原子力システム研究開発事業及び原子力基礎基盤戦略研究イニシアティブ　成果報告会資料集

放射線発がんと突然変異誘発の総括的解明

１．研究開発の背景とねらい

　放射線による最も重要な生物影響の一つは発がんである。広島、長崎の原爆被ばく者で誘発された固形がん、およびこれまでの放射線誘発がんに検出される遺伝子変異では、点突然変異が多数検出されている。また、放射線発がんでは、化学発がんでみられる特徴的な突然変異パターンは検出されず、自然突然変異と同じパターンを示すが、放射線による直接的なヒットが点突然変異を誘発するかについては未だ不明である(1)。点突然変異がいつ、どのようなメカニズムで誘導され、がん化に関与しているのかを明らかにする事で、放射線発がんの機構が解明されるものと考えられる。
　近年の研究から、点突然変異の誘発には「損傷乗り越えDNA合成」といわれる修復機構が深く関与していることが明らかにされてきた。実際、損傷乗り越えDNA合成機構の異常により、誘発突然変異頻度が上昇し、発がんが促進される事が報告されている。我々は、「損傷乗り越えDNA合成」の中心的役割を果たしているヒト、マウスREV1を世界で初めてクローニングすることに成功しており、また、REV1を過剰発現するマウスの樹立も行っている(2-7)。
　これらの背景から、点突然変異誘発機構に注目し、マウスを用いた個体レベルでの解析を行い、得られた知見を生化学、分子生物学的手法を用いて、ヒトにもあてはまるか検証をする。一方で、ヒトREV1を中心とした生化学、分子生物学的解析結果をマウスモデルで検証することにより、連携統合した視野から放射線発がんの解明を行い、従来の知見に新規機構を提唱する。

２．研究開発成果

　マウスを用いた個体研究から、がん化過程は、各組織において多岐にわたると考えらえるが、REV1過剰発現が細胞に及ぼす機能が、発がん過程に影響を及ぼすことが明らかにされた。ヒト培養細胞を用いた分子生物学的研究からは、マウスのみならずヒトにおいても、REV1の発現量が「損傷乗り越えDNA合成」の制御を介して、放射線による細胞死と突然変異誘発とのバランスに影響することが明らかにされた。また、生化学解析からは、細胞内で損傷が起きたときにおこるDNA複製の停止と、それに引き続いて起こる「損傷乗り越えDNA合成」反応を試験管内で再構成する系を開発することに成功した。損傷部位における伸長反応は、複製型ポリメラーゼと「損傷乗り越えDNA合成」を担うREV1それぞれの量的バランスにより制御されていることを明らかにした。
　以上より、生化学的解析、細胞生物学的解析、個体レベルで実験を行い、統合した解析を行った結果、REV1の発現量に伴う「損傷乗り越えDNA合成」反応機構の制御が、細胞の生存や、突然変異誘発のバランスに影響を与え、これが放射線発がん過程に寄与することが示唆された。これは「損傷乗り越えDNA合成」機構を介した点突然変異誘発機構が放射線発がんに影響を及ぼすことを初めて明らかにした世界に類をみない研究といえる。

　REV1が中心的役割を担う「損傷乗り越えDNA合成」は、様々なDNA損傷に対応し、その恒常性を維持する複雑な生体応答システムの１つである。この破綻が、放射線発がん過程においても深く関与する可能性が示唆された。

３．今後の展望

　これまで放射線損傷に関与する遺伝子や、がん抑制遺伝子に着目した放射線発がん機構の解析は行われてきたが、放射線発がんにおける点突然変異誘発機構の関与に注目した試みは極めて独創的であり、先端的研究といえる。
　発がん研究に個体レベルの解析は欠かせないが、その直接的な因果関係を解析し分子メカニズムを明らかにすることは難しく、得られた成果がヒトにまで外挿できるかといった事が問題点となる。これらを解決するために、細胞生物学的手法、生化学的手法を取り入れ、連携統合した視野から放射線発がんの解明にむけて研究を遂行した。
　本研究の結果、REV1の発現量に伴う「損傷乗り越えDNA合成」反応機構の制御が、細胞の生存や、突然変異誘発のバランスに影響を与え、これが、放射線発がん過程に寄与することが示唆された。これは損傷乗り越えDNA合成機構を介した点突然変異誘発機構が放射線発がんに影響を及ぼすことを初めて明らかにした世界に類をみない研究といえ、がん研究分野において先駆的貢献ができたといえる。
　また、「損傷乗り越えDNA合成」機構の制御異常が放射線発がんに及ぼすメカニズムを詳細に解析することにより得られる研究成果は、将来的に、これまで検証されていない放射線防護上、最も重要な低線量放射線リスク評価に役立つことが期待される。

４．参考文献

(1) Takeshima et al., Lancet, 342, 1993
(2) Masuda et al., JBC, 276, 2001
(3) Masuda et al., JBC, 277, 2002
(4) Masuda et al. FEBS, 520, 2002
(5) Masuda et al. JBC, 278, 2003
(6) Guo et al. EMBO, 22, 2003
(7) Masuda et al., JBC, 281, 2006