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論文

Radiation biology of ${it Caenorhabditis elegans}$; Germ cell response, aging and behavior

坂下 哲哉; 高浪 タカ子*; 簗瀬 澄乃*; 浜田 信行*; 鈴木 芳代; 木村 孝文*; 小林 泰彦; 石井 直明*; 東谷 篤志*

Journal of Radiation Research, 51(2), p.107 - 121, 2010/03

 被引用回数:18 パーセンタイル:46.19(Biology)

線虫の放射線影響に関する研究は、過去30年以上にわたって行われ、現在、分子,細胞及び個体レベルでの線虫における放射線の影響機構の理解が進みつつある。本論文では、生殖細胞,老化、及び行動に焦点を当てて、これまでに蓄積された知見を解説する。生殖細胞に関しては、アポトーシス,セルサイクルの停止,DNA損傷の修復について概説し、老化については、放射線で誘導される酸化ストレスに着目してホルミシス効果とともに述べる。最後に、最近報告された行動への興味深い影響について、他の生物種への放射線影響と比較しながらまとめる。本解説にて触れた多くの研究で得られた知見から、線虫は放射線生物学の分野でも、よい${it in vivo}$モデル生物であることが示唆される。

論文

Effects of ionizing radiation on locomotory behavior and mechanosensation in ${it Caenorhabditis elegans}$

鈴木 芳代; 坂下 哲哉; 簗瀬 澄乃*; 菊地 正博; 大庭 寛史; 東谷 篤志*; 浜田 信行*; 舟山 知夫; 深本 花菜; 辻 敏夫*; et al.

Journal of Radiation Research, 50(2), p.119 - 125, 2009/04

 被引用回数:3 パーセンタイル:80.42(Biology)

We examined the effects of ionizing radiation (IR) on locomotory behavior and mechanosensation using a model organism, the nematode ${it Caenorhabditis elegans}$. Bacterial mechanosensation in ${it C. elegans}$ induces the dopamine-mediated slowing of locomotion in the presence of bacteria (food), known as the basal slowing response. We previously reported an IR-induced reduction of locomotory rate in the absence of food. In the present study, we observed a similar IR-induced reduction of locomotory rate in the ${it cat-2}$ mutant, which is defective in bacterial mechanosensation. The dose response pattern of the locomotory rate in the presence of food was relatively flat in wild-type animals, but not in ${it cat-2}$ mutants. This suggests that the dopamine system, which is related to bacterial mechanosensation in ${it C. elegans}$, might have a dominant effect on locomotory rate in the presence of food, which masks the effects of other stimuli. Moreover, we found that the behavioral responses of hydrogen peroxide-exposed wild-type animals are similar to those of IR-exposed animals. Our findings suggest that the IR-induced reduction of locomotory rate in the absence of food is mediated by a different pathway from that for bacterial mechanosensation, at least partially through IR-produced hydrogen peroxide.

論文

Locomotion-learning behavior relationship in ${it Caenorhabditis elegans}$ following $$gamma$$-ray irradiation

坂下 哲哉; 浜田 信行*; 池田 大祐*; 鈴木 芳代; 簗瀬 澄乃*; 石井 直明*; 小林 泰彦

Journal of Radiation Research, 49(3), p.285 - 291, 2008/05

 被引用回数:8 パーセンタイル:61.58(Biology)

現在、神経系の複数の機能とその関係に対する放射線の影響は、ほとんどわかっていない。そこで、本研究では、線虫の首振り運動と化学走性学習との関係に対する放射線の影響を調べた。その結果、放射線照射による首振り運動の抑制が、放射線照射後の化学走性学習の抑制と非常に相関が高いことが明らかになった。しかし、特別な条件のもとでの照射実験から、放射線照射による首振り運動の低下が、直接、化学走性を変化させる要因ではないことも明らかとなった。さらに、化学走性学習のための条件付け(餌なし+食塩あり)時に放射線を照射した場合には、首振り運動と学習時の化学走性との間に高い相関が観られ、線量依存的に両者の相関が弱くなることが明らかとなった。以上の結果から、放射線は首振り運動と化学走性学習の両者に同時に影響を与えるわけではなく、餌がなく食塩がある条件の提示により生まれる両者の関係に放射線が影響を与えることが示唆された。

論文

Modulatory effect of ionizing radiation on food-NaCl associative learning; The Role of $$gamma$$ subunit of G protein in ${it Caenorhabditis elegans}$

坂下 哲哉; 浜田 信行*; 池田 大祐*; 簗瀬 澄乃*; 鈴木 芳代; 石井 直明*; 小林 泰彦

FASEB Journal, 22(3), p.713 - 720, 2008/03

 被引用回数:7 パーセンタイル:65.03(Biochemistry & Molecular Biology)

神経系のモデル生物として知られる線虫(${it C. elegans}$)を用いて、food-NaCl連合学習に対する$$gamma$$線照射の影響を調べた。その結果、連合学習の能力は、比較的高線量(約550Gy)の放射線を照射しても有意な影響を受けないが、条件付けの最中に放射線を照射した場合には、照射直後の化学走性が有意に付加的に低下することを発見した。また、条件付け時(4hr.)に低線量率(0.4Gy/min)にて線虫を曝露し続けると、化学走性が負の値、すなわちNaClを忌避する応答を示した。さらに、これらの放射線照射に対する応答が、${it gpc-1}$変異体において有意に抑制されることを見いだした。これらの結果は、線虫の化学走性学習に対する放射線照射の影響が、特定の感覚神経に局在するGPC-1を介して修飾的に働く可能性を示唆する。さらに、food-NaCl連合学習の条件付けを行っている線虫に$$gamma$$線を照射し、benzaldehyde, cAMPとlysineに対する化学走性を調べた結果、cAMPのみ有意な影響が観察された。以上の結果は、放射線が神経系に対して特異的に作用することを示唆する。

論文

Effects of $$gamma$$-ray irradiation on olfactory adaptation to benzaldehyde in ${it Caenorhabditis elegans}$

坂下 哲哉; 浜田 信行*; 鈴木 芳代; 池田 大祐*; 簗瀬 澄乃*; 石井 直明*; 小林 泰彦

宇宙生物科学, 21(4), p.117 - 120, 2007/12

神経系のモデル生物として知られる線虫(${it C. elegans}$)のベンズアルデヒド嗅覚順応(ベンズアルデヒドに曝露された線虫がベンズアルデヒドに対する化学走性を低下させる学習)に対する$$gamma$$線照射の影響を調べた。興味深いことに、ベンズアルデヒド嗅覚順応のための条件付けの際に放射線を照射しても、NaClの化学走性学習で観られたような照射直後の化学走性の低下が観察されなかった。また、照射1時間後において、ベンズアルデヒド嗅覚順応の進行が最大線量の照射によって抑制されることがわかった。これらの結果は、ベンズアルデヒド嗅覚順応に対する放射線照射の影響が、NaCl化学走性学習に対する影響と、現象あるいは機構において異なることを示唆する。

口頭

線虫の化学走性学習に対する放射線の修飾的影響とGタンパク質$$gamma$$サブユニットGPC-1の役割

坂下 哲哉; 浜田 信行*; 池田 大祐*; 簗瀬 澄乃*; 鈴木 芳代; 石井 直明*; 小林 泰彦

no journal, , 

神経系のモデル生物として知られる線虫(${it C. elegans}$)を用いて、化学走性学習に対する$$gamma$$線照射の影響を調べた。その結果、化学走性学習の能力は、比較的高線量(約550Gy)の放射線を照射しても有意な影響を受けないが、条件付けの最中に放射線を照射した場合には、照射直後の化学走性が有意に付加的に低下することを発見した。また、条件付け時(4hr.)に低線量率(0.4Gy/min)にて線虫を曝露し続けると、化学走性が負の値、すなわちNaClを忌避する応答を示した。さらに、これらの放射線照射に対する応答が、${it gpc-1}$変異体において有意に抑制されることを見いだした。これらの結果は、線虫の化学走性学習に対する放射線照射の影響が、特定の感覚神経に局在するGPC-1を介して修飾的に働く可能性を示唆する。放射線照射により神経系を介した忌避応答が誘導されることから、宇宙飛行士の惑星間飛行時における異常行動の潜在的なリスクの可能性が示唆される。

口頭

線虫のベンズアルデヒド嗅覚順応に対する$$gamma$$線照射の影響

坂下 哲哉; 鈴木 芳代; 浜田 信行*; 池田 大祐*; 簗瀬 澄乃*; 石井 直明*; 小林 泰彦

no journal, , 

神経系のモデル生物として知られる線虫(${it C. elegans}$)のベンズアルデヒド嗅覚順応(ベンズアルデヒドに曝露された線虫がベンズアルデヒドに対する化学走性を低下させる現象)に対する$$gamma$$線照射の影響を調べた。興味深いことに、ベンズアルデヒド嗅覚順応のための条件付けの際に放射線を照射しても、NaCl化学走性学習で観られたような照射直後の化学走性の低下が観察されなかった。また、照射1時間後において、ベンズアルデヒド嗅覚順応の進行が最大線量の照射によって抑制されることがわかった。これらの結果は、ベンズアルデヒド嗅覚順応に対する放射線照射の影響が、NaCl化学走性学習に対する影響と、現象あるいは機構において異なることを示唆する。

口頭

重イオンマイクロビームを利用したモデル生物・線虫の放射線生物研究への取り組み

坂下 哲哉; 鈴木 芳代; 浜田 信行*; 池田 大祐*; 深本 花菜; 横田 裕一郎; 舟山 知夫; 簗瀬 澄乃*; 東谷 篤志*; 石井 直明*; et al.

no journal, , 

多細胞モデル生物として知られる線虫を対象として、個体の重イオンマイクロビーム照射研究を進めている。私たちが用いている炭素イオンマイクロビームの水中飛程は約1.2mmであることから、体長約1mm・幅数十$$mu$$mの線虫のすべての細胞と組織が照射対象になる。マイクロビーム照射装置を用いて、杉本らは、線虫の生殖細胞へのマイクロビーム照射を行い、照射域での細胞周期の停止・アポトーシスの誘発を報告した。私たちは、さらに線虫の神経系をターゲットとし、化学走性学習に与える放射線局部照射の影響を明らかにすることを目的とした研究を進めている。しかし、$$^{60}$$Co$$gamma$$線の線虫個体全体への照射が化学走性学習に与える影響を調べたところ、学習中に照射した場合のみ放射線影響が観察された。そのため、杉本らが用いた線虫の神経麻酔による固定の代替法が必要である。現在、「線虫が動いている状態で重イオンマイクロビームを照射する方法」の開発に取り組んでいる。

口頭

線虫の学習行動と放射線影響

坂下 哲哉; 鈴木 芳代; 浜田 信行*; 池田 大祐*; 簗瀬 澄乃*; 石井 直明*; 小林 泰彦

no journal, , 

神経系のモデル生物として知られる線虫(${it C. elegans}$)を用いて、化学走性学習に対する$$gamma$$線照射の影響を調べた。その結果、条件付けの最中に放射線を照射した場合にのみ、照射直後の化学走性が有意に付加的に低下することを発見した。また、放射線照射に対する応答が、${it gpc-1}$変異体において有意に抑制されることを見いだした。これらの結果は、線虫の化学走性学習に対する放射線照射の影響が、特定の感覚神経に局在するGPC-1を介して修飾的に働く可能性を示唆した。以上より、線虫の学習行動に対して放射線が特異的に作用する可能性が示唆された。

口頭

Modulatory effect of ionizing radiation on salt chemotaxis learning; The Role of G protein $$gamma$$ subunit in ${it Caenorhabditis elegans}$

浜田 信行*; 坂下 哲哉; 池田 大祐*; 簗瀬 澄乃*; 鈴木 芳代; 石井 直明*; 小林 泰彦

no journal, , 

神経系のモデル生物として知られる線虫を用いて、化学走性学習に対する放射線照射の影響を調べた。その結果、化学走性学習の能力は、比較的高線量(500Gy)の放射線を照射しても有意な影響を受けないが、学習過程の途中に放射線を照射した場合には、照射直後の化学走性が有意に付加的に低下することを発見した。また、条件付け時に低線量率にて線虫を曝露し続けると、化学走性が負の値、すなわちNaClを忌避する応答を示した。さらに、これらの放射線照射に対する応答が、${it gpc-1}$変異体において有意に抑制されることを見いだした。これらの結果は、線虫の化学走性学習に対する放射線照射の影響が、特定の感覚神経細胞に局在するGPC-1タンパク質を介して修飾的に働く可能性を示唆した。

口頭

The Video-based quantitative evaluation of IR-induced effects on locomotory behavior in ${it Caenorhabditis elegans}$

鈴木 芳代; 坂下 哲哉; 服部 佑哉; 簗瀬 澄乃*; 菊地 正博; 舟山 知夫; 横田 裕一郎; 辻 敏夫*; 小林 泰彦

no journal, , 

神経系のモデル生物である線虫(${it C. elegans}$)に、その生存に影響しない程度の放射線(1000Gy以下の$$gamma$$線)を照射すると、照射量に依存して運動が低下する。従来より、線虫の運動性の評価には、頭部の屈曲回数(Body bends)が用いられており、照射個体の評価も非照射線虫に準じてBody bendsを指標として行われてきた。しかし、体幹後部のくねりが緩くなり、移動の範囲が非照射に比べて狭くなるなど、照射線虫に観られる全身的な運動の微妙な変化は、Body bendsでは評価できなかった。そこで、本研究では、放射線の運動への影響をより詳細に理解することを目的として、線虫の全身的な運動の変化を捉え得る画像解析を用いた新しい指標を提案し、運動の定量評価を試みた。講演では、予備的なデータを示し、新しい線虫運動評価法の有効性について議論する。

口頭

Detection and measurement of abnormal posture under stressful conditions in nematode $textit{C. elegans}$

Ide, Kazunori*; Ishikawa, Tomoya*; Arai, Shingo*; Morioka, Tatsuya*; Kaneda, Hiroki*; 鈴木 芳代; 坂下 哲哉; 石井 直明*; 簗瀬 澄乃*

no journal, , 

Oxidative stress threatens cellular and extracellular targets including lipids, proteins and nucleic acids. As a result, oxidative stress causes or influence apoptosis, degenerative diseases and aging. Not only that, we found an abnormal posture in short-lived mutant such as $textit{mev-1}$, which is a paraquat (methylviologen)-sensitive strain, exposed to hyperoxia. In this study, we detected the hyperoxia-induced abnormal posture in $textit{mev-1}$ mutant compared with wild-type N2 and long-lived $textit{age-1}$ strains. 4-day-old animals placed on a NGM agar plate with a fixed bacterial lawn were exposed to hyperoxia (90% of oxygen) overnight. After the exposure, some animals were immediately recorded as digital images with up to 400-fold magnification of the microscope. The images were analyzed using image processing software, Wriggle Tracker and Move-tr/2D, by a previously published method (Hattori et al., 2012). The body line was skeletonized and evenly divided into 12 segments. Subsequently, X- and Y-coordinates of each point on the body were acquired. To evaluate the posture of the body, we introduced a novel standard, namely the "posture index" as the absolute average of the relative angle, $$q_i$$, between adjacent dividing points. As a result of this investigation, we can not only intuitively but also quantitatively and statistically understand a tendency of the behavior in a short-lived mutant under stressful conditions.

口頭

Detection and measurement of abnormal posture under stressful conditions in age-related mutants

Matsuda, Sakiyo*; Nitta, Nazuki*; Tamura, Miku*; 鈴木 芳代; 坂下 哲哉; 石井 直明*; 簗瀬 澄乃*

no journal, , 

Oxidative stress threatens cellular constructs including lipids, proteins and nucleic acids. As a result, oxidative stress causes or influence apoptosis, degenerative diseases and aging. Recently, we found an abnormal posture in short-lived mutants such as $$mev-1$$ and $$daf-16$$, exposed to hyperoxia. In this study, we detected the hyperoxia-induced abnormal posture in $$mev-1$$ and $$daf-16$$ mutants compared with wild-type N2 and long-lived $$age-1$$ strains. 4-day-old animals placed on a NGM agar plate with a fixed bacterial lawn were exposed to hyperoxia (90% of oxygen) overnight. After the exposure, some animals were immediately recorded as digital images with up to 400-fold magnification of the microscope. The images were analyzed using image-processing software by a previously published method. To evaluate the posture of the body, we introduced a novel standard, namely the "posture index" as the absolute average of the relative angle between adjacent dividing points. As a result of this investigation, we can not only intuitively but also quantitatively and statistically understand a tendency of the behavior in various postural responses under stressful conditions in the short-lived mutants.

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