原子力施設等の緊急時における被ばく評価事例集

川崎 将亜; 中嶌 純也; 吉田 圭佑; 加藤 小織; 西野 翔; 野崎 天生; 中川 雅博; 角田 潤一; 菅谷 雄基; 長谷川 里絵; et al.

JAEA-Data/Code 2017-004, 57 Pages, 2017/03

JAEA-Data-Code-2017-004.pdf:2.34MB

原子力施設の事故発生時においては、事故による影響及びその範囲を迅速に把握するために、放出された放射性物質による一般公衆への影響や事故による作業者の個人被ばく線量を早期に評価し報告することが求められる。そのため、原子力科学研究所放射線管理部においては、事故発生時の迅速な対応に資するために、一般公衆及び作業者の被ばく線量評価について、評価方法及び必要となる各種パラメータ等を想定される事故事例ごとにまとめ、事例集を整備した。本事例集では、原子力科学研究所で想定される各種事故に加え、過去の原子力事故で放出された放射性物質による被ばく評価について扱っており、これらは緊急時における被ばく評価についての知見・技術の継承にも用いることができる。

Visualisation of cell cycle modifications by X-ray irradiation of single HeLa cells using fluorescent ubiquitination-based cell cycle indicators

神長 輝一; 野口 実穂; 成田 あゆみ; 坂本 由佳; 嘉成 由紀子; 横谷 明徳

Radiation Protection Dosimetry, 166(1-4), p.91 - 94, 2015/09

https://doi.org/10.1093/rpd/ncv168

To explore radiation effects on the mammalian cell cycle, it would be essential to trace single cells as live cell images observed by a time-lapse imaging technique. HeLa-FUCCI cells are one of useful model cell lines to visualize cell cycle because their nucleus show different colors. We irradiated the cells with X-rays of 5 Gy. The cells were incubated for 48 hr in a small incubator set on a fluorescent microscope to track about 40 cells. Most of the irradiated cells underwent cell division at M phase, and then progressed into G1 phase. However, about a half of the cell population showed a significantly longer period toward cell division, indicating that G2 phase was prolonged (G2 arrest) by irradiation. The elongation of G2 phase was more prominent for irradiation to cells in S/G2 phase than those in G1 phase. The observed cell cycle modification suggests that G2/M checkpoint system control the cycle to ensure repairing DNA damage.

Three-dimensional culture of HeLa-FUCCI cells for study of bystander cell cycle effect of high LET particles

坂本 由佳; 神長 輝一; 嘉成 由紀子; 野口 実穂; 横谷 明徳

Journal of Radiation Research, 55(Suppl.1), p.i120 - i121, 2014/03

https://doi.org/10.1093/jrr/rrt166

In order to examine bystander effects in the 3D cell system, we have developed a FUCCI-HeLa spheroid system. FUCCI (Fluorescent Ubiquitination-based Cell Cycle Indicator) cells show specific colors of cell nuclei depending on a cell cycle. Thus we can easily trace cell cycle modifications by irradiation. We observed bystander cell-cycle delay as preliminary tests using monolayer culture of the HeLa-FUCCI cells. It will be very interesting to examine whether the cell-cycle effect also appears in the 3D cell system exposed to single high LET particles. We have determined suitable conditions for the spheroid culture, such as size of spheroids and methods of stable fixing a spheroid in a dish to perform the microbeam irradiation, and observation of the cell cycles of each cell in a spheroid after irradiation using a time-lapse micro-imaging technique.

Live-cell imaging study of mitochondrial morphology in mammalian cells exposed to X-rays

野口 実穂; 嘉成 由紀子; 神長 輝一; 坂本 由佳; 成田 あゆみ; 藤井 健太郎; 横谷 明徳

no journal, , 

Recent reports suggest that extranuclear targets in cytoplasm may have a role in mediating radiation effects on mammalian cells exposed to ionizing radiation. Mitochondria, a kind of major organelles, are distributed throughout cytoplasm. They contain their own genome, and mediate essential cell functions, such as generation of ATP and regulation of cell death. Radiation effect on mitochondrial functions, however, remains to be fully elucidated. As the first step to understand the cytoplasmic effects of radiation, we have examined mitochondrial morphology in mammalian cells exposed to X-rays. Mitochondria are continuously fusing or dividing during mitosis, or in response to environmental condition changes. In this study, after irradiation of X-rays to mouse cells, we labeled mitochondria by Mitotracker Red and analyzed kinetics of mitochondrial morphology by a live-cell imaging technique using a fluorescence microscope. We demonstrated that X-irradiation causes mitochondrial fragmentation and the frequency of fragmentation increases with increasing X-ray dose. We report the radiation induced mitochondrial morphological change.

X線照射によるミトコンドリアの動態変化と膜電位の関係

嘉成 由紀子; 野口 実穂; 神長 輝一; 坂本 由佳; 横谷 明徳; 鈴木 啓司*

no journal, , 

低線量の放射線環境下では、細胞を通過する少数の放射線トラックは必ずしもDNAが存在する細胞核を貫通するとは限らない。むしろ細胞核以外の細胞質がヒットを受ける確率が高い。我々は細胞質中に広く存在するミトコンドリアに着目し、放射線照射によるミトコンドリアの形態や動態、膜電位の変化を明らかにすることを目的とした。KEK・PFのBL-27Bを利用し、専用のディッシュに培養したヒト繊維芽細胞(BJ1 hTERT Fucci)へ6Gy相当のX線マイクロビームを照射した後、ミトコンドリア動態のタイムラプス観察を行った。ミトコンドリアの膜電位変化は、膜電位依存性の蛍光試薬であるJC-1を用いて可視化した。タイムラプス動画像を元にして、ミトコンドリア活性部位(膜電位が高い部位)を追跡し、部位が位置を変える移動速度を数値化し動態変化として解析を行った。その結果、活性部位は照射後24時間から48時間にかけて空間位置を大きく変えるという、新しい現象を見出した。この位置変化の理由はまだ明らかではないが、放射線によるダメージからの回復に必要とされるATPを要求性の生理活性の上昇と関連があるのではないかと推測される。

マイクロビームを用いた細胞核照射と細胞質照射によるミトコンドリアへの影響

嘉成 由紀子; 神長 輝一; 成田 あゆみ; 宇佐美 徳子*; 鈴木 啓司*; 横谷 明徳

no journal, , 

本研究では、細胞内のエネルギー分子(ATP)生産を担うミトコンドリアの活性が、放射線照射によりどのように影響を受けるかを明らかにすることを目的とした。ヒト正常細胞(BJ1-hTERT)に対して、高エネルギー加速器研究機構フォトンファトリーから得られるX線マイクロビームを照射した後に継時観察し、細胞核のみ・細胞質のみに照射した場合を比較した。細胞は、観察の直前にミトコンドリアを特異的に標識するJC-1試薬で染色した。この試薬はミトコンドリアの膜電位が高いと赤色蛍光のドットとして観測され、また低いと緑色蛍光が観測される特徴がある。その結果、細胞核照射群は細胞質照射群よりも細胞あたりのJC-1赤色発光のドット数が、照射後12時間程度まで優位に増加することが明らかになった。核内で損傷したDNAの修復にATPが用いられるために、活性が亢進したと推測される。

Live cell imaging study on biological effects induced by X-ray microbeam irradiation

神長 輝一; 嘉成 由紀子*; 坂本 由佳*; 野口 実穂; 成田 あゆみ*; 藤井 健太郎; 宇佐美 徳子*; 小林 克己*; 鈴木 啓司*; 横谷 明徳

no journal, , 

We performed selective exposure to HeLa-Fucci cells of a specific cell cycle using synchrotron X-ray microbeam. The results suggested that, not only the irradiated, but also non-irradiated cells surrounding the exposed cells also undergo cell cycle arrest as a consequence of a novel "bystander" effect. When irradiated to spheroids of the HeLa-Fucci cells as a model of 3D cellular tissues, we have succeeded to track the cell cycle modulations in the spheroid using a confocal microscopy. Further we performed sub-cellular irradiation to target a cell nucleus or cytoplasm to look at the effect on mitochondria in human fibroblast cells stained with a specific chemical. Even when the nucleus was irradiated, the potential of mitochondria was enhanced for 12 h. It is inferred that not only DNA damage repair but also certain responses to cellular damage might need excess production of ATP. These clearly show that the live cell imaging appears to be a promising method for single cell tracking.

放射線照射による細胞周期変化とミトコンドリア形態変化の関係

野口 実穂; 嘉成 由紀子; 神長 輝一; 坂本 由佳; 成田 あゆみ; 藤井 健太郎; 横谷 明徳

no journal, , 

放射線による細胞影響は核DNAへの損傷を起点として多くの研究が行われているが、低線量放射線被ばくなど細胞質のみがヒットを受けた場合の細胞影響を明らかにすることも必要不可欠である。ミトコンドリアは細胞質に広範囲に存在する細胞小器官であり、独自の遺伝子を持ち、エネルギー産生、細胞死の調節など細胞の重要な機能を担う。そこで、本研究では細胞質の中でも特にミトコンドリアに注目し、ミトコンドリアに対する放射線の影響を明らかにすることを目的とした。本研究では、ミトコンドリアをMitotracker Red、核をHoechst33342で染色し、X線照射後4日間経時的にミトコンドリアの形態変化を観察した。また細胞周期はNMuMG-Fucci2細胞を用い、核の色素変化によりその周期を同定した。その結果、ミトコンドリアは線量の増加ともに細かく断片化され、断片化ミトコンドリアを持つ細胞数は照射後3日目がピークになり、その後は減少することが明らかになった。また、8Gy照射により8割以上の細胞はG1期で細胞周期を停止することも明らかになった。本発表では放射線照射後のミトコンドリアの形態変化と細胞周期変化との関係性について報告する。

タイムラプスメージング法で観察したFucci発現細胞へのX線照射の影響

神長 輝一; 成田 あゆみ; 野口 実穂; 嘉成 由紀子; 坂本 由佳; 横谷 明徳

no journal, , 

本研究では、放射線が照射された細胞の周期がどのような影響を受けるかを明らかにすることを目的とした。細胞周期特異的に核が蛍光を発するように設計されたFucci化したヒト細胞を照射試料として用いて、個々の細胞を追跡しながら観察を行った。観察には、小型インキュベーターを内蔵した蛍光顕微鏡を用いた。細胞にX線を照射したのち、48時間のタイムラプス観察を行った。得られた画像データから個々の細胞の細胞周期を特定しコントロール細胞の細胞周期と比較することでX線照射による細胞周期変化を分析した。X線を5Gy照射した場合に観察される細胞周期変化は、約3.3時間の遅延であった。さらに照射細胞周囲の非照射細胞への影響を調べるため、培養ディシュの半分にのみX線(20Gy)を照射したところ、非照射細胞にも明らかな細胞周期の遅延が観察された。これまでにも照射細胞から非照射細胞へ信号が伝達され、微小核形成などの影響が現れる所謂バイスタンダー効果が知られてきた。本研究により、細胞周期遅延誘発にもバイスタンダー効果があることが初めて示された。

X線マイクロビーム照射細胞の細胞分裂のライブセルイメージング

神長 輝一; 嘉成 由紀子; 坂本 由佳; 成田 あゆみ; 宇佐美 徳子*; 小林 克己*; 野口 実穂; 横谷 明徳

no journal, , 

X線マイクロビームを特定の細胞に狙い撃ちした際に、照射細胞及びその周囲の非照射細胞に生じる細胞分裂の様子の変化を、ライブセルイメージングにより追跡した。X線マイクロビームの照射は、高エネルギー加速器研究機構・フォトンファクトリーのBL27Bの顕微照射システムを利用した。従来の顕微照射システムでは、長時間に渡る細胞の継時観察は困難である。そこで照射顕微ステージとは別に、培養器を備えた観察用顕微システムを導入し、照射細胞の位置座標をこの二つの顕微システム間で校正するため特殊なパターンが印字されたポリエチレンフィルムを製作するなど、タイムラプス細胞観察が行える新たな実験システムを工夫した。細胞周期の遅延や分裂後の娘細胞同士の融合が、照射細胞の周囲の非照射細胞(バイスタンダー細胞)にも伝搬するか否かに着目し、20分間隔で48時間にわたり連続して取得した画像データの解析を行った。その結果、マイクロコロニー中の細胞を一つだけ選んで照射しても、周囲の細胞同士の融合現象は観察されなかった。しかし、アポトーシス等の細胞死は、照射細胞だけではなくある頻度でバイスタンダー細胞にも起る可能性が示された。