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論文

日本放射線影響学会第59回大会ワークショップ「計算シミュレーションによる放射線生物研究」開催報告

佐藤 達彦; 浜田 信行*

放射線生物研究, 51(4), p.397 - 401, 2016/12

2016年10月26日$$sim$$28日にかけて広島市で開催された日本放射線影響学会第59回大会において、著者らが座長となり「計算シミュレーションによる放射線生物研究」と題したワークショップを開催した。ワークショップには約50名の参加があり、国内でシミュレーションによる放射線生物研究を実施している研究者6名が講演した。各演題のタイトルは「DNA損傷・飛跡構造解析に関する研究」・「照射・非照射細胞混在環境を模擬した確率的モデルによる細胞応答に関する研究」・「低線量放射線生体影響研究における数理モデルの有用性」・「細胞生存率モデルを用いた粒子線治療に関する研究」・「白内障の自然発症モデルの構築」・「時空間的異質性を考慮した発がん数理モデル解析」で、ミクロからマクロまで幅広い範囲をカバーしている。また、ワークショップでは、各テーマで必要となる入力情報やそこから得られる出力情報を整理することにより、テーマ間の連携可能性について重点的に議論した。本稿では、ワークショップの概要をまとめるとともに、各発表内容を簡単に紹介する。

論文

紫外円二色性スペクトルを用いたタンパク質構造研究

泉 雄大; 山本 悟史*; 藤井 健太郎; 横谷 明徳

放射線生物研究, 51(1), p.91 - 106, 2016/03

放射線などのストレス応答に対する細胞内のタンパク質反応ネットワークの調整機構の解明に大きな威力を発揮すると考えられる円二色性(CD)スペクトル測定の実験、解析方法の解説を行うと共に、われわれがCDスペクトル測定により同定したヒストンタンパク質H2A, H2BのDNA損傷誘起二次構造変化について紹介した。

論文

シングルセルトラッキングによる細胞集団挙動の観測とシステム生物学的解析への展開

横谷 明徳; 神長 輝一

放射線生物研究, 49(4), p.418 - 431, 2014/12

最近、細胞標識技術の発展に伴う顕微鏡下でのライブセルイメージングにより、細胞の様々な活動が比較的容易に動画像(ムービー)として観察できるようになった。これらの実験により得られた動画像データは、個々の細胞に関する豊富な情報を含む。このような細胞機能に関するダイナミクスは、従来の免疫染色による静止画像データや細胞集団全体から生化学的に抽出された生体分子の平均化された値からは得ることができない。私たちは、細胞周期がライブセルでモニターできるHeLa-Fucci細胞を試料とし、タイムラプス法を用いてX線照射後に個々の細胞の細胞周期を追跡した。その結果、細胞集団は細胞周期が変調する群とほとんど影響を受けない群の2つに分かれる可能性が示された。このデータに対してシステム生物学的な解釈を試み、HeLa細胞の細胞周期制御とG2/Mチェックポイントのシグナル伝達系に内在する、"デジタル"的なスイッチ機構の存在を推定した。

論文

ヒト正常細胞のコロニー形成実験から明らかになった新事実

浜田 信行*; 坂下 哲哉; 原 孝光*; 藤通 有希*

放射線生物研究, 49(3), p.318 - 331, 2014/09

コロニー形成法は、半世紀以上にわたり、細胞の放射線感受性評価に最も頻用されている。我々は、ヒト初代正常二倍体線維芽細胞のコロニー形成実験を行い、50個未満の細胞から構成される増殖不全コロニーと50個以上の細胞から構成される生存コロニーの大きさと構成細胞数を解析することで、生存コロニーが巨細胞や多核化細胞などを含む不均一な集団であること、増殖不全コロニーの構成細胞数が遅延的に生じる細胞増殖死の短期的・長期的な変化を反映していることを明らかにするとともに、ヒト初代正常二倍体水晶体上皮細胞のコロニー形成実験から、照射細胞に由来するコロニーが高線量ほど巨大化するという新たな現象を見いだした。本稿では、これらの知見について総説する。

論文

線量の不均一性が細胞生存率に与える影響

佐藤 達彦

放射線生物研究, 48(2), p.137 - 146, 2013/06

臓器や個体レベルのマクロな視点で見れば均一に見える放射線場でも、DNAや細胞核などミクロな視点で見ればその線量は大きくばらついている。このミクロな線量の不均一性が生物学的効果比(RBE)に影響を与えることは約50年も前から指摘されていたが、その不均一性を表す確率密度関数の評価が困難であったため、これまで放射線生物実験解析でその影響が直接的に考慮されることはほとんどなかった。そこでわれわれの研究チームは、ミクロスケールとマクロスケールに対する放射線挙動解析を有機的に統合した新たな計算手法を構築し、その手法とさまざまな数学モデルを組合せることにより、任意の放射線場・ターゲットサイズに対してその線量の確率密度関数を評価可能とした。そして、複数のターゲットサイズに対するミクロ線量の確率密度関数を指標とした新たな細胞生存率計算モデルを確立し、これまで謎とされてきたRBEのイオン種依存性や高LETかつ高線量照射における高い細胞生存率がミクロ線量の不均一性の違いから説明できることを明らかにした。本稿では、線量の不均一性の概念について説明するとともに、その違いが細胞生存率に与える影響について定性的に解説する。

論文

低線量放射線の微視的エネルギー付与分布

渡辺 立子

放射線生物研究, 47(4), p.335 - 346, 2012/12

低線量による放射線影響を原点から理解するためには、線量の分布を微視的に把握することが、その不均一性の点から非常に重要であると考えられる。本稿は、主に微視的な飛跡構造シミュレーションによる$$^{137}$$Cs-$$gamma$$線の低線量域のエネルギー付与分布の計算結果を紹介し、このような飛跡構造を解析して得られる微小領域内での微小なエネルギー付与、いわばミクロな吸収線量を導入することによる低線量の捉え方について概説するものであり、低線量率・低線量放射線影響に関する特集記事の一部として発表される。

論文

文部科学省「健康相談ホットライン」臨時電話相談員を務めて; より良いリスク・コミュニケーションを模索しながら

赤松 憲

放射線生物研究, 46(2), p.87 - 92, 2011/06

今回の東北地方太平洋沖地震(東日本大震災)による原子力災害に伴い、文部科学省に放射線・放射線影響に関する「健康相談ホットライン」が開設された。われわれ原子力機構の職員等も臨時相談員として日本全国からの問い合わせに対応した。今回の惨禍で、原子力や放射能・放射線に対する関心が国内のみならず世界中に広がった。本稿では、著者が受けた相談内容の種類,相談員を務めながら葛藤したことなどを幾つか挙げ、相談者に冷静な判断のもとに行動していただくためにはどのようなリスク・コミュニケーションをとればよいのか、相談員にできることは何かについて考察した。

論文

線虫${it C. elegans}$における運動と学習を指標とした放射線影響解析

坂下 哲哉; 鈴木 芳代

放射線生物研究, 46(1), p.30 - 46, 2011/04

放射線被ばくにより、学習障害など神経系に影響をもたらすことが示唆されている。私たちは、これまで神経系に対する放射線被ばくの影響を明らかにすることを目的として、神経系のモデル生物として知られる線虫を用いて、行動及び化学走性学習を指標として放射線の影響を調べてきた。私たちの研究の背景,方法,成果について、線虫のモデル生物としての利点や他の生物種での放射線影響のレビューを交えてわかりやすく概説する。線虫で見いだされた神経機能への放射線影響メカニズムは、ヒトなど高等生物の脳神経系機能に対する放射線照射の影響の解明に役立つ可能性がある。

論文

日本におけるシステム放射線生物学(SRB)の胎動

坂下 哲哉; 鈴木 芳代; 大内 則幸; 伴 信彦*

放射線生物研究, 45(4), p.379 - 395, 2010/12

近年、放射線防護と放射線影響の分野において、生命現象を「多種多様な構成要素からなる複雑な大規模システム」として捉える「システムバイオロジー(Systems Biology)」を用いて放射線影響の理解を試みる「システム放射線生物学(Systems Radiation Biology)」の研究及びプロジェクトが欧米を中心に進められている。また、日本においてもシステム放射線生物学への関心が高まりつつある。本解説では、システム放射線生物学とはそもそもどのような研究分野であり何を目指しているのか、将来自分たちの研究にどのように役立つものなのか等について、4人の研究者が異なる立場からオムニバス形式にて概説する。

論文

マイクロドジメトリとマクロドジメトリの融合; LETに代わるLineal Energy yをRBEの指標とした新たな生物学的線量計算モデル

佐藤 達彦

放射線生物研究, 45(2), p.149 - 159, 2010/06

DNA損傷率や細胞致死率の測定など、放射線生物学で得られた知見を被ばく線量評価に反映させるためには、DNAや細胞など微視的な領域を対象としたマイクロドジメトリと、人体など巨視的な領域を対象としたマクロドジメトリの知見を融合する必要がある。そこで、本稿では、マイクロドジメトリとマクロドジメトリ、それぞれの分野でRBEの指標として利用されるLineal Energy yとLETのコンセプトの違いを説明し、両分野の知見を融合した例として、筆者らが構築した、LETではなくyを指標とした新たな生物学的線量計算手法について解説する。

論文

「Heavy Ions in Therapy and Space Symposium 2009」印象記

佐藤 達彦

放射線生物研究, 44(3), p.365 - 369, 2009/09

平成21年7月6日から10日にドイツ・ケルンで行われた「Heavy Ions in Therapy and Space Symposium 2009」に参加した。この会議は、「The 5th International Workshop on Space Radiation Research」や「The 12th Workshop on Ion Beam in Biology and Medicine」など、これまで独立して開催されてきた4つの会議が合同で行われ、重イオンの放射線影響に関する総合的な研究発表を行う初めての国際会議である。会議では、基調講演を含む153件の口頭発表と63件のポスター発表があり、約280名が参加した。筆者は、「Therapy」と「Space」それぞれに関連するテーマについて2件の口頭発表を行った。本報告では、本シンポジウムに関する筆者の印象を記す。

論文

重イオンマイクロビームを用いた生物学研究

小林 泰彦; 舟山 知夫; 浜田 信行*; 坂下 哲哉; 横田 裕一郎; 深本 花菜; 鈴木 芳代; 田口 光正

放射線生物研究, 43(2), p.150 - 169, 2008/06

イオンビームをマイクロビーム化して体外から生物組織中の特定の組織,器官,細胞を狙って照射し、局部的に殺滅あるいは不活性化することが可能である。このようなラジオマイクロサージャリ技術は、特定の組織や器官を外科手術的に摘出する代わりに局部照射によって生体に引き起こされる影響を解析する、新しい生体機能解析法として利用できる。さらに、マイクロビームを用いて任意の標的に対して任意の個数の粒子(線量)を照射することによって、従来のランダムな照射方法で余儀なくされていた「平均値としての照射効果」の解析から脱却し、個々の細胞に対する真の放射線生物学的効果を追求することが可能となる。原子力機構・高崎量子応用研究所のイオン照射研究施設(TIARA)の重イオンマイクロビーム細胞照射装置の概要と、本装置を用いて得られた研究成果を中心に、世界の重イオンマイクロビーム装置についてもあわせて紹介する。

論文

高等植物の放射線耐性メカニズム; タバコBY-2培養細胞におけるDNA損傷とその修復から見えてくること

横田 裕一郎; 井上 雅好; 鳴海 一成; 舟山 知夫; 小林 泰彦; 田中 淳

放射線生物研究, 42(4), p.402 - 415, 2007/12

双子葉植物など高等植物の多くは放射線に耐性で、個体レベルでは哺乳動物より百倍から数百倍も放射線に強いことが知られてきたが、その放射線耐性メカニズムの詳細については、ほとんど何もわかっていなかった。われわれは、タバコのBY-2培養細胞株をモデル植物細胞として放射線影響研究を進めることで、これまでに、タバコ細胞が哺乳動物細胞と比べて10倍程度も放射線耐性であること、タバコ細胞では正確な修復が困難なDNA2本鎖切断が生じにくい一方で、たくさんのDNA2本鎖切断に耐えうることを明らかにしてきた。また、最近の実験データから、タバコ細胞のDNA2本鎖切断修復能力は哺乳動物細胞とあまり変わらず、むしろ、放射線照射後に細胞内に生じる染色体異常に寛容であることがわかってきた。本総説では、これらの実験データを総合して解釈することにより、植物の放射線耐性メカニズムについての考察を進めた。

論文

クラスターDNA損傷の生物効果

鹿園 直哉; 漆原 あゆみ; 藤井 健太郎; 横谷 明徳

放射線生物研究, 41(4), p.409 - 423, 2006/12

クラスターDNA損傷は、1$$sim$$2ヘリカルターン(10-20bp)内に2個以上の損傷を生じたものとして定義され、二本鎖切断型と非二本鎖切断型に大別できる。電離放射線によって生じる二本鎖切断は、細胞死や染色体異常といった生物学的なendpointに深く関連し生物学的に重要な損傷と考えられてきた。そのため、二本鎖切断の生成効率,修復効率さらには修復過程やシグナル伝達に至るまで、これまでに膨大な研究の蓄積がある。一方、非二本鎖切断型クラスターDNA損傷も生物効果が高いと考えられていたにもかかわらず、その検出が難しいことから研究がなかなか進まなかった。しかしながら、検出法の進展に伴い、近年研究が活発に行われてきている。本稿では、非二本鎖切断型のクラスターDNA損傷が、(1)放射線によってどのくらい生成され、(2)どのようにプロセシングされるのか、(3)生物効果に関連するのか、という点に焦点を当てて研究の現状をまとめた。

論文

放射線によるクラスターDNA損傷の生成機構

横谷 明徳; 鹿園 直哉; 漆原 あゆみ; 藤井 健太郎; 赤松 憲; 渡邊 立子

放射線生物研究, 40(2), p.168 - 184, 2005/06

放射線によるDNAへの作用と活性酸素(ROS)などの内因性ラジカルによる作用が大きく異なる点は、後者がラジカルの熱的拡散によるランダムヒット事象であるのに対し、前者は放射線の飛跡構造(トラック)に大きく依存することである。このような放射線による直接ヒットによるDNA損傷は、放射線のトラックに沿った微小領域に生じた複数の励起やイオン化を起点とする、いわゆるクラスター化して生じたDNA損傷を引き起こすと考えられるが、その化学構造を含めた実体及びこれに対する細胞中での修復作用機序については未だほとんど解明されていない。本稿では、クラスターDNA損傷研究の最近の動向とわれわれのグループが最近行っている実験の試みを紹介し、クラスターDNA損傷の生成機構と生体内での役割について考察する。

論文

原研・高崎研・生物照射用マイクロビーム装置の現状

舟山 知夫; 小林 泰彦

放射線生物研究, 37(3), p.334 - 347, 2002/09

マイクロビーム装置は、微小なサイズの放射線プローブを利用して、照射対象の一部分に放射線を照射し、それによるエネルギー付与を利用して、対象試料の解析や微細加工をおこなうためのツールである。生物試料に対するマイクロビーム技術の応用は、マイクロPIXEや、ラジオマイクロサージャリー、そして、放射線生物効果の解析等に利用されてきている。原研高崎では、重イオンマイクロビーム装置製作と、それをもちいた生物応用技術の開発をこれまでおこなってきた。しかし、この装置をもちいたこれまでの生物試料照射は、主にラジオサージャリー技術が中心であり、放射線生物研究ツールとしては利用されてこなかった。これは、高LET・高エネルギーのイオンビームを利用することに伴う、いくつかのビーム技術的制約及び単一細胞の自動認識・標的システムの開発上の制約によるものであった。原研高崎の重イオンマイクロビーム装置でも、培養細胞照射実験系が確立し、放射線生物研究ツールとして活用ができるようになった。この原研高崎の生物照射用マイクロビーム装置の概要と、培養細胞照射の実際の過程について概説する。

論文

マイクロビームによる細胞局部照射の試み; 紫外線から重粒子線まで

小林 泰彦

放射線生物研究, 37(1), p.67 - 84, 2002/03

マイクロビームによる局部照射は、放射線の生物作用研究のための新しいツールとして極めて有望である。原研・高崎研では、銀河宇宙線のような極低フルエンス高LET重粒子線の生物影響の解明、特にトラック構造の局所的エネルギー付与分布による影響をダイレクトに解析することを目指して、サイクロトロンから得られる比較的高エネルギーの重イオンを用いたマイクロビーム細胞照射実験系の開発に取り組んでおり、最近、ArイオンやNeイオンによるCHO-K1細胞の核への照射実験を開始した。マイクロビームによる細胞局部照射実験について、過去の数々の試みの歴史を紹介するとともに、特に粒子線マイクロビームを用いた最新の研究状況について述べる。

論文

デイノコッカス・ラジオデュランスの放射線超耐性の仕組み

鳴海 一成; 菊地 正博; 舟山 知夫; 佐藤 勝也

放射線生物研究, 34(4), p.401 - 418, 1999/00

生物は常にDNA損傷を被る環境に曝されており、生命の維持はDNA損傷をどれだけ効率よく正確に修復できるかに懸かっている。したがって、生物のDNA修復能力の限界を見極めることは、巧妙な生命現象へのわれわれのより深い理解にとって大切なことであるのみならず、生命維持機能を増強する方法の開発に方向性を与えることにも繋がる。今までともすれば奇異な目で見られることもあった放射線抵抗性細菌デイノコッカス・ラジオデュランスを、ほかの生物と同様に放射線生物研究の対象として扱い、ほかの生物とどこが同じでどこが違うのかを明らかにして、その極めて高いDNA修復能力を分子レベルで解明する研究が、最近になって急速に進展しつつある。本稿では、デイノコッカス・ラジオデュランスの特徴的側面、及びわれわれの研究室で得られた最新のデータをまじえ、DNA修復遺伝子群の解析に関する最近の進展状況について述べる。

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