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放射線障害研究グループ
Normal Human Keratinocyte

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■ 研究紹介 ■

1. 個体レベルの解析

モデル生物を用いた放射線による皮膚障害に関する研究

モデル生物としてマウスを用いて、個体レベルでの放射線による皮膚への影響を解析しています。解析例として、下図にマウス個体の皮膚における放射線照射後の皮膚障害関連遺伝子の発現変動をご紹介致します。また、トランスジェニックマウスやノックアウトマウスを用いて、これら遺伝子の機能解析を行っています。

2. 組織レベルの解析

ヒト皮膚組織を用いた放射線皮膚障害の研究

放射線による皮膚組織への影響を理解することは、放射線の人体への影響を理解する上で重要です。ヒトガンの90 %以上は上皮細胞由来です。また、ウラン加工工場臨界事故では皮膚障害の重要性が再認識されました。しかし、ヒト皮膚への放射線照射実験を行うことは倫理的に不可能なことから、ヒト皮膚代替モデルが必要です。そこで、現在は放射線皮膚障害に関する研究に適するか否か、分子病理学的な解析を行うために、再生医学の技術を利用して、ヒト皮膚再構成モデルの作製を行っています。さらに、放射線皮膚障害の遺伝子治療モデル系の確立を目指して研究を進めています。

3. 細胞レベルの解析

ヒト皮膚培養細胞を用いた放射線による皮膚障害関連遺伝子の探索

皮膚で高線量被ばく時特異的な発現パターンを示す遺伝子を単離し、その機能を解析するために、ヒト皮膚細胞として、表皮角化細胞(ケラチノサイト)や線維芽細胞を用いて被ばく量と皮膚幹細胞の障害に関する研究を行うとともに、DNAチップ法による遺伝子のスクリーニングを行ない、現在は、皮膚障害関連候補遺伝子について詳細な解析を行っています。

4. 分子レベルの解析

ヒト皮膚における放射線感受性遺伝子の機能とその制御機構

図1 電離放射線によるDNAの損傷とその修復
電離放射線はDNAに二重鎖の切断を誘発する。哺乳動物細胞はその損傷を非相同末端統合機構で修理する。細胞はその損傷が一つでも残ると生きていけない。また、不完全な修復は発がんや免疫不全の原因となる。

図2 Ku70とKu80の複合体形成と細胞内局在
Ku70とKu80蛋白質は電離放射線に隠された時や細胞分裂周期(G1期/S期/G2期/M期)の進行にともなってダイナミックに細胞内で局在を変える。そのための移動は、蛋白質に記された荷札(NLS)を読みとり輸送を担当する蛋白質や一緒に働く蛋白質達によって、時間・空間的に巧妙に調節されていた。緑色蛍光:Ku80、橙色:DNA

電離放射線による皮膚細胞への障害を防御する機構を分子レベルで解明するために、DNA二重鎖切断修復機構で働くタンパク質に注目して解析を行っています。電離放射線によるDNA損傷の一つであるDNA二重鎖の切断は、この傷が修復されずに残ると細胞は生きていけません。また、元通りに修復されなければ損傷部位によっては発がんや免疫不全症の原因となります。哺乳類の細胞におけるこの損傷の主要な修復機構は非相同末端結合機構であるとされています。この機構で働く遺伝子のKuが遺伝子組換えにより機能しないマウスは、がんを発症します。そのマウスに由来する細胞は電離放射線に高感受性なだけではなく、細胞培養を行うだけで高率に染色体異常が起こり、分裂寿命が短くなることが実験で証明されています。生物が電離放射線によるDNA損傷を修復するためには、「放射線感受性遺伝子産物(蛋白質)の中で修復にあたる蛋白質が細胞内のDNA損傷部位に時間・空間的に正確に移動・局在して他の蛋白質と複合体を形成する」ことが必要です。従って、この機構で働くヒトの蛋白質の複合体形成や細胞内局在を制御する機構について解析を進めています。一連の研究から、Ku70とKu80の複合体形成のメカニズムや細胞内を移動・局在するメカニズムの一端を明らかにしてきています。

また、放射線障害に関する基盤的研究として、DNA損傷修復遺伝子に変異を持つ細胞株を樹立して、放射線感受性に関与するタンパク質機能領域を探索しています。

■ 発表論文 ■

発表論文:(1996-2003)

Koike M and Koike A. Establishment and Characterization of Cell Lines Stabely Expressing Human Ku80 Tagged with Enhanced Green Fluorescent Protein. J. Radiat. Res. in press.

Koike M, Shiomi T, Koike A. Dimerization and nuclear localization of Ku proteins. J. Biol. Chem., 276,11167-11173, 2001.

Koike M, Kuroiwa A, Koike A, Shiomi T, Matsuda Y. Expression and chromosome mapping of hamster Ku70 and Ku80. Cytogenetics and Cell Genetics.,93,52-56,2001.

Koike M, Shiomi T. Koike A. Ku70 can translocate to the nucleus independent of the translocation and DNA-PK autophosphorylation. Biochem. Biophys. Res. Commun.,276,1105-1111, 2000.

Koike M, Ikuta T, Miyasaka T, Shiomi T.Ku80 can translocate to the nucleus independent of the translocation of Ku70 using its own nuclear localization signal. Oncogene,18, 7495-7505, 1999.

Koike M, Awaji T, Kataoka M, Tsujimoto G, Kartasova T, Koike A, Shiomi T. Differential subcellular localization of DNA-dependent protein kinase components Ku and DNA-PKcs during mitosis. J. Cell. Sci., 112, 4031-4039, 1999.

Koike M, Ikuta T, Miyasaka T, Shiomi T. The nuclear localization signal of the human Ku70 is a variant bipartite type recognized by the two components of nuclear pore-targeting complex. Exp. Cell Res., 250, 401-413, 1999.

Suzuki T, Kurosaki T, Shimada K, Kansaku N, Kuhnlein U, Zadworny D, Agata K, Hashimoto A, Koide M, Koike M, Takata M, Kuroiwa A, Minai S, Namikawa T, Matsuda Y. Cytogenetic mapping of 31 functional genes on chicken chromosomes by direct R-banding FISH. Cytogenetics and Cell Genetics. 87, 32-40, 1999.

Harada YN, Shiomi N, Koike M, Ikawa M, Okabe M, Hirota S, Kitamura Y, Kitagawa M, Matsunaga T, Nikaido O, Shiomi T. Postnatal growth failure, short life span, and early onset of cellular senescence and subsequent immortalization in mice lacking the xeroderma pigmentosum group G gene. Mol. Cell. Biol., 19, 2366-2372, 1999.

Koike M, Miyasaka T, Mimori T, Shiomi T. Subcellular localization and protein-protein interaction regions of Ku proteins. Biochem. Biophys. Res. Commun., 252, 679-685, 1998.

Koike M, Matsuda Y, Mimori T, Harada Y, Shiomi T. Chromosomal localization of the mouse and rat DNA double-strand break repair genes Ku p70 and Ku p80/XRCC5 and their mRNA expression in various mouse tissues. Genomics, 38, 38-44, 1996.

著書や総説等:(1998-2003)

Koike M and Koike A. Subcellular localization and molecular mechanisms of nuclear transport of multifunctional Ku70 and Ku80 proteins. Recent Reserch Development in Biophysics and Biochemistry, 3, 141-158, 2003. (Review)

Koike M. Dimerization,Translocation and Localization of Ku70 and Ku80 Proteins. J. Radiat. Res., 43, 223-236, 2002.(Review)

小池 学 : DNA修復:関連タンパク(2) 生体の科学 51巻5号, pp.363-366, 2000.

小池 学 : 細胞増殖の測定."分子細胞生物学研究のための新培養細胞実験法" 実験医学 別冊バイオマニュアルupシリーズ、(黒木登志夫ら編), pp113-123, 1999.

小池 学、小池亜紀、清松芳正 : レーザスキャニングサイトメトリーによる細胞周期の解析. 月刊 細胞、31; pp33-37, 1999.

Harada YN, Shiomi N, Ikawa M, Okabe M, Hirota S, Kitamura Y, Matsunaga T, Koike M, Shiomi T. Characterization of xpg-deficient Mice. Biodefence mechanisms against environmental stress / edited by T. Ozawa et al., Springer-Verlag, 175-179, 1998.

その他の研究活動及び成果:

1. 上記の研究について、15年度には、日本細胞生物学会、日本放射線影響学会、日本組織培養学会、日本分子生物学会、米国癌学会等で学会発表を行った。また、理研シンポジウムや横浜市立大学木原研セミナー等で講演を行った。
   
   
2. 上記の研究で、本研究チームのメンバーが、
   「日本組織培養学会・奨励賞」
   「日本放射線影響学会・奨励賞」
   「日本放射線影響学会・寺島記念論文賞」を受賞した。
   また、「日本放射線影響協会より研究奨励金」を授与された。
   
   
3. 上記の研究の一部は、文部科学省科学研究費、科学技術庁科学技術振興調整費や「ライフサイエンス財団」等の民間財団からの研究費により行われた。

■ メンバー ■

■ ギャラリー ■

研究室風景の一部をご紹介いたします。

再生皮膚関連  /  分子細胞生物学関連  /  その他

■ バックグランド(ヒト皮膚の構造) ■

■ 連絡先 ■

下記の事に関してはtig@nirs.go.jp(ホームページ担当者N)まで御連絡下さい。

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