ゲノムの構造と機能、およびエネルギー代謝に及ぼす放射線の長期影響

廣瀬 エリ; 横谷 明徳*; 野口 実穂*; Huart, L.*; 鈴木 啓司*

放射線生物研究, 59(2), p.134 - 156, 2024/06

細胞が放射線照射を受けた後、どのようなプロセスをたどって長期期間を経て現れる発がんなどの放射線影響につながるのか、放射線の長期影響をゲノムの構造・機能変化とエネルギー代謝の2つの視点から論じる。放射線によるゲノムへの長期影響の一つとして、ゲノム不安定性が子孫細胞に受け継がれることがわかってきた。X線照射によりX染色体上のHPRT1遺伝子座に欠失を有するヒト細胞のクローン株を樹立し、これらを用いて筆者らが子孫細胞に受け継がれた大規模なDNA欠失を調べたところ、欠失部位の両端にはっきりとした境目がなく、少なくともX染色体上の約130-137 Mbにわたって、DNA欠失部分と残存部分がパッチワーク状に混在していることが分かった。これはX線照射時における細胞核内でのDNAの収納のされ方に依存して、放射線エネルギー付与の空間密度を反映したDSBの分布を示していると考えられる。また、一般に考えられている1Gyあたり約40個/細胞に生じるDSBの頻度を考慮すると、非DSB型クラスターDNA損傷の塩基除去修復によって引き起こされる 二次的なDSBに起因する欠失も生じたと考えられる。さらに、複雑なDNA欠失パターンがゲノム全体の機能に及ぼす影響を、遺伝子発現を指標に調べたところ、遺伝子発現変動は大規模欠失領域の近傍だけでなくDNA欠失が位置するX染色体全域に及んでいた。これは、二次的なDSBに伴うCTCF結合サイトの欠失が要因であることを示唆している。他方、放射線照射後に細胞周期から離脱し細胞周期を不可逆的に停止した細胞(放射線誘発早期老化細胞)の場合、放射線の長期影響がエネルギー代謝に現れる。放射線誘発早期老化細胞は、細胞周期が回転しないため、DNA合成や細胞分裂に必要なエネルギーは不要で、このため、正常細胞と比較してエネルギー代謝活性は、一見、低いと予想されがちである。しかし、ミトコンドリアの膜電位差を通じて代謝活性を調べたところ、放射線誘発早期老化細胞では、代謝活性が上昇する様子が観察され、代謝活性化に伴うATP量の増加も合わせて報告された。ミトコンドリア活性の亢進に伴い生産された活性酸素種が近傍の細胞の損傷を誘発すると考えられることから、放射線誘発早期老化細胞は長期にわたって周囲の正常細胞にも影響を与えることが予想される。本稿ではこのような、長い時間が経っても残り続ける放射線の"爪痕"について論じる。

焼却灰のセメント固化試験手引書

中山 卓也; 川戸 喜実; 大杉 武史; 嶋崎 竹二郎; 花田 圭司; 鈴木 眞司; 榊原 哲朗; 中澤 修; 目黒 義弘

JAEA-Technology 2014-046, 56 Pages, 2015/03

JAEA-Technology-2014-046.pdf:7.61MB

日本原子力研究開発機構では、保有する原子力施設等の研究開発活動で発生した放射性の可燃性及び難燃性廃棄物を、減容のため焼却処理をしている。焼却処理により発生した焼却灰はセメント固化して処分する計画としている。焼却灰は各拠点で発生するが、焼却炉型や廃棄物により特徴が異なるため、セメントの固化条件を設定するための基礎試験を拠点毎に行い、データを取得する必要がある。また、セメント固化試験においては、共通に評価すべき項目があるため、統一した手順で試験を進めていくことが重要である。本手引書は、セメント固化処理設備の設計に向けた基礎的なデータ取得を計画する際に、試験方法や条件設定の参考として利用するために作成した。焼却灰のセメント固化試験において評価すべき項目として、法規制において廃棄体に求められる要件について整理し、一軸圧縮強度や流動性などの技術的な7つの評価項目を抽出した。試験を計画する際に必要となる焼却灰, セメント, 水, 混和材料の選定方法の項目、試験固化体の作製手順の項目及び膨張、一軸圧縮強度、溶出量等の評価の方法の項目については、これまでの知見から注意すべき点を記載した。同時に、固化条件の最適化に向けた試験フロー及び調整の指針についてまとめた。最後に、各拠点でセメント固化試験に着手する際の助けとなるよう、目標とする固化条件を満足する固化可能な範囲の目安及び固化技術開発の課題について取りまとめたものである。

Expansion control for cementation of incinerated ash

中山 卓也; 鈴木 眞司; 花田 圭司; 富岡 修; 佐藤 淳也; 入澤 啓太; 加藤 潤; 川戸 喜実; 目黒 義弘

Proceedings of 2nd International Symposium on Cement-based Materials for Nuclear Wastes (NUWCEM 2014) (CD-ROM), 12 Pages, 2014/06

A method, in which incinerated ash is solidified with a cement material, has been developed to dispose of radioactive incinerated ash waste. A small amount of metallic Al, which was not oxidized in the incineration, existed in the ash. When such ash was kneaded with a cement material and water, H generation began immediately just after the kneading, H bubbles pushed up the kneaded muddy material and an expanded solidified form was obtained. In this study, we tried to control H generation by means of following two methods, one was a method to let metallic Al react prior to the cementation and the other was a method to add an expansion inhibitor that made an oxide film on the surface of metallic Al. The solidified forms prepared using the pre-treated ash and lithium nitrite were not expanded.

Microbeam irradiation facilities for radiobiology in Japan and China

小林 泰彦; 舟山 知夫; 浜田 信行*; 坂下 哲哉; 小西 輝昭*; 今関 等*; 安田 啓介*; 畑下 昌範*; 高城 啓一*; 羽鳥 聡*; et al.

Journal of Radiation Research, 50(Suppl.A), p.A29 - A47, 2009/03

https://doi.org/10.1269/jrr.09009S

In order to study the radiobiological effects of low dose radiation, microbeam irradiation facilities have been developed in the world. This type of facilities now becomes an essential tool for studying bystander effects and relating signaling phenomena in cells or tissues. This review introduces you available microbeam facilities in Japan and in China, to promote radiobiology using microbeam probe and to encourage collaborative research between radiobiologists interested in using microbeam in Japan and in China.

Subcellular changes of essential metal shown by in-air micro-PIXE in oral cadmium-exposed mice

中里 享美*; 長嶺 竹明*; 鈴木 慶二*; 草壁 孝彦*; Moon, H. D.*; 及川 将一*; 酒井 卓郎; 荒川 和夫

Biometals, 21(1), p.83 - 91, 2008/02

https://doi.org/10.1007/s10534-007-9095-6

Cd毒性に対する必須金属の役割を明らかにするために、1.5年から2年間で100mg/LのCdを経口投与した4匹のマウスを用い、メタロチオネインによる評価と大気マイクロPIXE法による必須金属元素の細胞内分布の測定を行った。その結果、Cdを曝露したマウスの肝臓と腎臓には亜鉛が著しく集積していることが見いだされた。1.5年間Cdを曝露したマウスの元素分布では大部分のCdが亜鉛と結合しており、亜鉛は経口投与されたCd毒に対する保護に寄与していることが示唆された。

Time and space-resolved measurement of a gas-puff laser-plasma X-ray source

鈴木 将之; 大道 博行; Choi, I. W.*; Yu, W.*; 長井 圭治*; 乗松 孝好*; 三間 圀興*; Fiedorowicz, H.*

Physics of Plasmas, 10(1), p.227 - 233, 2003/01

https://doi.org/10.1063/1.1526700

レーザープラズマX線源は、縮小転写型の(EUV)リソグラフィー,X線顕微鏡,三次元立体微細加工,タンパク質の構造解析などに応用が可能である。レーザープラズマX線源をこれらに応用するためには、発生するX線の特性評価を行う必要がある。このことから今回ガス中を伝播するレーザーパルス光の相互作用を理解するためにレーザー光の吸収率測定を行った。それと同時にX線の発生時間の測定を行った。またレーザー光の伝搬の様子をスリットカメラにストリークカメラを用いて測定を行った。その結果ガス中に照射されたレーザーは、ブレークダウンを起こして電子-イオンの衝突を繰り返すという逆制動放射によってプラズマ加熱されていることがわかった。ガス中における吸収率からネオンを用いたとき17%,アルゴンのとき12%,クリプトンのとき38%,キセノンのとき91%と言う結果より原子番号依存性があることがわかった。また、時間分解空間分解測定の結果からガス中を伝搬していくレーザー光はガスの拡がりが狭いとフォーカス位置を中心にプラズマが拡がっていくが、ガスの拡がりが広いときはガス中をレーザー光がプラズマを作りながら進んでいくことがわかった。

高速実験炉「常陽」におけるNp消滅特性の測定と評価

住野 公造; 茶谷 恵治; 鈴木 惣十

動燃技報, (92), p.43 - 48, 1994/12

https://jopss.jaea.go.jp/pdfdata/PNC-TN1340-94-004.pdf

大洗で進められている高速炉を用いたマイナーアクチニド(MA)の消滅処理に関する研究としてMA元素の代表であるNpの微量高純度試料を常陽MK-II炉心の各領域で照射してMAの燃焼特性を測定する手法を開発し、核計算法と核データの精度評価を行った。測定では微小バナジウムキャプセルに封入したNpの酸化物を照射試験用集合体に装荷し、中性子スペクトルの異なる「常陽」MK-II炉心の燃料領域や上下軸方向反射体領域にて照射した。照射前後に試料から放出される線スペクトルをGe半導体検出器で測定し、中性子捕獲で生成するPuと核分裂により生成するCs生成量を定量し、Npの変換率を求めた。この結果、高速炉心でのNpの変換特性を把握する事が出来た。又「常陽」炉心管理コード等を用いて解析結果と測定値とを比較した結果、従来「常陽」の核特性計算で使用してきた3次元拡散計算と燃焼計算の解析精度を明示した。

JRR-2の第2次出力上昇試験

神原 豊三; 宇野 英郎; 荘田 勝彦; 平田 穣; 庄司 務; 小早川 透; 高柳 弘; 藤村 勤; 森田 守人; 市原 正弘; et al.

JAERI 1045, 11 Pages, 1963/03

JAERI-1045.pdf:0.72MB

この報告書はJRR-2の第1次出力上昇試験後、設計出力10MWの出力上昇までの1つのステップとしての3MW,第2次出力上昇試験について記したものである。試験は昭和36年11月15日から開始され、11月29日に3MWに到達し、3MWでの連続運転を行って12月16日終了した。

X線マイクロビーム照射細胞のライブイメージング追跡

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。

Exposure to X-rays enhances autophagy in human fibroblast cells

野口 実穂; 横谷 明徳; 鈴木 啓司*; 藤井 健太郎

no journal, , 

The exposure to ionizing radiation causes damage to not only DNA but also proteins or organelles in cytoplasm of cells. Recent studies report that, for most of normal human fibroblasts and some of solid carcinoma cells, cells exposed to ionizing radiation sustain irreversible growth arrest, but still maintain their viability with showing senescence character even though they might have severe DNA damage. These suggests that, in irradiated fibroblasts, intracellular degradation system "autophagy" eliminates accumulated damaged proteins or dysfunctional organelles to avoid induction of apoptosis. In this study, to clarify the role of autophagy on cell survival, we investigated change of autophagic activity in irradiated fibroblast cells in terms of escape from apoptosis. Induction of autophagy in normal human fibroblast BJ1-hTERT cells irradiated with 20 Gy X-rays were measured using the fluorescent probe, Cyto-ID Green, which stains specifically autophagic vacuoles. Irradiated cells were treated with Cyto-ID Green 15 min before observation. The cells observed by a fluorescent microscope were quantified as mean values of the fluorescent intensity per cell. Irradiated cells showed about 3 times higher induction of autophagic activity than non-irradiated cells at 24 h after irradiation. The activation of autophagy persisted for at least 5 days (120 h) after irradiation. These results strongly suggest that highly induced autophagy is involved in the elimination of damaged proteins and organelles to keep their physiological functions, and avoid apoptosis. Frequency of apoptosis is expected to increase if the autophagic pathway is blocked. Results will also be presented for the treatments with pharmacological agent inhibiting the autophagic process.