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論文

Analysis of bystander effect induced by cell membrane response in glioma cells

和田 成一*; 安藤 達彦*; 渡辺 彩*; 柿崎 竹彦*; 夏堀 雅宏*; 舟山 知夫; 坂下 哲哉; 横田 裕一郎; 小林 泰彦

JAEA-Review 2014-050, JAEA Takasaki Annual Report 2013, P. 79, 2015/03

これまでのマイクロビームを用いた細胞の局部照射実験でバイスタンダー効果の誘導には細胞核の損傷応答だけでなく細胞膜応答も重要であり、細胞膜応答分子であるスフィンゴミエリナーゼがその応答に関与することが明らかになってきた。しかし、スフィンゴミエリナーゼがどのようにして細胞間情報伝達に関与しているかはまだ明らかになっていない。そこで本研究では、照射後に細胞外に分泌されるスフィンゴミエリナーゼが、細胞から放出され、細胞間情報伝達に関与する膜小胞であるエクソソーム内に含有されているかを解析した。照射したグリオーマ細胞をから細胞外に放出されたエクソソーム中にスフィンゴミエリナーゼが含まれるか解析するため、培養上清からExo Quickによるエクソソームの精製を行い、抗スフィンゴミエリナーゼ抗体を用いたウエスタンブロットを行った。その結果、照射によって細胞外に分泌されたスフィンゴミエリナーゼは主にエクソソームの形態で細胞外に分泌されることが明らかになった。この結果からバイスタンダー効果においてスフィンゴミエリナーゼ自身がバイスタンダー因子としてシグナル伝達に関与することが示唆された。

論文

Effects of low- and high-LET radiation on the salt chemotaxis learning in ${it Caenorhabditis elegans}$

坂下 哲哉; 鈴木 芳代; 浜田 信行*; 下澤 容子; 深本 花菜*; 横田 裕一郎; 楚良 桜*; 柿崎 竹彦*; 和田 成一*; 舟山 知夫; et al.

Biological Sciences in Space, 26, p.21 - 25, 2012/10

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低LET及び高LET放射線の影響について調べた。また、野生型及び${it gpc-1}$変異体の結果を比較した。高LET炭素線($$^{12}$$C, 18.3MeV/u, LET=113keV/$$mu$$m)及び$$^{60}$$Co $$gamma$$線照射実験を行った結果、学習後期よりも初期の影響が大きい傾向及び${it gpc-1}$変異体で応答が消失する点は両放射線で同じであった。以上の結果から、化学走性学習に関して低LET及び高LET放射線の両放射線とも影響を与えること、及びその作用メカニズムには${it gpc-1}$遺伝子が関与していることが示唆された。

論文

Behavioral resistance of ${it Caenorhabditis elegans}$ against high-LET radiation exposure

坂下 哲哉; 鈴木 芳代; 浜田 信行*; 下澤 容子; 深本 花菜*; 横田 裕一郎; 楚良 桜*; 柿崎 竹彦*; 和田 成一*; 舟山 知夫; et al.

Biological Sciences in Space, 26, p.7 - 11, 2012/07

本論文では神経系のモデル生物として知られる線虫を用いて、運動と化学走性に対する高LET放射線耐性について調べた。また、放射線耐性の比較対象として孵化率を同時に観察した。高LET炭素線($$^{12}$$C, 18.3MeV/u, LET=113keV/$$mu$$m)及び$$^{60}$$Co $$gamma$$線照射実験を行った結果、孵化率の生物学的効果比(Relative biological effectiveness: RBE)が4.5であるのに対して、運動と化学走性のRBEは、それぞれ1.4, 1.1であった。80%効果線量は、9.2Gy(孵化率), 272Gy(運動), 899Gy(化学走性)であった。以上の結果から、線虫の運動と化学走性は、孵化率と比較して顕著に高LET放射線に耐性であることが明らかになった。また、運動と化学走性に対する放射線照射効果の機序が、孵化率に対する機序とは異なることが予想された。

論文

Targeted heavy-ion microbeam irradiation of the embryo but not yolk in the diapause-terminated egg of the silkworm, ${it Bombyx mori}$, induces the somatic mutation

古澤 壽治*; 深本 花菜*; 坂下 哲哉; 鈴木 英子*; 柿崎 竹彦*; 浜田 信行*; 舟山 知夫; 鈴木 ひろみ*; 石岡 憲昭*; 和田 成一*; et al.

Journal of Radiation Research, 50(4), p.371 - 375, 2009/07

 被引用回数:6 パーセンタイル:75.7(Biology)

カイコの休眠覚醒させた卵を用いて、胚と卵黄への重イオンマイクロビーム照射の体細胞突然変異に与える影響を調べた。その結果、卵黄への照射は、5齢幼虫に成長した段階での体細胞突然変異を増加させないが、胚への照射は線量依存的に体細胞突然変異を増加させることがわかった。これらの結果から、体細胞突然変異に関して卵黄への照射によるバイスタンダー効果がないことを明らかにした。

論文

Heavy-ion-induced bystander killing of human lung cancer cells; Role of gap junctional intercellular communication

原田 耕作*; 野中 哲生*; 浜田 信行*; 桜井 英幸*; 長谷川 正俊*; 舟山 知夫; 柿崎 竹彦*; 小林 泰彦; 中野 隆史*

Cancer Science, 100(4), p.684 - 688, 2009/04

 被引用回数:49 パーセンタイル:23.13(Oncology)

The aim of the present study was to clarify the mechanisms of cell death induced by heavy-ion irradiation focusing on the bystander effect in human lung cancer A549 cells. In microbeam irradiation, each of 1, 5 and 25 cells under confluent cell conditions was irradiated with 1, 5 or 10 particles of energetic carbon ions, and then the surviving fraction of the population was measured by a clonogenic assay in order to investigate the bystander effect of heavy-ions. In this experiment, the limited number of cells (0.0001-0.002%, 5-25 cells) under confluent cell conditions irradiated with 5 or 10 carbon ions resulted in an exaggerated 8-14% increase in cell death by clonogenic assay. However, these overshooting responses were not observed under exponentially growing cell conditions. Furthermore, these responses were inhibited in cells treated with an inhibitor of gap junctional intercellular communication (GJIC), whereas these were markedly enhanced by the addition of a stimulator of GJIC. The present results suggest that bystander cell killing by heavy-ions was induced mainly by direct cell-to-cell communication, such as GJIC, which might play important roles in the bystander responses.

論文

Effects of locally targeted heavy-ion and laser microbeam on root hydrotropism in ${it Arabidopsis thaliana}$

宮沢 豊*; 坂下 哲哉; 舟山 知夫; 浜田 信行*; 根岸 洋*; 小林 啓恵*; 金安 智子*; 大庭 淳*; 諸橋 恵太*; 柿崎 竹彦*; et al.

Journal of Radiation Research, 49(4), p.373 - 379, 2008/07

 被引用回数:23 パーセンタイル:37.49(Biology)

本研究は、重粒子マイクロビーム照射及びレーザー照射を用いて根の水分屈性における根端と伸長領域の役割を明らかにすることを目的とした。伸長領域への重イオンマイクロビームの照射は水分屈性の進行を有意に一時的に抑制したが、コルメラ細胞への照射は抑制しなかった。しかし、レーザー照射は水分屈性にコルメラ細胞が必要なことを示唆した。さらに、重イオンブロードビーム照射実験から、重イオンの照射によりIAA5遺伝子の発現が抑制されるが、MIZU-KUSSEI1遺伝子は抑制されないことがわかった。これらの結果は、根端と伸長領域とが根の水分屈性に異なる役割を持つこと、また遺伝子の発現が必要なことを示唆した。

論文

Influence of local irradiation with heavy-ion microbeam on the incidence of somatic mutation arising on the larvae in embryo and yolk in the egg of the silkworm, ${it Bombyx mori}$

古澤 壽治*; 鈴木 英子*; 長岡 俊治*; 鈴木 ひろみ*; 石岡 憲昭*; 浜田 信行*; 和田 成一*; 小林 泰彦; 坂下 哲哉; 柿崎 竹彦*; et al.

JAEA-Review 2007-060, JAEA Takasaki Annual Report 2006, P. 115, 2008/03

重イオンマイクロビームを用いて、カイコの体細胞突然変異が、照射部分のみに起こるのかそうでないかを調べた。非照射サンプルの突然変異発生頻度は、約12%であった。また、卵の中央部(胚が位置しない卵黄部分)に3Gyあるいは6Gy相当の炭素イオンマイクロビームを照射したサンプルも同程度の発生頻度であった。これに対して、卵の背側に位置する胚の尾部を含めた腹部にマイクロビームを照射したところ、3Gy照射では約63%, 6Gyの照射では約80%と発生頻度が増加した。卵黄部分への照射が未照射胚細胞へ影響を及ぼすことはなかった。

論文

Functional analysis of root elongation zone in hydrotropism in ${it Arabidopsis}$ using heavy-ion microbeam

宮沢 豊*; 坂下 哲哉; 根岸 洋*; 小林 啓恵*; 金安 智子*; 大庭 淳*; 諸橋 恵太*; 柿崎 竹彦*; 舟山 知夫; 浜田 信行*; et al.

JAEA-Review 2007-060, JAEA Takasaki Annual Report 2006, P. 116, 2008/03

水分屈性において機能する細胞群とそこでの生体反応を同定することを目的として、重イオンマイクロビーム照射及びレーザー照射によって組織あるいはその機能を局所的に破壊した根の水分屈性を解析した。レーザーによる根端の局所的な照射を行った解析から、コルメラ細胞及び、伸長領域が水分屈性の発現に必須であることが示唆された。一方、重イオンマイクロビーム照射は、伸長領域への照射においてのみ水分屈性発現の低下をもたらしたが、コルメラ細胞への照射では屈性の低下をもたらさなかった。重イオン照射が新規の遺伝子発現を不活化できるかを、重イオン照射後の個体のオーキシン誘導性遺伝子発現を指標に検証したところ、照射によりオーキシン誘導性遺伝子発現の誘導が顕著に抑制されることが明らかになった。これらの結果は、水分屈性発現過程でコルメラ細胞,伸長領域の両細胞群が機能すること、また伸長領域では新規の遺伝子発現が必須である一方、コルメラ細胞においては新規の遺伝子発現が必須でないことを示唆した。

論文

ユーグレナにおける$$gamma$$線耐性と重イオンビーム耐性の概日リズムの比較検討

Bolige, A.*; 坂下 哲哉; 柿崎 竹彦*; 舟山 知夫; 浜田 信行*; 和田 成一*; 小林 泰彦; 後藤 健*

JAEA-Review 2007-060, JAEA Takasaki Annual Report 2006, P. 117, 2008/03

本研究では、${it Euglena gracilis}$ Zにおける$$gamma$$線耐性と重イオンビーム(以降Cイオン)耐性の概日リズムを明らかにした。恒暗恒温の下で両耐性とも概日リズムを示したが、最強位相は主観的真昼より2-4時間前であった。このリズムはどの線量を用いても認められたが、振幅は半数致死線量付近で最高となり、$$gamma$$線で45%、Cイオンで20%ほどであった。また、照射時の温度にかかわらず生存率は不変であった。UV耐性の場合と同じく放射線耐性も酵素的防御反応には依存しない。これに対し、照射後の温度は生存率を大きく左右し、温度依存的な生命活動が死を促進する可能性が示された。$$gamma$$線耐性やCイオン耐性を増強する抗酸化剤は微妙に異なるが、還元型グルタチオン+システイン+$$beta$$カロテンが最適な組合せである点で互いに共通し、UVB耐性ともUVC耐性とも異なる抗酸化機作を示唆した。ただし、低線量の場合は非酵素的な抗酸化能だけで説明できるが、高線量照射の場合には抗酸化能以外の要因も関係している。また、Cイオン照射の場合には、FITCデキストランの取り込みが認められたため、致死に対して生体膜損傷が関与している可能性が示唆された。

論文

Food-NaCl associative learning in response of ${it C. elegans}$ to high-LET carbon ion beam irradiation

坂下 哲哉; 鈴木 芳代; 柿崎 竹彦*; 舟山 知夫; 浜田 信行*; 和田 成一*; 小林 泰彦

JAEA-Review 2007-060, JAEA Takasaki Annual Report 2006, P. 111, 2008/03

線虫のfood-NaCl連合学習(化学走性学習)に対する炭素イオンビームの照射効果について報告する。線虫には、本来、NaClに誘引される性質(化学走性)があるが、食物(大腸菌)がなくNaClを含んだ寒天培地上に線虫を数時間置くと化学走性が低下するように変化する。この食物とNaClとの間で成立する化学走性学習について、(1)放射線被ばく後の化学走性学習能力、及び(2)他の誘引物質であるベンズアルデヒドに対する化学走性について調べた。その結果、100から500Gyの被ばくをした後においても化学走性学習能力が維持されていること、及び学習中の照射により化学走性学習に変化が観られるときであってもベンズアルデヒドの化学走性に変化が認められないことを明らかした。

論文

Heavy-ion microbeam system at JAEA-Takasaki for microbeam biology

舟山 知夫; 和田 成一*; 横田 裕一郎; 深本 花菜; 坂下 哲哉; 田口 光正; 柿崎 竹彦*; 浜田 信行*; 鈴木 芳代; 古澤 佳也*; et al.

Journal of Radiation Research, 49(1), p.71 - 82, 2008/01

 被引用回数:39 パーセンタイル:22.05(Biology)

近年の放射線生物研究領域では、細胞の低線量放射線応答機構や、放射線誘発バイスタンダー効果の分子機構,生物学的イオントラック構造などの解明が大きな課題となっているが、これらの問題の解決には、マイクロビームによる生物試料の局部照準照射が有効である。原子力機構高崎量子応用研究所の生物照射用重イオンマイクロビームシステムは、大気中でさまざまな生物試料に局部照準照射を実現することができるシステムである。このシステムは、放射線生物研究領域で課題となっているさまざまな生物応答現象の機構解明に役立つのみならず、生理学,発生学,神経生物学などの広範な生物領域における問題を解決することができるため、広く「マイクロビーム生物学」と呼べる研究領域の創成に貢献するだろう。

論文

Vulnerability of feline T-lymphocytes to charged particles

柿崎 竹彦; 浜田 信行*; 坂下 哲哉; 和田 成一*; 原 孝光*; 舟山 知夫; 宝達 勉*; 夏堀 雅宏*; 佐野 忠士*; 小林 泰彦; et al.

Journal of Veterinary Medical Science, 69(6), p.605 - 609, 2007/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:84.37(Veterinary Sciences)

重イオンの優れた生物学的・物理学的特性から獣医領域での応用が期待されるが、これまでに伴侶動物細胞に対する感受性は明らかにされていない。そこで、本研究では、ネコ由来Tリンパ球に対する感受性を解析し、重イオンの線量と線エネルギー付与に依存して細胞死が誘発されることを明らかにした。

論文

Development of the irradiation method for the first instar silkworm larvae using locally targeted heavy-ion microbeam

深本 花菜; 白井 孝治*; 佐方 敏之*; 坂下 哲哉; 舟山 知夫; 浜田 信行*; 和田 成一*; 柿崎 竹彦; 志村 幸子*; 小林 泰彦; et al.

Journal of Radiation Research, 48(3), p.247 - 253, 2007/05

 被引用回数:16 パーセンタイル:50.09(Biology)

本研究では、これまで不可能だった孵化直後の蚕幼虫に対する重イオンビームの局所的な照射方法を新たに開発し、特徴的な皮膚形態の発現過程に介入することによって、発生・変態時における形質発現過程をラジオマイクロサージャリ技術を用いて解析することを可能にした。具体的には、幼虫の大きさの穴を開けた薄いアルミニウムプレート内に虫を入れ、上下をフィルムで挟むことによって固定し、体長約2mmの孵化直後幼虫の特定部位に重イオンマイクロビームを局部照射する方法を考案した。この方法を用いて、蚕の突然変異の一系統であるコブ突然変異個体のコブ形成予定領域に対して照射を行った。この幼虫は4齢頃になると斑紋部がコブ状に突出するが、孵化直後にはまだ形成していない。照射後の幼虫を飼育したところ炭素イオン250Gyの以上の線量で、半数以上の幼虫のコブが欠失した。また、120Gyでは5.6%の幼虫にのみコブの欠失が認められたことから、コブ欠失の閾値が120Gyと250Gyの間にあることが示唆された。今回新たに可能になった孵化幼虫への局部照射法は、発生・変態時におけるさまざまな組織を対象とした研究に役立つと考えられる。

論文

Role of DNA-PKcs in the bystander effect after low- or high-LET irradiation

金杉 勇一*; 浜田 信行*; 和田 成一*; 舟山 知夫; 坂下 哲哉; 柿崎 竹彦; 小林 泰彦; 高倉 かほる*

International Journal of Radiation Biology, 83(2), p.73 - 80, 2007/02

 被引用回数:30 パーセンタイル:9.73(Biology)

放射線の生物効果は、直接照射された細胞から、その周囲の非照射細胞に伝達されることが近年の研究から明らかになり、この現象はバイスタンダー効果と呼ばれている。本研究では、放射線により照射細胞に誘発されるDNA損傷の修復に中心的な役割を果たすDNA-PKcsは、バイスタンダー効果により誘発されるDNA損傷の修復にも関与していることを明らかにした。

論文

Bystander effect studies using heavy-ion microbeam

小林 泰彦; 舟山 知夫; 坂下 哲哉; 古澤 佳也*; 和田 成一*; 横田 裕一郎; 柿崎 竹彦; 浜田 信行*; 原 孝光*; 深本 花菜; et al.

JAEA-Conf 2007-002, p.28 - 35, 2007/02

放射線の生物作用は、生体分子に対する局所的なエネルギー付与、すなわち空間的にも時間的にも離散的な物理的相互作用の過程から始まる。そのため低線量(低フルエンス)被曝においては、照射された細胞と非照射の細胞が試料中に混在することになる。したがって、照射細胞における直接の放射線障害だけでなく、照射細胞と非照射細胞が互いに影響を及ぼし合う過程を定量的に解析することが、放射線適応応答やホルミシス効果など低線量域放射線に特有の生体応答を解明する鍵となる。そこでわれわれは、TIARA(高崎研イオン照射研究施設)の重イオンマイクロビームを用いて個別の細胞を狙って正確な個数の重イオンを照射し、その影響を長時間追跡観察するシステムを開発した。重イオンマイクロビームを用いて照射細胞と非照射細胞を明確に区別して個々の細胞の放射線応答を解析することが可能な本照射実験システムの概要を紹介するとともに、バイスタンダー効果の分子機構に関する最近の研究成果を報告する。

論文

Recent improvements of heavy-ion microbeam system for bystander study

舟山 知夫; 柿崎 竹彦; 和田 成一*; 横田 裕一郎; 坂下 哲哉; 浜田 信行*; 小林 泰彦

JAEA-Review 2006-042, JAEA Takasaki Annual Report 2005, P. 100, 2007/02

Analysis of molecular mechanisms of bystander effect is one of the most important subjects in recent radiobiological field, and target irradiation of cells with microbeam is considered as the most effective means to solve this issue. However, our system had a limitation in targeting accuracy and irradiation speed. In addition, the limitation of beam time interfered the rapid progress of the study. Therefore, to adopt the effective analysis of bystander mechanisms we had improved our system as follows: (1) Upgrading performance of cell targeting system, (2) Introduction of UV micro-laser interface for off-beam irradiation, (3) Improvement of post-irradiation analysis software.

論文

高LET及び低LET電離放射線照射生存子孫細胞における遅延的増殖能喪失

浜田 信行*; 和田 成一*; 舟山 知夫; 坂下 哲哉; 柿崎 竹彦; Ni, M.*; 小林 泰彦

JAEA-Review 2006-042, JAEA Takasaki Annual Report 2005, P. 101, 2007/02

There is increasing evidence that ionizing radiation persistently perturbs genomic stability and induce delayed reproductive death in the descendents of survivors, however, dependence of these inductions upon linear energy transfer (LET) is still largely unknown. We have examined the cell killing effectiveness of $$gamma$$-rays (0.2 keV/$$mu$$m) and six different beams of heavy ion particles with LET values wide-ranging from 16.2 to 1610 keV/$$mu$$m in primary normal human diploid foreskin fibroblasts. First, irradiated confluent density-inhibited cultures were subjected to primary colony formation, revealing that relative biological effectiveness (RBE) based on the primary 10% survival dose peaked at 108 keV/$$mu$$m, and that inactivation cross section increased proportionally up to 437 keV/$$mu$$m. Secondly, cells harvested from primary colonies further underwent secondary colony formation, showing that delayed reproductive death occurred in a dose-dependent fashion. While the RBE based on the secondary 80% survival dose peaked at 108 keV/$$mu$$m, very little difference between LET was observed in the RBE based on the secondary survival at primary 10% survival dose. Our present results indicate that delayed reproductive death arising only during secondary colony formation is independent of LET and is more likely to be dependent upon initial damages having being fixed during primary colony formation.

論文

Analysis of radiation-induced apoptosis in early ${it Drosophila}$ embryos

立井 一明*; 田巻 倫明*; 河村 英将*; 浜田 信行*; 坂下 哲哉; 舟山 知夫; 和田 成一*; 柿崎 竹彦; 野中 哲生*; 大日方 英*; et al.

JAEA-Review 2006-042, JAEA Takasaki Annual Report 2005, P. 103, 2007/02

ショウジョウバエの放射線誘導性アポトーシスに関する研究では、${it p53}$非依存性経路に関する報告はほとんどなく、初期胚でB波紫外線照射によるアポトーシスで${it p53}$の下流遺伝子の発現が認められないとの間接的な事象の観察のみで${it p53}$非依存性経路の存在を明確に示した報告は無かった。今回${it p53}$欠損株の初期胚で放射線誘導性アポトーシスについて検討し、初期胚では放射線照射によって${it p53}$非依存的にArkの発現誘導がおこりアポトーシスが引き起こされることを示唆する結果を得た。

論文

Effects of heavy ion microbeam irradiation on isolated single fibers of skeletal muscle

依藤 宏*; 日野 瑞城*; 和田 成一*; 多鹿 友喜*; 森村 吉博*; 浜田 信行*; 舟山 知夫; 坂下 哲哉; 柿崎 竹彦; 小林 泰彦

JAEA-Review 2006-042, JAEA Takasaki Annual Report 2005, P. 106, 2007/02

筋ジストロフィーの筋細胞で、細胞膜の修復を高めれば、筋の変性を抑えることが原理的には可能であるが、その修復機構に関してはまだ多くのことが不明である。今回、筋細胞の細胞膜の修復機序解明のため、重イオンマイクロビームで骨格筋細胞を照射し、その細胞膜の変化を観察したところ、重イオンの照射では細胞膜の膜流動性の変化と細胞質カルシウム濃度の局所的増大が主たる変化で、少なくとも大きなレベルでの膜の物理的破綻は起きないことが示唆された。

論文

重イオンビーム照射に対する線虫の連合学習及び神経回路の応答

坂下 哲哉; 浜田 信行*; 鈴木 芳代*; 柿崎 竹彦; 和田 成一*; 舟山 知夫; 小林 泰彦

JAEA-Review 2006-042, JAEA Takasaki Annual Report 2005, P. 108, 2007/02

It has been reported that the radiation-induced impairments of learning and memory in mammals are mainly caused by suppression of hippocampal neurogenesis. On the other hand, alterations of neurotransmitter activity in rat brain after ionizing irradiation suggest impairments of function in the central nervous system (CNS) except for hippocampus. However, direct measurement of the impairments is difficult in mammals. Thus, our goal of the present study is to understand at the functional level when and how ionizing radiation affects CNS, using the adult stage of ${it Caenorhabditis elegans}$ with no newborn neuron and a simple learning behavior, i.e. food-NaCl associative learning. The animals were irradiated with broad beams of C ions (0-500 Gy), which were included in cosmic rays. We observed a remarkable decrease of chemotaxis index just after irradiation in the food-NaCl associative learning conditioned animals. The result suggests that plastic parts of the nervous system related food-NaCl associative learning are sensitive to C ions. Microbeam irradiation experiments are in progress.

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