, during Alpha-DaRT treatment by cell experiments using HeLa cells expressing the Fucci cell cycle visualization system. As a result, we found a strong correlation between the number of alpha particles detected by solid-state track detector CR-39 and -H2AX staining, a marker for detecting DNA damage, and that the area of G2-arrested cells spread over a wider area up to 24 hours. In addition, time-lapse observations revealed that cell cycle dynamics change depending on the distance from the seed. The experimental model in this study revealed for the first time the spatiotemporal information of the DNA damage response around the seed during Alpha-DaRT treatment.