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成田 あゆみ; 神長 輝一; 横谷 明徳; 野口 実穂; 小林 克己*; 宇佐美 徳子*; 藤井 健太郎
Radiation Protection Dosimetry, 166(1-4), p.192 - 196, 2015/09
被引用回数:3 パーセンタイル:24.31(Environmental Sciences)動物培養細胞の細胞周期に依存した放射線照射影響に関する知見は、そのほとんどが照射された細胞集団を統計学的手法により解析したものである。本研究は、照射された細胞一つを顕微鏡下で直接追跡することにより、刻々と変化する照射細胞の挙動をリアルタイムで観察する手法を確立することを目的とした。照射細胞には細胞周期が判別できるFUCCI(Fluorescent Ubiquitination-based Cell CycleIndicator)発現HeLa細胞(ヒトがん細胞)を用いた。また、照射には細胞一つ分まで大きさが調整できる放射光X線マイクロビームを利用した。さらに照射した細胞を長時間観察するために、細胞を培養しながら観察可能なタイムラプス顕微鏡を立ち上げ、照射した個々の細胞の分裂の様子を追跡した。その結果、G1期で照射した細胞では周期の遅延が認められなかった。それに対してS/G2期にある細胞に照射を行ったところ、明確な周期遅延が観察された。以上から、顕微鏡下での長時間観察によって、放射線照射された細胞への影響をリアルタイムで観察することができた。
Autsavapromporn, N.*; Plante, I.*; Liu, C.*; 小西 輝昭*; 宇佐美 徳子*; 舟山 知夫; Azzam, E.*; 村上 健*; 鈴木 雅雄*
International Journal of Radiation Biology, 91(1), p.62 - 70, 2015/01
被引用回数:31 パーセンタイル:92.29(Biology)放射線がん治療の実施にあたり、放射線誘発バイスタンダー効果が治療域周辺の正常細胞に健康影響リスクを及ぼすかどうかは重要な問題である。そこで、本研究では、バイスタンダー効果が誘導された細胞の子孫細胞における有害影響の伝播に、照射した放射線の線質と、ギャップジャンクションを介した細胞間情報伝達機構が果たす役割について解析を行った。実験では、コンフルエントに培養したヒト正常線維芽細胞試料に対し、LETの異なるマイクロビームで、その全体の0.0360.4%の細胞のみに照射を行い、バイスタンダー効果を誘導した。この細胞を照射後20世代にわたって培養し回収した後に、微小核形成、
遺伝子への変異誘発、及びタンパク質酸化を指標に解析を行った。その結果、バイスタンダー細胞の子孫細胞における有害影響の伝播は、照射した放射線のLETによって違いがあることが明らかになった。
鈴木 雅雄*; Autsavapromporn, N.*; 宇佐美 徳子*; 舟山 知夫; Plante, I.*; 横田 裕一郎; 武藤 泰子*; 鈴木 芳代; 池田 裕子; 服部 佑哉; et al.
Journal of Radiation Research, 55(Suppl.1), P. i54, 2014/03
It is essentially important for evaluating risk such a low-dose-rate exposure as the accident of Fukushima Daiichi Nuclear Power Plants to examine bystander effects induced by low-LET electromagnetic radiations, such as X or rays. We have been studying the cellular responses in normal human fibroblasts by targeted cell nucleus irradiations with monochromatic X-ray microbeams (5.35 keV) produced by Photon Factory in High Energy Accelerator Research Organization. The results indicated that the bystander effect in cell- killing effect was observed in the targeted cell nucleus irradiation, not in the random irradiation containing both cell nucleus and cytoplasm by Poisson distribution. The results suggest that energy deposition in cytoplasm is an important role of inducing bystander effects in case of low-LET radiations. We have also been investigating high-LET-radiation induced bystander effects using the heavy-ion microbeams at Takasaki Ion Accelerators for Advanced Radiation Application in Japan Atomic Energy Agency. Only 0.04% of the total numbers of normal human fibroblasts were irradiated with C-ion (220 MeV), Ne-ion (260 MeV) and Ar-ion (460 MeV) microbeams collimated at 20 micro meter in diameter. Cell-killing effect and gene mutation at HPRT locus in the cells irradiated with C ions were higher beyond our expectations and returned the estimated values that only 0.04% of the total cells were irradiated when using the specific inhibitor of gap junctions. On the other hand, no induced biological effects were observed in Ne and Ar ions whether the inhibitor was applied or not. The result suggested that the C-ion microbeam was capable of inducing bystander cellular effects via gap junction mediated cell-cell communication. There is clear evidence that bystander cellular effects are dependent on radiation quality.
Autsavapromporn, N.*; 鈴木 雅雄*; 舟山 知夫; 宇佐美 徳子*; Plante, I.*; 横田 裕一郎; 武藤 泰子*; 池田 裕子; 小林 克己*; 小林 泰彦; et al.
Radiation Research, 180(4), p.367 - 375, 2013/10
被引用回数:60 パーセンタイル:89.21(Biology)ヒト正常培養細胞集団のごく一部に照射を行い、照射シグナルの伝達に細胞間ギャップ結合が果たす役割を解析した。コンフルエント培養した細胞に、X線および重イオンビーム(炭素、ネオン、アルゴン)のマイクロビームを用いて照射を行い、培地へのギャップ結合阻害剤添加の有無によるバイスタンダー効果誘導の違いを比較した。X線と重イオンの双方のマイクロビーム照射によって、線量に応じた微小核形成のバイスタンダー効果誘導が認められた。ギャップ結合阻害剤の添加によって、重イオンマイクロビームによって誘導されたバイスタンダー効果は抑制されたが、X線マイクロビームによるバイスタンダー効果は抑制されなかった。この結果は、バイスタンダー効果の誘導には線質が重要であることを示す。
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
被引用回数:39 パーセンタイル:72.61(Biology)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.
宇佐美 徳子*; 横谷 明徳; 石坂 昭三*; 小林 克己*
Journal of Radiation Research, 42(3), p.317 - 331, 2001/09
被引用回数:8 パーセンタイル:28.05(Biology)リン原子のX線吸収により酵母細胞中に生じるDNA損傷の特性を、リンK殻のX線共鳴吸収波長(2153eV)及びこれよりも低エネルギー(2147eV)の単色化した放射光軟X線を用いて調べた。DNAの2重鎖切断(dsb)の相対修復率は、温度感受性dsb修復欠損突然変異株()及び野生株を用いて測定した。
に生じた損傷のうち修復された割合、すなわち
経路により修復され得るdsbの相対収率は、リンK殻X線共鳴吸収により影響を受けなかった。野生株に生じた損傷の修復に関しても、照射後ただちに培養した細胞と非栄養培地中で80時間保持した後に培養した細胞のそれぞれの生存率を比較することで調べた。液体保持回復処理を行った細胞の生存率の回復は、照射したX線のエネルギーに依存した。これらの結果は、リンの内殻X線吸収によりDNA中に修復され難い損傷が生じるが、その割合は小さいことを示してる。
前沢 博*; 古沢 佳也*; 小林 克己*; 檜枝 光太郎*; 鈴木 雅雄*; 宇佐美 徳子*; 横谷 明徳; 母里 知之*
Acta Oncologica, 35(7), p.889 - 894, 1997/01
被引用回数:7 パーセンタイル:22.78(Oncology)シンクロトロン放射を単色光源として用い、大腸菌の野性株及び放射線感受性株に対して、リンK殻光吸収による致死効果を測定し、オージェ電子による増感作用を定量した。照射実験は、高エネルギー物理学研究所・フォトンファクトリーのBL-27で行った。リンK殻吸収端付近に現れるDNAの共鳴ピーク波長及びその前後のエネルギーを照射に用いた。いずれの株の場合も、リンの共鳴により致死効率の増感が観測された。それぞれの株の致死効率から、Auger電子あるいは光電子が、DNA周囲の水分子とイオン化しさらにこれら励起水分子がDNAを攻撃することが推測された。リンからのこれら2次電子効果を含めた最終的な標的サイズは、数nmと推定された。
矢板 毅; 成田 弘一*; 鈴木 伸一; 塩飽 秀啓; 本橋 治彦; 大野 英雄; 宇佐美 徳子*; 小林 克己*
Photon Factory Activity Report 1997, P. 81, 1997/00
ウラン(VI)、トリウム(IV)-アミド(N,N-dihexyl-2-ethylhexanamide:DH2EHA,N,N-dihexyl-3-ethylhexanamide:DH3EHA)あるいはTBP錯体のアルコール溶液中での錯体構造をXAFS法により明らかにした。得られた動径構造関数は、おもにウラニルイオンの軸方向の酸素及び配位子及び硝酸イオンの酸素のピークなどからなることが分かった。アミド化合物の配位酸素のウランとの原子間距離において、DH2EHAとの錯体は、DH3EHAとの錯体より短いことが明らかになった。このことは、原子間距離は配位サイト近傍での立体障害より配位酸素のドナー性に依存することを表している。またTBP錯体は、第一配位圏においてDH3EHA錯体と類似した構造をとるが、第二配位圏より外の中距離構造は見いだされなかった。
檜枝 光太郎*; 広野 泰亮*; 浅見 彰*; 鈴木 雅雄*; 古澤 佳也*; 前澤 博*; 宇佐美 徳子*; 横谷 明徳; 小林 克己*
International Journal of Radiation Biology, 70(4), p.437 - 445, 1996/10
被引用回数:49 パーセンタイル:95.41(Biology)単色化したシンクロトロン軟X線を用い、DNAの単鎖切断及び二重鎖切断の量子効率を調べた。試料には二鎖のプラスミド(pBR-322)環状DNAの乾燥試料を用いた。単色光源として、高エネルギー物理学研究所・フォトンファクトリーのBL-27を用いた。単鎖切断も二重鎖切断も、リンのK殻共鳴ピークで一番効率良く起こることがわかった。試料に対する吸収線量を、試料吸収スペクトルから計算し、フォトン吸収あたりの鎖切断効率を求めたところ、単鎖切断はエネルギー依存性がそれほど顕著でなかったのに対して、二重鎖切断はピーク波長で効良くおこることがわかった。細胞レベルでの致死・突然変異効率の増感は、この二重鎖切断によることが、これらの結果より推測された。
小西 啓之; 横谷 明徳; 塩飽 秀啓; 本橋 治彦; 牧田 知子*; 柏原 泰治*; 橋本 眞也*; 原見 太幹; 佐々木 貞吉; 前田 裕司; et al.
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 372, p.322 - 332, 1996/00
被引用回数:71 パーセンタイル:97.58(Instruments & Instrumentation)この論文は、高エネルギー物理学研究所(KEK)・放射光実験施設(PF)の放射線管理区域内に設置した、新しいビームラインのデザインとその建設について記したものである。ビームラインはフロントエンド部と2本のブランチライン部から構成されている。ブランチラインの1本はX線光電子分光法と軟X線領域(1.8~6keV)放射線生物学の研究に使用され、もう1本はX線回折、XAFSと軟X線領域(4~20keV)放射線生物学の研究に使用される。前者(軟X線領域)のブランチラインには、放射性物質の飛散事故を防ぐ目的で、真空系内外に特別な装置を備えていることが特徴である。このビームラインを用いた応用実験もすすめられており、最新の結果も併せて報告している。
小林 克己*; 宇佐美 徳子*; 横谷 明徳
Journal of Radiation Research, 34(1), 110 Pages, 1993/03
高エネルギー物理学研究所、放射光実験施設(フォトンファクトリー)に、トレーサーレベルのRIが使用できる放射光ビームライン(BL-27)を建設した。そのビームラインに設置した生物照射装置の概要と、調整段階で得られた性能について招介する。BL-27は、軟X線用の27AとX線用の27Bの二つの分岐ラインにわけられ、それぞれInSb及びSiの二結晶分光器を備えている。X線は透過率が高いので、真空保護のためのBe箔およびカプトン膜を通して空気中で生物試料を照射できるが、軟X線は空気中に出すと減衰が大きいので、真空中でも空気中でも照射できるように両方の照射装置を建設した。真空保護のためにいれてある窓による吸収のために、大気中での線量率は真空中に比べて約1/7に落ちている。
宗像 信生*; 檜枝 光太郎*; 宇佐美 徳子*; 横谷 明徳; 小林 克己*
Radiat. Res., 131(1), p.72 - 80, 1992/07
被引用回数:16 パーセンタイル:57.73(Biology)0.10.6nmの単色シンクロトロン軟X線と枯草菌に真空中で照射し、致死作用を測定した。得られた線量効果曲線より致死作用断面積のスペクトルを得た。その結果、0.31nmと0.58nmに、ピークがあることがわかった。それぞれカルシウムとリンのK殻吸収端に相当するエネルギーであることから、細胞内のカルシウム及びリンが特異的に光吸収することにより、細胞の致死効率が高まることが推測された。リンは、細胞中DNAの構成元素であることから、リンの内殻吸収による特異的なDNA損傷の生成が考えられる。一方カルシウムはDNA中には含まれておらず、細胞質中のカルシウムの光吸収による致死作用機構の解明が今後待たれる。現在、光照射された細胞中DNAを細胞外に抽出し、突然変異を引きおこす遺伝子の変化を分子レベルで解析中である。
横谷 明徳; 宇佐美 徳子*; 小林 克己*
Photon Factory News, 10(1), p.13 - 14, 1992/05
軟X線領域には、生体構成元素の内殻吸収端に起因する生体分子の吸収スペクトルがある。吸収端前後の吸収断面積の差を利用して、生物細胞内部の特定元素を「狙い撃ち」することが可能であり、これにより放射線のエネルギーを吸収した分子の化学変化(損傷)に対する細胞の応答(修復)のメカニズムを調べることができる。実際に遺伝子、DNA、中のリン原子をK殻励起すると、致死効果や遺伝的変化の誘発が効率よく起こることが知られている。そこで、次の段階として、内殻電離、励起に伴うこのような効果の原因となる特異的な分子変化が果して起きているかどうかを、アミノ酸をモデル物質として調べた。含硫アミノ酸中のイオウをK殻励起し、分解生成物のスペクトルを測定した。励起光源としてシンクロトロン放射を用いた。その結果、イオウの励起の有無で生成物分布が大きく異なることが明らかになった。これは、内殻励起特異的な生体分子変化であると考えられる。
横谷 明徳; 小林 克己*; 宇佐美 徳子*; 山田 裕子*; 檜枝 光太郎*; 石坂 昭三*
真空紫外線(50nm以上)による核酸損傷誘発機構の総合的研究, p.56 - 59, 1992/03
本研究は、真空紫外線(VUV)領域でのアマノ酸の分解過程を調べることを目的とした。イオウを含むアミノ酸に、60nm(20.7eV)と120nm(10.3eV)の単色化したシンクロトロン放射を真空中で照射し、分解生成物をHPLCで分離・同定した。得られた結果は、2.5KeVの軟X線領域の結果と比較・検討された。真空紫外線照射により12種の生成物が観測され、その生成物分布は二つの波長で異なった。真空紫外領域では、フォトン吸収に続く主要なインベントが、励起から電離へ移行すると考えられる。生成物分布の波長依存性は、この移行を反映している可能性が高い、また2.5KeVの単食X線照射による生成物の分布は、60nmのそれとほぼ同じであったことから、60nmでは、アミノ酸の分解に寄与する主要なイベントが、電離である可能性が示された。
横谷 明徳; 小林 克己*; 宇佐美 徳子*
Photon Factory Activity Report, P. 299, 1992/00
乾燥状態(粉末)のイオウを含むアミノ酸に対する、単色シンクロトロン軟X線の照射効果がこれまで調べられてきた。その結果、イオウのK殻励起を起こした場合とそうでない場合とで、分解生成物のスペクトルが変わることが明らかになった。本研究では、より生体に近い条件下でも、このような変化が起きるかどうかを調べることを目的とし、まず水溶液試料中に生成する分解生成物を検出することを試みた。試いたアミノ酸はシスタチオニンで、分子中にひとつのイオウ原子を含む。照射に用いたエネルギーとして、イオウK殻共鳴吸収ピーク(2473eV)をシンクロトロン放射を分光して得た。生成物は高速液体クロマトグラフィーを用いて、分離定量した。その結果、固体試料の場合とは異なる生成物スペクトルが得られた。同定された生成物のうち、OH基を持つものがあったことから、水中に生じたラジカルとの反応があることが示唆された。
岡本 芳浩; 永井 崇之; 秋山 大輔*; 岩田 景子; 宇佐美 徳子*
no journal, ,
高エネルギー加速器研究機構放射光実験施設BL-27ステーションでは、これまでに多くの核燃料及びRIを取り扱ったXAFS実験及び原子力基盤研究が実施されてきた。ここでは、それら多くの研究例の中から、ガラス固化体(模擬ガラス)に関する研究、ウラン模擬デブリの性状把握に関する研究及び原発圧力容器鋼の照射影響の研究の3つを代表例として紹介する。ガラス固化体は多成分系物質であり、放射光XAFSの利用が効果的である。模擬デブリの研究では、多くのウラン混合酸化物のXAFSデータが蓄積されている。圧力容器鋼の照射影響研究では、中性子照射材(非密封RI)の分析を実施している。
成田 あゆみ; 神長 輝一; 野口 実穂; 横谷 明徳; 小林 克己*; 宇佐美 徳子*; 藤井 健太郎
no journal, ,
細胞周期に依存した放射線照射影響を詳細に解析するために、これまでに我々はFUCCI(Fluorescent Ubiquitination-based Cell CycleIndicator)発現細胞、放射光X線マイクロビーム、そしてタイムラプス顕微システムを組み合わせた新規実験手法を確立してきた。その結果、照射した細胞周期によって現れる影響の違いをリアルタイムで観察することに成功した。本研究ではさらに詳細な照射影響を観察するために、照射後により長時間の経時観察を行うことで照射された個々の細胞の挙動を検証した。また照射された細胞だけでなく、照射細胞と同一視野内にある非照射細胞への影響も比較した。照射細胞に関してG1期で照射した場合には、照射後S期からG2期に進行するものの、そこからM期へは進行しなかった。G2期で照射すると60%の細胞がG1期に進行することなく細胞死した。一方で非照射細胞では、G1期から観察を始めた場合には照射細胞とほぼ同じ傾向を示した。それに対してG2期から観察を始めたときには細胞周期がM期からG1期に進行した。しかしながらG1期に進行したあとで細胞死する個体が照射細胞に比べて6倍になった。これは照射細胞から受けるバイスタンダー効果であると推測される。以上より、照射細胞だけでなく非照射細胞においても周期によって異なる現象が現れたことから、非照射細胞への影響も周期に依存性があることが明らかとなった。
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。
Autsavapromporn, N.*; Plante, I.*; Liu, C.*; 小西 輝明*; 宇佐美 徳子*; 舟山 知夫; Azzam, E.*; 村上 健*; 鈴木 雅雄*
no journal, ,
ヒト皮膚由来正常線維芽細胞NG1RGB株へLETの異なるマイクロビームを照射し、その子孫細胞における影響を解析した。コンフルエントに培養したNG1RGB細胞集団の0.036-0.4%にマイクロビームで1箇所あたり0.4Gy相当の照射を行い、その後、20世代継代した後に微小核形成、突然変異誘発、およびタンパク質の酸化を指標とした解析を実施した。X線とプロトンビームで照射した細胞の子孫細胞では、酸化ストレスの昂進と微小核形成および突然変異頻度の上昇が認められた。その一方、炭素イオンビームで照射した細胞の子孫細胞では、同様な影響は認められなかった。また、細胞間ギャップ結合の阻害を行うことで、プロトンでは、子孫細胞における照射効果が緩和された。
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.