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【研究成果】放射線の感受性を細胞内でコントロールする分子を発見 - 放射線治療効果を高め、障害から守る方法の開発へ -

本研究成果のポイント

  • 低酸素などのストレス環境下にある細胞の中ではDNAの傷を見つけて治したり、治せない時はその細胞を排除したりする働きに関わる一連の遺伝子群の発現量が減ることを発見しました。
  • DECという様々なストレスにより活性化するタンパク分子が、それら一連の遺伝子群の量の調節を行なっていることを明らかにしました。
  • DECの働きを調節すると、DNAに傷をつける放射線などの効果を調節することが可能なことから、放射線治療法や放射線防護法への応用が期待されます。

概要

広島大学原爆放射線医科学研究所の谷本圭司研究所内講師、廣橋伸之教授、大学共同利用機関法人 情報・システム研究機構 データサイエンス共同利用基盤施設 ライフサイエンス統合データベースセンターの坊農秀雅特任准教授らの研究グループは、ヒト細胞を用いた網羅的な遺伝子解析(※1)から、低酸素環境下(※2)にある細胞では、DNAの傷を見つけて治したり、治せない時はその細胞を排除したりする働きに関わる一連の遺伝子群(DNA損傷応答関連遺伝子群)の遺伝子発現量(※3)が抑制されていることを発見しました。

また、公共遺伝子発現データベースの集合知解析(※4)により、その反応が、多くの種類の細胞で共通する一般的な反応であることを見出しました。さらに、DNA損傷応答関連遺伝子群の発現量抑制について、DEC(※5)というストレス応答、概日リズム(※6)、細胞分化などに関わる転写調節因子(※7)が重要な役割を果たしていることを証明しました。そして、DECの量を人工的に調節すると、DNAに傷をつける放射線やある種の抗がん剤に対する細胞応答が変化することを確認しました。

研究グループでは、今回の研究成果をもとに、DECの機能を調節する薬剤開発研究を開始しており、将来的な放射線治療法や放射線防護法への応用が期待されます。

本研究成果は、米国のオンライン科学誌「PLOS ONE」に掲載されました。

【用語解説】
(※1)網羅的な遺伝子解析
ある生物の持つ遺伝情報全体を対象として、遺伝情報の書き込まれたDNA(デオキシリボ核酸)やDNAの一部の遺伝情報が読み出されたRNA(リボ核酸)の量的または質的解析のこと。マイクロアレイ解析や次世代シークエンス解析などがあります。

(※2)低酸素環境
酸素濃度が少ない環境のこと。通常の大気中の酸素濃度はおよそ21%ですが、高い山などに登ると高度が増すごとにその酸素濃度は減ります。また、生体内の酸素濃度は平均5-7%程度といわれ、比較的低酸素であると考えられています。

(※3)遺伝子発現量
DNAの一部の遺伝情報が読み出された(転写された)RNAの量のこと。DNA上に存在する遺伝子(遺伝情報)は、読み出されてRNAとなり、RNAは翻訳されてタンパク質になって実際に働きますが、そのタンパク質の量的な調節にRNA量(遺伝子発現量)は重要な役割をはたします。

(※4)集合知解析
数多くの研究から生み出され蓄積された膨大な情報の寄せ集め集計のこと。

(※5)DEC
Differentiated Embryo Chondrocyteの略号で、低酸素などのストレス応答、概日リズム、細胞分化などに関わる転写調節因子のこと。本研究ではDEC1(別名Basic helix-loop-helix E40, BHLHE40)、DEC2(別名Basic helix-loop-helix E41, BHLHE41)の関与が明らかになった

(※6)概日リズム
一般的には体内時計と表現される、およそ24時間周期で変動する生理現象のこと。

(※7)転写調節因子
遺伝子の読み出し量を調節するタンパク質のこと。

まとめの概念図
がん、循環器や呼吸器の疾患、糖尿病、炎症など、低酸素を引き起こす疾患を有する細胞では、DECという転写調節因子が活性化し、多くのDNA損傷応答に関連する遺伝子の発現量が低下しています。そのような状況では、放射線や抗がん剤などによりDNAに傷(DNA損傷)がついても、認識して修復または細胞を排除する機構が全体的に抑制され、放射線に対する細胞応答が変化することが示されました。これらの結果を、ヒトやマウス個体を用いて検証し、放射線感受性の個体差(個人差)の評価因子となりうるか確認します。また、低酸素信号またはDEC機能(量的、質的)を制御する化合物、薬剤のスクリーニングを行い、放射線治療の増感剤や放射線防護剤の開発へ応用展開します。

論文情報

  • 掲載雑誌: PLOS ONE
  • 論文題目: Differentiated Embryo Chondrocyte plays a crucial role in DNA damage response via transcriptional regulation under hypoxic conditions
  • 著者: Hideaki Nakamura、Hidemasa Bono、Keiko Hiyama、Takeshi Kawamoto、Yukio Kato、Takeshi Nakanishi、Masahiko Nishiyama、Eiso Hiyama、Nobuyuki Hirohashi、Eisaburo Sueoka、Lorenz Poellinger、Keiji Tanimoto *
    * Corresponding author(責任著者)
  • DOI番号: 10.1371/journal.pone.0192136
【お問い合わせ先】
広島大学原爆放射線医科学研究所
研究所内講師 谷本 圭司

TEL: 082-257-5841
E-mail:ktanimo*hiroshima-u.ac.jp(*は半角@に置き換えてください) 


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