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論文

A Laser-plasma-produced soft X-ray laser at 89 eV generates DNA double-strand breaks in human cancer cells

佐藤 克俊*; 錦野 将元; 河内 哲哉; 下川 卓志*; 今井 高志*; 手島 昭樹*; 西村 博明*; 神門 正城

Journal of Radiation Research, 56(4), p.633 - 638, 2015/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:8.98(Biology)

X線レーザーは、生物学,医学分野をはじめとする諸分野への応用研究が期待されているが、そのDNA損傷等の生物学的影響についての評価はまだ進んでいない。放射線生物学への応用研究の最初のステップとして軟X線レーザーマイクロビーム照射装置の開発を行った。軟X線レーザーによるDNA損傷生成についての研究を開始した。マイクロビーム照射装置については、軟X線集光素子を用いて培養細胞集団程度の大きさに集光を行い、マイクロメーターレベルの制御可能なステージを組み合わせてあり、大気中の培養細胞に照射可能である。本装置を用いて世界で初めて軟X線レーザーの照射によるがん細胞のDNA二本鎖切断の生成を確認した。

論文

Combined high-resolution neutron and X-ray analysis of inhibited elastase confirms the active-site oxyanion hole but rules against a low-barrier hydrogen bond

玉田 太郎; 木下 誉富*; 栗原 和男; 安達 基泰; 大原 高志; 今井 啓祐*; 黒木 良太; 多田 俊治*

Journal of the American Chemical Society, 131(31), p.11033 - 11040, 2009/07

 被引用回数:48 パーセンタイル:78.05(Chemistry, Multidisciplinary)

セリンプロテアーゼの触媒機構を理解することを目的として、ブタ膵臓エラスターゼの高分解能中性子及びX線構造解析を正四面体型中間体を模倣する阻害剤と複合体の状態で実施した。同一の大型単結晶を用いた室温における測定の結果、1.65${AA}$分解能の中性子回折データ及び1.2${AA}$分解能のX線回折データを取得した。また、別の結晶を用いて100K下で0.94${AA}$分解能のX線回折データも併せて取得した。今回の解析は、セリンプロテアーゼとしてはこれまでで最も高分解能で実施された中性子構造解析例である。中性子とX線の両解析結果から、His57とAsp102の間に形成された水素結合は結合距離が2.60${AA}$と短く、強い水素結合であると判明したものの、水素原子はHis57に結合していた。この結果は、一説として唱えられている低障壁水素結合の特徴(水素原子がドナーとアクセプターの中間付近に存在する)は満たすものではなく、低障壁水素結合仮説を否定するものであった。また、中性子解析結果から、いわゆるオキシアニオンホールの形成とオキシアニオンホール中に阻害剤由来の酸素原子が酸素陰イオンの状態で存在していることが明瞭に示された。これより、セリンプロテアーゼの触媒機構において正四面体型中間体構造の安定化に対するオキシアニオンホールの役割が明らかになった。

論文

Distinct response of irradiated normal human fibroblasts and their bystander cells to heavy-ion radiation in confluent cultures

浜田 信行*; 岩川 眞由美*; 今留 香織*; 舟山 知夫; 坂下 哲哉; 楚良 桜*; Ni, M.*; 今井 高志*; 小林 泰彦

Journal of Radiation Research, 50(Suppl.A), P. A118, 2009/05

There is significant evidence for radiation-induced bystander effects; however, little information exists on the bystander effect of energetic heavy ions. Here we compared heavy-ion response of irradiated and bystander fibroblasts in confluent cultures. Bystander cells manifested a more transient apoptotic response and delayed p53 phosphorylation than irradiated cells did. More than half of the genes whose expression changed in bystander cells was downregulated, and most of the genes upregulated in irradiated cells were downregulated in bystander cells. The data highlight the distinct response of irradiated and bystander cells.

論文

重粒子線誘発バイスタンダー効果; 照射された細胞から照射されていない周囲の細胞への情報伝達

浜田 信行*; 岩川 眞由美*; 今井 高志*; 小林 泰彦

放射線科学, 51(8), p.31 - 41, 2008/08

重粒子線治療の際、巨視的にみれば、標的のがん病巣以外に存在する生体内のすべての細胞を、バイスタンダー細胞と考えることができる。バイスタンダー効果に関連して、右肺のがんを光子放射線で照射した場合に、左肺のがんも縮小するというような遠達効果という現象も報告されている。薬剤によって誘発されるバイスタンダー効果が臨床応用されているように、重粒子線誘発バイスタンダー効果もがん治療に利用することはできないであろうか。光子放射線の照射によって誘発されるバイスタンダー効果の程度については、100名以上のヒトに由来する組織を用いた実験から個人差、そして、マウス個体を用いた実験から性差が報告されている。動物個体を用いた重粒子線誘発バイスタンダー効果の報告はこれまでにないが、生体における意義、すなわち、治療への寄与の程度や宇宙飛行士へのリスクを推定するために必要である。

論文

Expression profiles are different in carbon ion-irradiated normal human fibroblasts and their bystander cells

岩川 眞由美*; 浜田 信行*; 今留 香織*; 舟山 知夫; 坂下 哲哉; 小林 泰彦; 今井 高志*

Mutation Research; Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis, 642(1-2), p.57 - 67, 2008/07

 被引用回数:32 パーセンタイル:69.25(Biotechnology & Applied Microbiology)

We performed microarray analysis of irradiated and bystander fibroblasts in confluent cultures. To see the effects in bystander cells, each of 1, 5 and 25 sites was targeted with 10 particles of carbon ions using microbeams, where particles traversed 0.00026, 0.0013 and 0.0066% of cells, respectively. To see the effects in irradiated cells, cultures were exposed to 10% survival dose (D), 0.1D and 0.01D of corresponding broadbeams. Irrespective of the target numbers (1, 5 or 25 sites) and the time (2 or 6 h postirradiation), similar expression changes were observed in bystander cells. Among 874 probes that showed more than 1.5-fold changes in bystander cells, 25% were upregulated and the remainder downregulated. These included genes related to cell communication, stress response and cell cycle. Pathway analysis revealed serial bystander activation of G protein/PI-3 kinase pathways. Instead, genes related to cell cycle or death and cell communication were upregulated in irradiated cells, but not in bystander cells. Our results indicate different expression profiles in irradiated and bystander cells, and imply that intercellular signaling between irradiated and bystander cells activate intracellular signaling, leading to the transcriptional stress response in bystander cells.

論文

Crystallization of porcine pancreatic elastase and a preliminary neutron diffraction experiment

木下 誉富*; 玉田 太郎; 今井 啓介*; 栗原 和男; 大原 高志; 黒木 良太

Acta Crystallographica Section F, 63(4), p.315 - 317, 2007/04

 被引用回数:7 パーセンタイル:64.7(Biochemical Research Methods)

ブタ膵臓エラスターゼは、炎症性疾患の原因となる好中球エラスターゼによく似た特徴を有することから、代表的な創薬標的タンパク質の一つである。エラスターゼに共有結合した阻害剤の水素原子を含む構造的な特徴を調べるために、蒸気拡散法により0.2M硫酸ナトリウムを含む重水緩衝液(pD=5.0)中で1.6mm$$^{3}$$の大きさの単結晶を作製した。この結晶を用いることにより原子力機構のJRR-3に設置されたBIX3中性子回折計で測定を行った結果、空間群P212121,格子長a=51.2${AA}$, b=57.8${AA}$, c=75.6${AA}$, 2.3${AA}$分解能の中性子回折データの取得に成功した。

口頭

Distinct response of irradiated and bystander fibroblasts to heavy-ion radiation

浜田 信行*; Ni, M.; 岩川 眞由美*; 今留 香織*; 舟山 知夫; 坂下 哲哉; 楚良 桜*; 今井 高志*; 小林 泰彦

no journal, , 

Considering that less irradiated cells should coexist with more bystander cells in a population exposed to a lower dose of heavy ions, a clarification of the effects arising not only in irradiated cells but in their bystander cells would be crucial to comprehend the mechanism of action of heavy ions. Herein we have investigated heavy ion-induced bystander response in a situation whereby 0.0003% of cells in a confluent human fibroblast population were targeted using precise microbeams. Conventional broadfield irradiation was conducted in parallel to see the effects in irradiated cells. Intriguingly, bystander cells manifested a more transient apoptotic response and delayed p53 phosphorylation, compared with irradiated cells. Taken together, nearly three quarters of the genes whose expression changed in bystander cells were downregulated, and most of the genes upregulated in irradiated cells were downregulated in bystander cells. These findings highlight the distinct response of irradiated and bystander cells. Furthermore, interleukin genes were upregulated in irradiated cells whereas its receptor gene was upregulated in bystander cells, suggestive of the signal transmission from irradiated to bystander cells. Collectively, these induced bystander responses might be a defensive mechanism that would avert or minimize further expansion of aberrant cells.

口頭

The Bystander effect of heavy ions in confluent human fibroblasts

浜田 信行*; Ni, M.; 金杉 勇一*; 岩川 眞由美*; 今留 香織*; 舟山 知夫; 坂下 哲哉; 楚良 桜*; 今井 高志*; 高倉 かほる*; et al.

no journal, , 

Here we have investigated heavy ion-induced bystander response in confluent human fibroblast cultures. First, precise microbeams were employed to target 0.0003% of cells. Conventional broadfield irradiation was carried out in parallel to see the effects in irradiated cells. Intriguingly, bystander cells manifested a more transient apoptotic response and delayed p53 phosphorylation, compared with irradiated cells. Taken together, nearly three quarters of the genes whose expression changed in bystander cells were downregulated, and most of the genes upregulated in irradiated cells were downregulated in bystander cells. These findings highlight the distinct response of irradiated and bystander cells. Furthermore, interleukin genes were upregulated in irradiated cells whereas its receptor gene was upregulated in bystander cells, suggestive of the signal transmission from irradiated to bystander cells. Second, chromosome aberrations were analyzed in cells treated with conditioned medium from X- or heavy ion-irradiated cells. We found the difference in the types of aberrations, but very little in the total aberration yields, indicating that bystander responses occur independently of radiation types but are induced through different mechanisms. Collectively, these induced bystander responses could be a defensive mechanism that would avert or minimize further expansion of aberrant cells.

口頭

ヒト正常線維芽細胞における重粒子線誘発バイスタンダー効果の解析

浜田 信行*; 岩川 眞由美*; 今留 香織*; 金杉 勇一*; 舟山 知夫; 坂下 哲哉; 高倉 かほる*; 今井 高志*; 小林 泰彦

no journal, , 

本研究では、高密度培養したヒト正常線維芽細胞に誘発される重粒子線のバイスタンダー効果を解析した。まず、マイクロビームで0.0003%の細胞に照射してバイスタンダー細胞の応答を調べるとともに、ブロードビームを照射した照射細胞の応答も調べた。バイスタンダー細胞では、アポトーシスが一過性に誘発され、p53が遅延的にリン酸化された。バイスタンダー細胞で変動した遺伝子の半数以上は発現が減少していた。また、照射細胞で発現が増加した遺伝子の大半はバイスタンダー細胞では減少していた。照射細胞ではp21$$^{Waf1}$$経路とNF-kB経路、バイスタンダー細胞ではGタンパク質/PI-3キナーゼ経路の活性化が示唆された。このことから、バイスタンダー細胞は照射細胞と異なる応答を示すことがわかった。さらに、照射細胞ではインターロイキン遺伝子の発現が増加したが、バイスタンダー細胞ではその受容体遺伝子が増加していたことから、照射細胞からバイスタンダー細胞への細胞間情報伝達の可能性が示唆された。次に、X線又は重粒子線を照射した細胞の培養上清を処理したバイスタンダー細胞に誘発される染色体異常を調べた。全体的な異常の頻度は同程度であったが、異常の型が異なっていた。このことから、バイスタンダー効果は線質によらず誘発されるが、その機序は線質によって異なる可能性が示唆された。

口頭

ヒト正常線維芽細胞における重粒子線誘発バイスタンダー効果の解析

浜田 信行*; 岩川 眞由美*; 金杉 勇一*; 今留 香織*; 舟山 知夫; 坂下 哲哉; 高倉 かほる*; 今井 高志*; 小林 泰彦

no journal, , 

本研究では、高密度培養したヒト正常線維芽細胞に誘発される重粒子線のバイスタンダー効果を解析した。まず、マイクロビームで0.0003%の細胞に照射してバイスタンダー細胞の応答を調べるとともに、ブロードビームを照射した照射細胞の応答も調べた。バイスタンダー細胞では、アポトーシスが一過性に誘発され、p53が遅延的にリン酸化された。バイスタンダー細胞で変動した遺伝子の半数以上は発現が減少していた。また、照射細胞で発現が増加した遺伝子の大半はバイスタンダー細胞では減少していた。照射細胞ではp21$$^{Waf1}$$経路とNF-kB経路、バイスタンダー細胞ではGタンパク質/PI-3キナーゼ経路の活性化が示唆された。このことから、バイスタンダー細胞は照射細胞と異なる応答を示すことがわかった。さらに、照射細胞ではインターロイキン遺伝子の発現が増加したが、バイスタンダー細胞ではその受容体遺伝子が増加していたことから、照射細胞からバイスタンダー細胞への細胞間情報伝達の可能性が示唆された。次に、X線又は重粒子線を照射した細胞の培養上清を処理したバイスタンダー細胞に誘発される染色体異常を調べた。全体的な異常の頻度は同程度であったが、異常の型が異なっていた。このことから、バイスタンダー効果は線質によらず誘発されるが、その機序は線質によって異なる可能性が示唆された。

口頭

Tertiary structure of porcine pancreatic elastase in complex with a potent inhibitor determined by neutron crystallography

玉田 太郎; 木下 誉富*; 大原 高志; 栗原 和男; 今井 啓介*; 黒木 良太; 多田 俊治*

no journal, , 

エラスターゼは、立体構造情報を基盤とした創薬手法(Structure-Based Drug Design: SBDD)研究の代表的な題材として用いられてきたセリンプロテアーゼである。しかしながら、X線結晶構造に基づいた多くのSBDD研究の実施にもかかわらず、特異性の高い阻害剤の作製が困難であるのが現状である。よって、エラスターゼの全原子構造情報の取得を目指して、エラスターゼとその阻害剤(FR130180)の中性子結晶構造解析を実施した。試料にはブタ膵臓由来のエラスターゼ(Porcine Pancreatic Elastase: PPE)を用い、FR130180との複合体結晶を作製した。取得した結晶はマクロシーディング法を繰り返すことにより3mm$$^{3}$$程度まで成長させた後、JRR3に設置した生体高分子用中性子回折計BIX3で回折実験を行い、1.65${AA}$分解能の回折データを収集した。中性子とX線回折データを組合せた精密化により、約2000個の水素及び重水素原子を含むPPEとFR130180の複合体構造を決定した。今回用いた阻害剤FR130180は、エラスターゼの基質を模倣したペプチド様の構造を持っており、PPEとFR130180複合体はセリンプロテアーゼの反応中間体状態を示していると考えられ、セリンプロテアーゼの触媒機構の理解を深めることができた。また、阻害剤とPPE間に、興味深い相互作用の形成も確認され、特異性の高い阻害剤設計に有用な構造情報を取得することができた。

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