JAEA-Review-2010-065.pdf:15.99MB - 日本原子力研究開発機構
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3-37<br />
<strong>JAEA</strong>-<strong>Review</strong> <strong>2010</strong>-065<br />
Heavy-ion Irradiation Induces Autophagy in Irradiated<br />
C2C12 Myoblasts and Their Bystander Cells<br />
M. Hino a) , N. Hamada b) , Y. Tajika a) , T. Funayama c) , Y. Morimura a) ,<br />
T. Sakashita c) , Y. Yokota c) , K. Fukamoto d) , Y. Mutou c) , Y. Kobayashi c) and H. Yorifuji a)<br />
a) Department of Anatomy, Graduate School of Medicine, Gunma University,<br />
b) Radiation Safety Research Center, Nuclear Technology Research Laboratory, Central<br />
Research Institute of Electric Power Industry, c) Radiation-Applied Biology Division,<br />
QuBS, <strong>JAEA</strong>, d) Faculty of Textile Science and Technology, Shinshu University<br />
The C2C12 myoblasts were irradiated with 40 Ar (11.2 MeV/u) and 20 Ne (12.8 MeV/u) and the induction of autophagy was<br />
assayed by electron microscopy, immunofluorescence staining using LC-3 antibody and LysoTracker Red staining. These<br />
morphological observations showed that autophagy is induced in the irradiated C2C12 myoblasts. In addition to irradiated<br />
cells, bystander cells were also positive with LysoTracker Red staining. Altogether, these results suggest that heavy<br />
ion-irradiation induces autophagy not only in irradiated myoblasts but also in their bystander cells.<br />
我々はこれまでに骨格筋単離筋線維の重粒子線照射<br />
による構造変化を電子顕微鏡を用い解析を行ってき<br />
た 1, 2) 。その結果照射領域の細胞膜では不規則な突起と<br />
陥凹、基底板の断片化が見られた。また照射領域の細<br />
胞質では筋原線維の配向の乱れ、筋小胞体の内腔の拡<br />
大が見られた。またオートファジー小体が多数観察さ<br />
れた。<br />
オートファジーは真核生物に普遍的な現象で、細胞<br />
質の一部を新たに形成された膜系が取り囲み、隔離し<br />
分解する機構である。オートファジーの基本的な生理<br />
的機能は、栄養飢餓状態で自己の細胞質を分解するこ<br />
とでアミノ酸などの栄養素を産生することとされてい<br />
る。一方で一定の領域の細胞質やミトコンドリア等の<br />
オルガネラをまとめて分解することができる機構であ<br />
ることから飢餓応答以外にも障害をうけた細胞質領域<br />
やオルガネラをバルクに除去することで細胞質のホメ<br />
オスタシスを維持していると考えられている。<br />
今回我々は、重粒子線照射により誘導されるオート<br />
ファジーについてマウス由来の骨格筋芽細胞 C2C12 株<br />
を用いてより詳細な検討を行った。<br />
(1) C2C12 細胞に重粒子線 ( 40 Ar, 11.2 MeV/u; 20 Ne,<br />
12.8 MeV/u)を照射した後 30 分までの各時点で細胞を<br />
固定し透過型電子顕微鏡による観察を行った。その結<br />
果照射細胞においてオートファジー小体が観察された。<br />
(2) LC-3 はオートファジーの初期に隔離膜が細胞質<br />
を隔離する過程に必須の因子である。オートファジー<br />
が活性化した細胞では LC-3 の抗体染色像の増強が見ら<br />
れることからオートファジーの初期過程のマーカーと<br />
して用いられている。そこで C2C12 細胞に重粒子線を<br />
照射後 30 分の時点で固定し、抗 LC-3 抗体を用いて蛍<br />
光抗体染色を行った。重粒子線照射により蛍光強度の<br />
増強が見られた。<br />
(3) オートファジー小体ではリソソームと融合する<br />
ことで内容物の分解が行われるため、成熟したオート<br />
ファジー小体の内側は酸性である。C2C12 細胞を酸性<br />
オルガネラのマーカーである LysoTracker 試薬存在下で<br />
培養し、重粒子線を照射後 30 分の時点で細胞を固定し、<br />
オートファジー小体形成を観察した。重粒子線照射に<br />
より LysoTracker 染色の蛍光強度の増強が見られた。<br />
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以上三点の結果は筋芽細胞 C2C12 において重粒子線<br />
照射がオートファジーを誘導することを示している。<br />
(4)バイスタンダー効果は被ばくした細胞から周辺の<br />
直接は被ばくしなかった細胞へ遠隔的に被ばくの情報<br />
が伝えられる現象である。重粒子線によるオートファ<br />
ジー誘導がバイスタンダー細胞に引き起こされるか検<br />
討した(Fig. 1)。その結果、オートファジーの誘導はバ<br />
イスタンダー細胞にも引き起こされることが明らかに<br />
なった。また、このバイスタンダー効果は周辺の細胞<br />
と物理的に接触していない細胞でも観察されたことか<br />
ら液性因子の関与が示唆される。<br />
近年がんに対する放射線治療においてアポトーシス<br />
と並んでオートファジー性細胞死が注目を集めている。<br />
重粒子線によるオートファジー誘導の解明は重粒子線<br />
治療の効果を高める上でも有意義と考えられる。<br />
Fig. 1 LysoTracker Red staining of irradiated and<br />
bystander cells. Cells were sham-irradiated or<br />
2 Gy-irradiated with or without shielding. Cells were<br />
fixed at 30 min after irradiation. (a) Sham-irradiated<br />
controls. (b) 2 Gy-irradiated cells without shielding.<br />
(c) 2 Gy-irradiated cells in the irradiated area of<br />
partially shielded sample. (d) Non-irradiated<br />
bystander cells in the shielded area of 2 Gy-irradiated<br />
sample.<br />
References<br />
1) M. Hino et al., Cell Struct. Funct. 32 (2007) 51.<br />
2) M. Hino et al., Cell Struct. Funct. 34 (2009) 11.