7.3.2 低線量率γ線連続照射マウスに生じた白血病のゲノム異常と細胞分化段階の線量率による違い
Dose-Rate Dependent Differences in Genomic Alterations and Cell Differentiation Stagesof Murine Leukemias Induced by Continuous Low-Dose-Rate Gamma-Ray Irradiation
廣内 篤久, 田中 聡, 田中 イグナシア III ブラガ, 一戸 一晃, 田中 公夫，小木曽 洋一
生物影響研究部

Tokuhisa HIROUCHI, Satoshi TANAKA, Braga Ignacia-TANAKA, Kazuaki ICHINOHE,
Kimio TANAKA, Yoichi OGHISO
Department of Radiobiology
Abstract
Continuous γ-ray irradiation at low-dose-rate (LDR) of 20 mGy/22h/day for 400 days highly induced
leukemias in mice.

However, little is known about the mechanism for development of leukemias inducedby LDR-irradiation.

In this study, relationships between regional chromosomal copy number aberrations

and cell differentiation stages were analyzed in leukemias induced by γ-ray irradiation at three different doserates.

C3H/He Nrs mice were irradiated at LDR (total dose of 8 Gy at 20 mGy/22h/day),medium-dose-rate (MDR: total dose of 4 Gy at 400 mGy/22h/day) and high-dose-rate (HDR: total dose of 3
Gy at 1.0 Gy/min).

All leukemias were classified into two groups (one with partial hemizygous deletion onchromosome 2 and the other without any deletion) according to array CGH results.

The majority ofleukemias from non-irradiated mice (non-irradiated leukemias) and LDR radiation-induced leukemias (LDRleukemias) had no deletions around the qE3 region of chromosome 2 and 30% of MDR radiation-inducedleukemias (MDR leukemias) and all of HDR radiation-induced leukemias (HDR leukemias) had partial
hemizygous deletion on chromosome 2.

Differentiation stages of leukemic cells in the bone marrow andspleen cells analyzed by flowcytometry were highly coincident with presence or absence of chromosome 2.
Increase of the common lymphoid progenitor-like cell population was frequently found in leukemias without
deletion of chromosome 2.

In contrast, leukemias with hemizygous deletion of chromosome 2 showed

expansion of the common myeloid progenitor-like cell population.

Furthermore, transplantation of 100

leukemic cells isolated from each of 7 cell differentiation stages into a syngeneic mouse revealed thatleukemic stem cells of leukemias without chromosome 2 deletions were involved in common lymphoidprogenitor cells, showing CD45R/B220pos and Gr-1pos phenotypes, while those of leukemias with partial
hemizygous deletion on chromosome 2 were involved in hematopoietic stem cells or common myeloid
progenitor-like cells.

These findings indicate a possibility that γ-ray irradiation at different dose rates

might induce leukemic stem cells with different origins and differentiation stages.
1. 目的発生すると考えられている。高線量率放射線によっ

高線量率放射線は、ヒトやマウスの細胞のゲノムて誘発される DNA 二重鎖切断は、DNA 鎖修復時のDNA に突然変異を誘発し、白血病等の様々な腫瘍がエラー等により欠失や転座等の染色体異常を生じる。

これらの DNA 損傷を持った造血細胞は、自己複製さらに、白血病細胞が転移している可能性のある心能力や細胞分化の異常、さらに、異常な細胞増殖の臓、肺、肝臓、腎臓をホルマリン固定後、組織標本結果、白血病に特有の貧血や末梢白血球数増加等をを作製して顕微鏡下で病理組織学的検索を行った。

引き起こすと考えられている。高線量率放射線誘発
マウス急性骨髄性白血病の約 90%の症例では、脾臓

3. 成果の概要

や骨髄の白血病細胞に 2 番染色体の片側で約 30Mb

低線量率（20 mGy/day）照射群では白血病の発生の大きな欠失が観察され（Hayata et al. 1979）、この頻度や発生日数において非照射群と比べて有意な違領域に含まれる PU.1 遺伝子の機能の失活によっていは認められなかったが、中線量率（400 mGy/day）白血病が引き起こされると考えられている（Cook et

照射群では発生頻度に差がなかったが、照射開始日al. 2004, Jawad et al. 2006）。高線量率放射線と比べ、から白血病を発症するまでの日数は有意に短くなっ低線量率放射線照射では単位時間あたりに光子が通ていた（Fig. 1）。低線量率（20 mGy/day）照射群、過する細胞数が極端に少ないために染色体異常等、中線量率（400 mGy/day）照射群の白血病細胞と、非ゲノムや DNA の変化はわずかしか検出されないと照射群、高線量率（0.9 Gy/min）照射群の白血病細考えられる。しかし、20 mGy/22h/day の低線量率γ胞のゲノム異常をアレイ CGH 法で比較したところ、線を約 400 日間連続照射したマウスでは、非照射群中線量率照射群では高線量率放射線誘発白血病の特に比べ、雌雄共に腫瘍死による 100 日程度の有意な徴である PU.1 遺伝子欠損を含む片側 2 番染色体の寿命短縮が認められるとともに（Tanaka et al. 2003）、欠失をもつ白血病が高線量率よりは低いが、約 62%

雄において有意に白血病発症頻度が増加していたの頻度で観察されたのに対し、低線量率照射群では（非照射群で 1.4%に対し、20 mGy/22h/day 照射群

非照射群と同様に PU.1 遺伝子周辺の 2 番染色体ので 4.8%に上昇） (Tanaka et al. 2007）。本調査では、異常は大部分の個体で観察されなかった（低線量率白血病細胞のゲノム異常と細胞分化段階に着目して、照射群では 30%、非照射群では 12%: Fig. 2）。さら

低・中線量率γ線誘発白血病と高線量率γ線誘発白に、CD 抗体を用いて細胞分化段階の解析を行った血病を比較することで、低線量率γ線による白血病ところ、高線量率照射群、中線量率照射群において発症機構の特徴を明らかにすることを目的とする。

高頻度に認められた 2 番染色体の片側に欠失を持つ白血病細胞は、赤血球やマクロファージ等の起源で2. 方法ある骨髄球系共通前駆細胞の割合が増加していたの高線量率放射線誘発白血病の好発系であるに対し、2 番染色体欠失を持たない非照射群と低線C3H/He Nrs 雌雄マウスに、低線量率（20 mGy/22量率照射群の白血病細胞では T リンパ球や B リンパh/day; 以下 20 mGy/day と記す）γ線を約 400 日間連球の起源であるリンパ球系共通前駆細胞の割合が増続照射（集積線量 8 Gy）、あるいは中線量率（400加していた。これらの結果から、低線量率（20mGy/22 h/day; 以下 400 mGy/day と記す）γ線を 10mGy/day）と中線量率（400 mGy/day）γ線連続照射

日間連続照射（集積線量 4 Gy）した。また比較のたにより発生した白血病のゲノム異常と細胞分化段階めに、C3H/He Nrs 雄マウスに高線量率（0.9 Gy/min）は異なり、前者は自然発生白血病に類似し、後者はγ線を約 3 分間照射
（集積線量 3 Gy）
した。
照射後、高線量率放射線誘発白血病と共通の特徴を持ってい各実験群で白血病を発生したマウスの脾臓と大腿骨ることが示された。また、今回の結果は線量率の違から白血病細胞を採取してアレイ CGH 法によっていにより白血病細胞の起源となる細胞の分化段階がゲノム異常を検出し、また、CD 抗体で特異的細胞異なる可能性を示しており、今後、放射線誘発白血表面抗原を標識し細胞分化段階を FACS にて解析し病の詳細な発生機構を調べるための有益な情報になた。末梢血のスメア標本をメイ・グリュンワルド・ると思われる。

ギムザ染色し、顕微鏡下で白血病の診断を行った。

引用文献

Tanaka. I.B. 3rd et al. (2007) Radiat Res. 167,

Cook, W.D. et al. (2004) Blood. 104, 3437-3444.
Hayata, I. et al. (1979) J Natl Cancer Inst. 63, 843-848.

417-437.
Tanaka, S. et al. (2003) Radiat Res. 160, 376-379.

Jawad, M. et al. (2006) Int J Radiat Biol. 82, 383-391.

Fig. 1

Fig. 2Comparison of days until onset of leukemias after transplantation of leukemia cells

Chromosomal aberrations among four leukemia groups (Non-irradiated, LDR, MDR andHDR leukemias).

Red and green regions on each chromosome showed regions with gain

and loss, respectively.

Blue dotted lines indicate the region of mapping of the PU.1 locus.