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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。
野口 実穂; 嘉成 由紀子; 横谷 明徳; 成田 あゆみ; 藤井 健太郎
Radiation Protection Dosimetry, 166(1-4), p.101 - 103, 2015/09
被引用回数：1 パーセンタイル：8.75(Environmental Sciences)It is well known that radiosensitivity of cells is dependent on cell cycle phases. In general, cells are most radiosensitive in M phase and most resistant in late S phase. Cell cycle-dependent radiosensitivity seems to be involved in DSB repair ability which is varied in each cell cycle. Maeda et al. reported that radiation induced cell death depends on not only DSB induction and its repair in a cell nucleus but also damaging cytoplasm, suggesting that cytoplasm may play an important role in the radiobiological responses. Mitochondria, a kind of major organelles, are distributed throughout cytoplasm. They are continuously fusing or dividing. Mitochondrial morphology is also known to change dynamically depending on cell cycle. In this study, to investigate whether mitochondrial morphology relates to cell cycle-dependent radiosensitivity, we analyzed kinetics of mitochondrial morphology after irradiation of X-rays. Fragmented mitochondria were found to accumulate in proliferating cells irradiated with X-rays. Cell population with fragmented mitochondria increased with time after irradiation. When cells irradiated in M phase, cell population with fragmented mitochondria also increased with time after irradiation. These results suggest that the changes of mitochondrial morphology are not significantly related to the cell cycle phase at which the cells are irradiated, and might have little association with cell cycle-dependent radiosensitivity.
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
被引用回数：8 パーセンタイル：52.11(Environmental Sciences)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.
神長 輝一; 坂本 由佳; 嘉成 由紀子; 野口 実穂; 横谷 明徳
Journal of Radiation Research, 55(Suppl.1), p.i127 - i128, 2014/03
Fluorescent ubiquitination-based cell cycle indicator (FUCCI) HeLa cells are one of useful model cell lines to visualize a cell-cycle because their nuclei show different colors; orange indicating G1; green indicating S/G2. In order to establish a novel assay system to study cell-cycle modification by high LET irradiation such as ion beams for cancer therapy we have observed time-lapse images of HeLa-FUCCI cells irradiated as a preliminary experiment using conventional X-rays instead of high LET ion beams. The cell-cycle was strongly arrested by irradiation at S/G2 and never progressed to G1. In contrast, cells irradiated at G1 progress to S/G2 with a similar time course as non-irradiated control cells. These results show that single FUCCI cell exposure and live cell imaging are a powerful method to trace the single cell effect of high LET irradiation on the cell-cycle in future.
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
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.
嘉成 由紀子; 野口 実穂; 神長 輝一; 坂本 由佳; 横谷 明徳
Journal of Radiation Research, 55(Suppl.1), p.i129 - i130, 2014/03
In this study, we report a new approach of tracing the mitochondrial morphological change of the cells exposed to high LET radiation using a live-cell imaging technique. We used the NMuMG (Normal murine mammary gland)-FUCCI2 cell line. Using the FUCCI2 expressing cells, we can observe red fluorescence in the nuclei of G1 phase cells and green fluorescence in the nuclei of S/G2/M phase cells. We labeled mitochondria by Mitotracker Red. Kinetics of mitochondrial morphology was analyzed by the live-cell imaging technique using a fluorescence microscope. Mitochondrial images were captured for 4 days after irradiation. In a preliminary study, we found that X-ray irradiation of cells caused mitochondrial fragmentation, and proportion of cell population with fragmented mitochondria increased with increasing dose and with time after irradiation. It is demonstrated that the method proposed in this study works successively to trace cytoplasmic effects by high LET irradiation.
野口 実穂; 嘉成 由紀子; 藤井 健太郎; 横谷 明徳
no journal, ,
細胞周期に依存して放射線感受性が変化することは古くから知られている。一般に、M期で最も高く、S後期で最も高い。一方、ミトコンドリアの形態も細胞周期に依存して変化していることが最近明らかになった。ミトコンドリアは環境に応じて形態を断片化から融合状態まで変化させるが、M期では断片化し、G1とS期の境目では非常に長くつながった状態になる。それ以外の周期では断片化と融合状態の中間体を形成している。そこで、本研究では細胞周期に依存する放射線感受性とミトコンドリア形態変化の関連性を明らかにするため、照射を受けた細胞周期の違いによりミトコンドリアの形態変化が異なるかどうかを調べた。マウス細胞にX線を照射し、照射直後にM期細胞のみをmitotic shake off法により回収してディッシュにまき、照射24時間から96時間までのミトコンドリアの形態変化を蛍光顕微鏡にて観察した。その結果、ミトコンドリアの断片化はM期の照射、他の周期での照射ともに照射後72から96時間でピークになることが明らかになった。この結果から、照射後のミトコンドリア断片化誘導には照射を受けた細胞周期は関係性が少ないと考えられる。
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。
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
no journal, ,
To explore X-irradiation effects on the mammalian cell cycle, we performed to track single cells as live cell images observed by the time-lapse imaging technique. HeLa cells with fluorescent ubiquitination-based cell cycle indicator (FUCCI) were used as irradiation sample cells to visualize cell cycle because their nuclei show different colors. We exposed X-rays to the HeLa-Fucci cells and observed them using a fluorescent microscope. We accumulated cells images every 20 min for 48 h and obtained evidences of cell cycle dynamics. The period of G1 and S/G2/(M) phase were analyzed and it was revealed that the irradiated cells were split in two populations, one showing similar cell cycle dynamics with that of unirradiated cells, and another showing modified cell cycle with a prolonged interval before progressing next cell cycle. The heterogeneous mixture of populations of irradiated cells might be involved in finally biological effects such as cell lethality.
嘉成 由紀子; 神長 輝一; 坂本 由佳; 成田 あゆみ; 野口 実穂; 宇佐美 徳子*; 小林 克己*; 鈴木 啓司*; 横谷 明徳; 藤井 健太郎
no journal, ,
ミトコンドリアは独自のDNAを持ち、生体内エネルギー分子であるATPの生産を担うため、細胞に欠かせない重要な器官である。我々は、細胞の部分照射によるミトコンドリアへの放射線影響を明らかにすることを目的とした。細胞中の特定部位に対する部分照射を行うため、放射光X線マイクロビームを利用した。ヒト線維芽細胞(BJ1 hTERT Fucci)に対し、細胞核照射、細胞質照射及び細胞全体照射の3パターンで照射をし、ミトコンドリアを経時観察した。ミトコンドリアは膜電位に依存して蛍光発色が緑と赤を示すJC-1試薬を用いた。その結果、赤色蛍光で確認される高膜電位のミトコンドリアの面積は、どの照射パターンでも照射直後に大きな値を示し、その後は減少した。細胞核照射では6時間後、細胞質照射では12時間後、細胞全体照射では2時間後まで減少し、その後は増加を示した。細胞質照射後24時間での面積は他の2つの照射パターンと比較し、優位な増加が見られた。以上の結果から、照射部位に依存してミトコンドリアの膜電位の影響が異なる可能性が定性的に示唆された。
嘉成 由紀子; 野口 実穂; 藤井 健太郎; 横谷 明徳
no journal, ,
Fucci化したヒト正常細胞を用い、タイムラプス法により細胞内のエネルギー分子であるAPTを産生するミトコンドリに放射線照射によりどのような影響が現れるかを調べている。今回、ミトコンドリア膜電位に依存して緑から赤に蛍光発色がシフトするJC-1をプローブとして用い、照射細胞中のミトコンドリアの活性状態が継時観察できる実験系を構築した。この系を用いて放射線照射後数日間に渡りミトコンドリアの動態及び膜電位の変動を観測した結果、照射後の細胞にはミトコンドリアを含む細胞質の体積増加が見られた。さらに、ミトコンドリアの膜電位の変化や細胞質内での運動状態が照射により亢進した。これらの結果から、ミトコンドリアの絶対数の増加により照射細胞内のエネルギー供給が増加し、またこれに伴い細胞内での活動量も増加していることが推測された。今回JC-1をプローブとしたライブセルイメージングの系が確立されたことから、今後さらにミトコンドリアを含め細胞内小器官の状態変化を詳細に調べることで、放射線照射による細胞内代謝過程への影響を明らかにして行く予定である。
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。
横谷 明徳; 成田 あゆみ; 神長 輝一; 嘉成 由紀子; 坂本 由佳; 野口 実穂; 宇佐美 徳子*; 小林 克己*; 藤井 健太郎; 鈴木 啓司*
no journal, ,
放射線照射後の細胞をライブイメージング法により追跡して調べることで、これまで細胞集団の平均値としてしか得られなかった放射線影響を個々の細胞の運命として解析するこが可能になった。このような時間軸に対する一連の細胞のダイナミクス(動的)データは、将来のシステムズバイオロジーへの展開・拡張に必須である。本講演では照射による細胞周期の遅延やミトコンドリアの動態を指標として、KEK-PFにおける軟X線マイクロビーム照射した幾つかのFucci細胞に対するライブイメージングにより得た結果を紹介する。さらに、通常の培養ディッシュの単層培養細胞に比べより生体に近い細胞間相互作用を維持していると期待される3次元培養したHeLa-Fucci細胞のスフェロイドを作製し、これに対してマイクロビームを部分照射することでより生体組織に近い環境におけるバイスタンダー効果の観察も試みている。熱力学的には"非平衡状態"にある相互にフィードバックをかけ合う多数のストレス応答の集合として細胞集団システムを捉え、放射線に対する頑強性(ロバストネス)の予測やこれを支える遺伝子スイッチングのメカニズムについての知見が得られると期待される。
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.
嘉成 由紀子; 植頭 康裕
no journal, ,
東日本大震災に伴う東京電力福島第一原子力発電所発電所の事故から、間もなく10年が経過する中で、福島県内の復興は少しずつ進んでいるが、一方で課題も多く残っている。このような状況の中、地元福島県の高校生が福島の復興を自分の目で確かめ、どうして欲しいのか、将来自分たちが何をしなければいけないのか等を自分たちの言葉で話すことは大変重要なことである。そこで、日本原子力研究開発機構(JAEA)は、福島県内の高校生を対象に、県内の施設見学を通して知見を広げるとともに、科学的アプローチによる問題解決能力の向上を目的に、放射線リスクコミュニケーション相談員支援センターの協力を得て、「福島原子力事故からの復興に対する高校生による意見交換会」を開催した。本発表では、意見交換会を通じて高校生が何を学び、どう考えたかを報告するとともに我々が高校生の発表を通じて考えていくべきことについて報告する。
嘉成 由紀子; 野口 実穂; 藤井 健太郎; 横谷 明徳
no journal, ,
Fucci化したヒト正常細胞を用い、タイムラプス法により細胞内のエネルギー分子であるAPTを産生するミトコンドリアに放射線照射によりどのような影響が現れるかを調べている。今回、ミトコンドリア膜電位に依存して緑から赤に蛍光発色がシフトするJC-1をプローブとして用い、照射細胞中のミトコンドリアの活性状態が継時観察できる実験系を構築した。この系を用いて放射線照射後数日間に渡りミトコンドリアの動態及び膜電位の変動を観測した結果、照射後の細胞にはミトコンドリアを含む細胞質の体積増加が見られた。さらに、ミトコンドリアの膜電位の変化や細胞質内での運動状態が照射により亢進した。これらの結果から、ミトコンドリアの絶対数の増加により照射細胞内のエネルギー供給が増加し、またこれに伴い細胞内での活動量も増加していることが推測された。今回JC-1をプローブとしたライブセルイメージングの系が確立されたことから、今後さらにミトコンドリアを含め細胞内小器官の状態変化を詳細に調べることで、放射線照射による細胞内代謝過程への影響を明らかにして行く予定である。
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, ,
照射細胞からサイトカインなどの信号物質が放出され、周囲の照射細胞にも影響が伝搬するいわゆるバイスタンダー効果により、微小核形成などが誘発されることが知られている。本研究では、照射による細胞周期の遅延や停止といった現象も、このバイスタンダー効果により誘発され得るかを明らかにすることを目的としている。KEK・PFのBL27BのX線マイクロビームを利用し、狙った細胞にX線を照射した後の照射及び周囲の未照射の細胞の細胞周期の経時観察(タイムラプスイメージング)を試みた。細胞周期により細胞核の色が変化するFucci細胞を培養し数10個程度の細胞からなるマイクロコロニーを作成しこれを照射試料とした。その中の特定の細胞を狙い撃ちしたときの周囲の細胞の周期に注目し、タイムラプス観察を行った。その結果、周囲の細胞への明確な周期遅延効果は認められなかったものの、一部の照射した細胞自体の周期遅延が抑制される現象がみられた。これは周囲の細胞の存在により、照射細胞の応答が変わる「逆バイスタンダー効果」がある可能性を示している。
坂本 由佳; 嘉成 由紀子; 神長 輝一; 野口 実穂; 横谷 明徳
no journal, ,
低線量放射線による生物影響を考える上で、バイスタンダー効果は1つの重要なポイントであり、これまで様々な報告がされている。しかし、それらの研究のほとんどは単層培養の細胞を使用したものであり、細胞間の情報伝達物質も培地を介して移動することが分かっている。だが、実際の生体内は細胞同士が密になって組織を形成しており、その周囲に培地は存在していない。これらの矛盾を解決すべく、本研究ではスフェロイドに対するX線マイクロビーム照射といった新しい実験系を提案する。本研究ではヒトのガン細胞(HeLa-FUCCI)を培養し、直径100-200ミクロンのスフェロイドを作製した。このスフェロイドの中心に対し、KEK・PFにおいて20ミクロンのX線マイクロビームで部分照射を行った。しかし照射後にスフェロイドの経時観察を行おうとすると、その位置が顕微鏡の視野の外に出てしまうことが分かった。これは培養ディッシュの温度ムラや水蒸気の蒸発による対流が原因と考えられる。スフェロイドが一つだけ入るウェルのあるディッシュなど、さらに工夫が必要であることが分かった。
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。
坂本 由佳; 嘉成 由紀子; 神長 輝一; 成田 あゆみ; 野口 実穂; 宇佐美 徳子*; 小林 克己*; 藤井 健太郎; 横谷 明徳
no journal, ,
バイスタンダー効果によるスフェロイド中の非照射部を含めた動態を明らかにすることを目的とし、HeLa-Fucci細胞で作製したスフェロイドに対するX線マイクロビーム照射と、その後の経時観察を行うための新しい実験系を構築した。照射サンプルであるスフェロイドは、照射用ディッシュに移し、アガロースゲルを含んだ培地で周囲を満たして、動かないよう固定した。マイクロビーム照射には、KEK-PF、BL-27B(生物ステーション)の装置を利用した。ビームサイズは40
40
mに設定し、直径150mあるスフェロイドの一部分だけを選択的に狙って照射した。照射後は共焦点レーザー顕微鏡を用いて、細胞周期の変化をライブセル観察した。その結果、マイクロビーム照射部の細胞にのみG2アレストがかかり、細胞周期停止や遅延が起こることが確認された。また、マイクロビームを照射していないスフェロイド、マイクロビームを照射したスフェロイドの非照射部のどちらにも、細胞周期の変化は明確には確認されなかったことから、スフェロイドにおけるバイスタンダー効果は小さいと考えられる。
