JAEA-Review
2020-045
DOI:10.11484/jaea-review-2020-045

幹細胞動態により放射線発がんを特徴付ける
新たな評価系の構築（委託研究）－令和元年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業－

Establishing a New Evaluation System to Characterize Radiation Carcinogenesis
by Stem Cell Dynamics(Contract Research)-FY2019 Nuclear Energy Science & Technology and Human Resource
Development Project福島研究開発部門

福島研究開発拠点

廃炉環境国際共同研究センター
量子科学技術研究開発機構
Collaborative Laboratories for Advanced Decommissioning Science
Fukushima Research Institute, Sector of Fukushima Research and Development
National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology

January 2021
Japan Atomic Energy Agency

日本原子力研究開発機構

本レポートは国立研究開発法人日本原子力研究開発機構が不定期に発行する成果報告書です。
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なお、本レポートの全文は日本原子力研究開発機構ホームページ（https://www.jaea.go.jp）
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国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 研究連携成果展開部 研究成果管理課〒319-1195 茨城県那珂郡東海村大字白方 2 番地4
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幹細胞動態により放射線発がんを特徴付ける新たな評価系の構築（委託研究）－令和元年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業－

日本原子力研究開発機構

福島研究開発部門

福島研究開発拠点

廃炉環境国際共同研究センター
量子科学技術研究開発機構（2020 年 10 月 28 日受理）
日本原子力研究開発機構（JAEA）廃炉環境国際共同研究センター（CLADS）では、令和元年度
英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業（以下、「本事業」という）を実施している。
本事業は、東京電力ホールディングス株式会社福島第一原子力発電所の廃炉等を始めとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、様々な分野の知見や経験を、従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究及び人材育成を推進することを目的としている。平成 30 年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省から JAEA に移行することで、JAEA とアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成
をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。
本研究は、研究課題のうち、「幹細胞動態により放射線発がんを特徴付ける新たな評価系の構築」の令和元年度の研究成果について取りまとめたものである。
本研究では放射線発がんの起源細胞である幹細胞について、幹細胞とその子孫細胞を永続的にラベルできる細胞系譜追跡技術を用い、高線量～低線量放射線被ばく後の乳腺組織において、細胞の長期にわたるクローン性増殖を捉えそれを数理モデル解析することにより、被ばくした幹細胞の動態で放射線誘発乳がんを特徴付けることを目的としている。この研究の最終目標は、未だに見つかっていない「放射線の痕跡」を幹細胞動態で特徴付けることのできる新規評価系の開発である。

本報告書は、日本原子力研究開発機構の英知事業における委託業務として、量子科学技術研究開
発機構が実施した成果を取りまとめたものである。
廃炉環境国際共同研究センター：〒979-1151 福島県双葉郡富岡町大字本岡字王塚 790-1

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Establishing a New Evaluation System to Characterize Radiation Carcinogenesis
by Stem Cell Dynamics (Contract Research)－ FY2019 Nuclear Energy Science & Technology and Human Resource Development Project －Collaborative Laboratories for Advanced Decommissioning Science
Fukushima Research Institute, Sector of Fukushima Research and Development
Japan Atomic Energy Agency
Tomioka-machi, Futaba-gun, Fukushima-ken
National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology(Received October 28, 2020)
The Collaborative Laboratories for Advanced Decommissioning Science (CLADS), Japan Atomic Energy
Agency (JAEA), had been conducting the Nuclear Energy Science & Technology and Human Resource
Development Project (hereafter referred to “the Project”) in FY2019.
The Project aims to contribute to solving problems in the nuclear energy field represented by thedecommissioning of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station, Tokyo Electric Power Company
Holdings, Inc. (TEPCO). For this purpose, intelligence was collected from all over the world, and basic
research and human resource development were promoted by closely integrating/collaborating knowledge
and experiences in various fields beyond the barrier of conventional organizations and research fields. The
sponsor of the Project was moved from the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology
to JAEA since the newly adopted proposals in FY2018. On this occasion, JAEA constructed a new researchsystem where JAEA-academia collaboration is reinforced and medium-to-long term research/development
and human resource development contributing to the decommissioning are stably and consecutively
implemented.
Among the adopted proposals in FY2019, this report summarizes the research results of the “Establishinga new evaluation system to characterize radiation carcinogenesis by stem cell dynamics” conducted in
FY2019.
In this study, the long-term clonal expansion of mammary stem cells after high- to low-dose radiation
exposure was investigated using stem-cell lineage tracing technology that can permanently label stem cells
and their progenies. The purpose of this study is to characterize radiation-induced breast cancer based on the
dynamics of radiation-exposed stem cells by capturing proliferation and analyzing it using a mathematicalmodel. The goal of this study is to develop a new evaluation system that can characterize previously
undiscovered “radiation signatures” by stem cell dynamics.

Keywords: Radiation Carcinogenesis, Stem Cells, Lineage Tracing, Mathematical Model, Radiation
Signatures
This work was performed by Quantum and Radiological Science and Technology under contract with Japan
Atomic Energy Agency.

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目次

1．英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業の概要 ........................ 1
2．平成 30 年度

採択課題（継続分） ............................................ 2

3．令和元年度

採択課題

付録...................................................... 5

成果報告書 .............................................................. 9Contents

1. Outline of Nuclear Energy Science & Technology and Human Resource Development Project ... 1
2. Accepted Proposal in FY2018 ~Continued~ ................................................................................ 2
3. Accepted Proposal in FY2019 ....................................................................................................... 5
Appendix Result Report........................................................................................................................ 9iii

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1.

英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業の概要

文部科学省では、「東京電力（株）福島第一原子力発電所の廃止措置等研究開発の加速プラン（平成 26 年 6 月文部科学省）」等を踏まえ、平成 27 年度から「英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業」（以下、「本事業」という。）を立ち上げ、「戦略的原子力共同研究プログラム」、「廃炉加速化研究プログラム」及び「廃止措置研究・人材育成等強化プログラム」を推進している。
具体的には、国内外の英知を結集し、国内の原子力分野のみならず様々な分野の知見や経験を、
機関や分野の壁を越え、国際共同研究も含めて緊密に融合・連携させることにより、原子力の課
題解決に資する基礎的・基盤的研究や産学が連携した人材育成の取組を推進している。
一方、日本原子力研究開発機構（以下、「JAEA」という。）では、平成 27 年に廃炉国際共同研
究センター（以下、「CLADS」という。現：廃炉環境国際共同研究センター）を組織し、「東京電
力ホールディングス（株）福島第一原子力発電所の廃止措置等に向けた中長期ロードマップ」等を踏まえ、東京電力ホールディングス（株）福島第一原子力発電所廃炉（以下、「1F 廃炉」という。）に係る研究開発を進めている。
また、平成 29 年 4 月に CLADS の中核拠点である「国際共同研究棟」の運用を開始したことを踏まえ、今後は CLADS を中核に、廃炉の現場ニーズを踏まえた国内外の大学、研究機関等との基
礎的・基盤的な研究開発及び人材育成の取組を推進することにより、廃炉研究拠点の形成を目指すことが期待されている。
このため、本事業では平成 30 年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省から JAEA に移行することで、JAEA とアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成
をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築することとし、従来のプログラムを、①共通基盤型原子力研究プログラム、②課題解決型廃炉研究プログラム、③国際協力型廃炉研究プログラム、④研究人材育成型廃炉研究プログラム（令和元年度より新設）に再編した。

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2.

平成 30 年度

採択課題（継続分）

平成 30 年度採択課題（継続分）については以下のとおりである。
課題数：19 課題
共通基盤型原子力研究プログラム

11 課題（若手研究 6 課題、一般研究 5 課題）

課題解決型廃炉研究プログラム

6 課題

国際協力型廃炉研究プログラム

2 課題（日英共同研究）平成 30 年度

採択課題一覧

共通基盤型原子力研究プログラム【若手研究】
課題名

研究代表者

所属機関

河野 仁

東京工芸大学

山﨑 信哉

筑波大学

片岡 隆浩

岡山大学

大石 佑治

大阪大学

島田 幹男

東京工業大学

岩田 圭弘

東京大学

被災地探査や原子力発電所建屋内情報収集のための
半自律ロボットを用いたセマンティックサーベイマ
ップ生成システムの開発
汚染土壌の減容を目的とした重液分離による放射性微粒子回収法の高度化
ラドンを代表としたアルファ核種の吸入による内部
被ばくの横断的生体影響
炉心溶融物の粘性及び表面張力同時測定技術の開発
iPS 細胞由来組織細胞における放射線依存的突然変異計測系の確立
レーザー共鳴イオン化を用いた同位体存在度の低い
ストロンチウム 90 の迅速分析技術開発-2-

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共通基盤型原子力研究プログラム【一般研究】
研究代表者

所属機関

新井 剛

芝浦工業大学

牟田 浩明

大阪大学

レーザー蛍光法を用いた燃料デブリ変質相の同定

斉藤 拓巳

東京大学

過酷炉心放射線環境における線量測定装置の開発

岡本 保

課題名
放射性核種の長期安定化を指向した使用済みゼオラ
イト焼結固化技術の開発
燃料デブリ取り出しを容易にするゲル状充填材の開発

レーザー加工により発生する微粒子の解析と核種同定手法の開発木更津工業
高等専門学校

長谷川 秀一

東京大学

研究代表者

所属機関

桐島 陽

東北大学

谷森 達

京都大学

鈴木 俊一

東京大学

黒澤 俊介

東北大学

渡邉 隆行

九州大学

課題解決型廃炉研究プログラム
課題名
合金相を含む燃料デブリの安定性評価のための基盤
研究
ガンマ線画像スペクトル分光法による高放射線場環境の画像化による定量的放射能分布解析法
燃料デブリ取出し時における放射性核種飛散防止技
術の開発
アルファダストの検出を目指した超高位置分解能イ
メージング装置の開発
ナノ粒子を用いた透明遮へい材の開発研究
先端計測技術の融合で実現する高耐放射線燃料デブ
リセンサーの研究開発

-3-

萩原 雅之

高エネルギー
加速器研究機構

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国際協力型廃炉研究プログラム（日英共同研究）課題名
放射性微粒子の基礎物性解明による廃炉作業リスク低減への貢献
放射線耐性の高い薄型 SiC 中性子検出器の開発

-4-

研究代表者

所属機関

五十嵐 康人

茨城大学

三澤 毅

京都大学

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3.

令和元年度 採択課題

令和元年度は、4 つのプログラムにおいて、研究課題の採択を決定した。
公募の概要は以下のとおりである。
·

公募期間：平成 31 年 4 月 24 日～令和元年 6 月 7 日
令和元年 5 月 30 日～令和元年 7 月 18 日·

※日露共同研究のみ

課題数：19 課題
共通基盤型原子力研究プログラム

7 課題（若手研究 2 課題、一般研究 5 課題）

課題解決型廃炉研究プログラム

4 課題

国際協力型廃炉研究プログラム

4 課題（日英共同研究 2 課題、日露共同研究 2 課題）

研究人材育成型廃炉研究プログラム

4 課題

これらの提案について、外部有識者から構成される審査委員会において、書面審査及び面接審
査、日英共同研究については二国間の合同審査を実施し、採択候補課題を選定した。その後、PD（プログラムディレクター）
・PO（プログラムオフィサー）会議での審議を経て、採択課題を決定した。

令和元年度 採択課題一覧
共通基盤型原子力研究プログラム【若手研究】
課題名
ウラニル錯体化学に基づくテーラーメイド型新規海水ウラン吸着材開発
動作不能からの復帰を可能とする多連結移動ロボッ
トの半自律遠隔操作技術の確立

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研究代表者

所属機関

鷹尾 康一朗東京工業大学田中 基康

電気通信大学JAEA-Review
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共通基盤型原子力研究プログラム【一般研究】
課題名
一次元光ファイバ放射線センサを用いた原子炉建屋
内放射線源分布計測
低線量・低線量率放射線被ばくによる臓器別酸化ス
トレス状態の検討
単一微粒子質量分析法に基づくアルファ微粒子オン
ラインモニタリングに向けた基礎検討
幹細胞動態により放射線発がんを特徴付ける新たな評価系の構築耐放射線性ダイヤモンド半導体撮像素子の開発

研究代表者

所属機関

瓜谷 章

名古屋大学

鈴木 正敏

東北大学

豊嶋 厚史

大阪大学

飯塚 大輔

梅沢 仁

量子科学技術研究開発機構産業技術総合研究所

課題解決型廃炉研究プログラム
課題名
Multi-Physics モデリングによる福島 2・3 号機ペデス
タル燃料デブリ深さ方向の性状同定

燃料デブリ取出しに伴い発生する廃棄物のフッ化技術を用いた分別方法の研究開発

研究代表者

所属機関

山路 哲史

早稲田大学

日立 GE
渡邉 大輔

ニュークリア・エナジー

アパタイトセラミックスによる ALPS 沈殿系廃棄物の安定固化技術の開発
拡張型スーパードラゴン多関節ロボットアームによる圧力容器内燃料デブリ調査への挑戦

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竹下 健二

東京工業大学高橋 秀治

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国際協力型廃炉研究プログラム（日英共同研究）
課題名

研究代表者

所属機関

佐藤 努

北海道大学

渡邊 実

静岡大学

研究代表者

所属機関

小原 徹

東京工業大学

金井 昭夫

慶應義塾大学

研究代表者

所属機関

淺間 一

東京大学

高貝 慶隆

福島大学

大貫 敏彦

東京工業大学

永井 康介

東北大学

高い流動性および陰イオン核種保持性を有するアル
カリ刺激材料の探索と様々な放射性廃棄物の安全で効果的な固化
再臨界前の中性子線増に即応可能な耐放射線 FPGA
システムの開発

国際協力型廃炉研究プログラム（日露共同研究）課題名
燃料デブリ取出し臨界安全技術の高度化
微生物生態系による原子炉内物体の腐食・変質に関する評価研究研究人材育成型廃炉研究プログラム課題名
燃料デブリ取り出し時における炉内状況把握のための遠隔技術に関する研究人材育成
化学計測技術とインフォマティックスを融合したデブリ性状把握手法の開発とタイアップ型人材育成
放射線・化学・生物的作用の複合効果による燃料デブ
リ劣化機構の解明
燃料デブリ分析のための超微量分析技術の開発

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本報告書は、採択課題のうち、共通基盤型原子力研究プログラム(一般研究)「幹細胞動態により放射線発がんを特徴付ける新たな評価系の構築」の令和元年度の研究成果について記したものである。
研究成果を取りまとめた成果報告書を付録として添付する。

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付録
成果報告書

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令和元年度

日本原子力研究開発機構
英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業

幹細胞動態により放射線発がんを特徴付ける
新たな評価系の構築（契約番号 31I124）

成果報告書

令和 2 年 3 月
国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構

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本報告書は、国立研究開発法人日本原子力研究開発機構の「英知を結集した原子力科学技術･人材育成推進事業」による委託業務として、国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構が実施した「幹細胞動態により放射線発がんを特徴付ける新たな評価系の構築」の令和元年度の研究成果を取りまとめたものです。

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目次

概略 ············································································· v

1. はじめに ······································································ 1

2. 業務計画 ······································································ 4
2.1 全体計画 ·································································· 4
2.2 令和元年度の成果の目標及び業務の実施方法 ·································· 7

3. 令和元年度の実施内容及び成果 ·················································· 8
3.1 細胞系譜追跡技術を用いた低線量被ばく後の幹細胞動態解析 ····················· 8
3.1.1 細胞系譜追跡実験系の構築 ·············································· 8
3.2 数理モデルによる幹細胞の動態解析（再委託先：東京大学） ···················· 24
3.2.1

2 次元空間構造を含む乳腺組織動態の数理モデル構築 ······················ 24

3.3 研究推進 ·································································· 31

4. 結言 ········································································· 32

ⅰ
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Contents

Abstract ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ ⅴ

1. Introduction ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 1

2. Project planꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 4
2.1 Overall project plan ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 4
2.2 Achievement goals in FY2019 and implementation method of the project ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 7

3. Contents and results of the project in FY2019 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 8
3.1 Analysis of stem cell dynamics after low-dose exposure using cell lineage tracing technologyꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 8
3.1.1 Establishment of cell lineage tracing experiments ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 8
3.2 Analysis of stem cell dynamics using mathematical modelingꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 24
3.2.1 Establishment of mathematical modeling of mammary gland tissue dynamics including
two-dimensional spatial structure ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ24
3.3 Research promotionꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 31

4. Conclusion ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 32

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表一覧
表 2-1

本研究のタイムスケジュール ·············································· 4

表 3-1

PCR 反応液の組成（1 サンプルあたり） ···································· 12

表 3-2

各マウスの PCR に用いるプライマー一覧 ··································· 13

表 3-3

PCR 反応条件の詳細 ····················································· 13

表 3-4

リアルタイム PCR 反応液の組成（1 サンプルあたり） ······················· 14

表 3-5

リアルタイム PCR 反応条件の詳細 ········································· 15

表 3-6

蛍光免疫染色で使用した抗体とその希釈倍率 ······························· 16

表 3-7

フローサイトメトリー法で使用した抗体とその希釈倍率 ····················· 17

図一覧
図 1-1

がん化のクローン性増殖の概念図 ·········································· 1

図 1-2

細胞系譜追跡によるがんに至るクローン性増殖について（模式図） ············ 2

図 1-3

本研究の目的 ···························································· 2

図 3-1

マウス乳腺模式図 ························································ 8

図 3-2

幹細胞系譜追跡解析について ·············································· 8

図 3-3

幹細胞系譜追跡解析を可能にするタモキシフェンの作用について ·············· 9

図 3-4

PCR 法の原理 ··························································· 11

図 3-5

遺伝子型判定結果（一例） ··············································· 18

図 3-6 K14 と K8 マウスのリアルタイム PCR を用いた遺伝子型の判定 ················ 18
図 3-7

解析用 F1 マウスの遺伝子型判定結果（一例） ······························ 19

図 3-8 K14-tdTomato マウスにおけるタモキシフェン濃度検討 ······················ 20
図 3-9 K8-tdTomato マウスにおけるタモキシフェン濃度検討 ······················· 21
図 3-10フローサイトメトリー法による解析結果の一例 ···························· 22

図 3-11 K8-Brainbow マウス乳腺におけるラベルされた細胞集団 ···················· 22
図 3-12同種細胞成長なし条件でのシミュレーション結果 ·························· 25

図 3-13同種細胞成長なし条件でのシミュレーション結果（別 2 例） ················ 26

図 3-14同種細胞成長あり条件でのシミュレーション結果 ·························· 26

図 3-15同種細胞成長あり条件でのシミュレーション結果（別 2 例） ················ 27

図 3-16 2 種細胞成長なし条件でのシミュレーション結果 ·························· 28
図 3-17 2 種細胞成長なし条件でのシミュレーション結果（別 2 例） ················ 28
図 3-18 2 種細胞成長あり条件でのシミュレーション結果 ·························· 29
図 3-19 2 種細胞成長あり条件でのシミュレーション結果（別 2 例） ················ 29

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略語一覧
creERT : Cre recombinase fused to modified estrogen receptor
DAPI: 4',6-diamidino-2-phenylindoleDNA: Deoxyribonucleic acid

（デオキシリボ核酸）

dNTP: Deoxyribonucleotide triphosphate（デオキシリボヌクレオチド三リン酸）

EDTA: Ethylenediaminetetraacetic acid

（エチレンジアミン四酢酸）

EtBr: Ethidium bromide（臭化エチジウム）

F1: First filial generation（雑種第一代）FBS: Fetal bovine serum（牛胎児血清）

HBSS: Hanks' Balanced Salt Solution（ハンクス平衡塩溶液）

LoxP: Locus of crossing (X) over P

mCFP: membrane-tethered Cyan Fluorescent Protein （膜標的青色蛍光タンパク質）

MCMC: Markov Chain Monte Carlo methods

nGFP: nuclear-localized Green Fluorescent Protein （核局在緑色蛍光タンパク質）

PBS: Phosphate Buffered Saline（リン酸緩衝液）

PCR: Polymerase Chain Reaction（ポリメラーゼ連鎖反応）

RFP: cytoplasmic Red Fluorescent Protein（細胞質赤色蛍光タンパク質）

SPF: Specific Pathogen Free

（特定病原体不在）

YFP: cytoplasmic Yellow Fluorescent Protein（細胞質黄色蛍光タンパク質）

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（マルコフ連鎖モンテカルロ法）

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概略【背景・解決すべき課題】
東京電力ホールディングス株式会社福島第一原子力発電所の廃炉に向けた取り組みが「福島第一原子力発電所の廃止措置等に向けた中長期ロードマップ」に基づき行われている。様々な機器・ロボットなどによる作業が計画されているものの、多くは現場での作業に依存している。中でも特定高線量作業従事者にはこれまで累積で 100 mSv を超える被ばくをしているケースもある。そのため、100 mGy 以下の被ばくによる発がんリスクは科学的に明らかにしなければならない重要な課題である。
放射線発がんのメカニズムについて、大きく二つの考え方に基づく議論が行われている。一方は放射線発がん特有の遺伝子変異が引き起こされる考え方である。他方は、自然発生がんの発生を早めるだけであり、放射線被ばく特有の傷はないという考え方である。
その答えを得るために放射線の痕跡（Radiation Signature）の探索が多くの研究グループにより行われているが、乳がんを含む多くの腫瘍では Radiation Signature は見つかっていない。
しかしながら、それらの腫瘍でも放射線被ばくによる発生率の増加や、がんの増殖速度の増加が観察され、ゲノムの異常では規定されない、放射線発がん特有のイベントが起こっていることが示唆される。
近年、発がん起源細胞としての組織幹細胞の重要性が提唱されている。組織幹細胞は、それ自身のターンオーバーが遅く、遺伝子変異が蓄積しやすいことから、重要な発がんの起源細胞である。がん化の初期過程ではある種の変異を持った幹細胞やその子孫細胞がクローン性に増殖するとされている（図 1-1）。
近年、空間的な幹細胞の動態を捉える手法として、幹細胞系譜追跡技術が開発された。幹細胞
系譜追跡解析とはある細胞を標識し、その子孫細胞をマウス体内で追跡する実験手法であり（図1-2）、幹細胞の増殖速度、自己複製能、細胞競合ならびにクローン性増殖などの幹細胞の動態研究に広く用いられている。さらに細胞系譜追跡技術を用いた組織幹細胞の生体内での動態デー
タを数理学的に解析する研究は腸管組織・造血組織で近年行われ注目されている。
【目的】
本研究では「遺伝子変異ではなく、幹細胞の動態（数的、質的変化とそれに続くクローン性増殖）で低線量放射線発がんを特徴付けられないか」という仮説のもと、その最初の取り組みとして細胞系譜追跡技術を用い、放射線発がんリスクの最も高い臓器の一つである乳腺に関し、高線量～低線量放射線被ばく後の乳腺組織において、細胞の長期にわたるクローン性増殖を捉えそれを数理モデル解析と組み合わせることにより、被ばくした幹細胞の動態で低線量放射線誘発乳がんを特徴付けることを目的としている（図 1-3）。
組織内での細胞数の変化を細胞分裂・細胞死・分化の積み重ねとして数理的に記述し、イメージング解析による定量的データにフィッティングすることによって、分裂速度・死亡率・分化率といった組織内細胞動態を支配するパラメータの推定を行う。低線量被ばくの条件による動態パラメータの比較を行い、低線量被ばくによる影響を定量的に示す。
本研究の最終目標は、未だに見つかっていない「放射線の痕跡」を幹細胞動態で特徴付けることのできる新規評価系の開発とそれを用いた低線量被ばくによる発がんリスク評価体系のさらなる合理化である。
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JAEA-Review 2020-045【実施内容】
実施項目 1. 細胞系譜追跡技術を用いた低線量被ばく後の幹細胞動態解析（量子科学技術研究
開発機構）［研究目標］
細胞系譜追跡技術を用いた乳腺幹細胞の動態変化に関する定量的データを実験によって取得
する。
［方法］
①

細胞系譜追跡実験系の構築
量子科学技術研究開発機構放射線医学総合研究所の動物実験施設で維持されている、幹細胞で主に発現する遺伝子のプロモーターの下流に Cre リコンビナーゼが組み込まれた遺伝子改変マウスと、Cre リコンビナーゼが働くと蛍光タンパク質を発現するようになる遺伝子改変マウスをかけあわせ、目的の雑種第一代（F1）マウスを作出する。その際には PCR 法を用いた遺伝子型の確認により、それぞれの性質が適切に F1 マウスに引き継がれていることを確認する。
目的の F1 マウスは通常飼育下では、Cre リコンビナーゼが機能しない。タモキシフェンと呼ばれる薬剤を個体に投与することにより Cre リコンビナーゼが初めて機能を発揮する（図 3-3）。
予備的検討としてこのタモキシフェン投与量と投与時期について、それぞれ至適な条件を投与したマウス個体から得られる乳腺などの組織を用い、病理組織学的解析やフローサイトメトリー法などにより決定する。
②

細胞系譜追跡実験系を用いた被ばくによる幹細胞動態解析①で決定した条件でタモキシフェン投与したマウスに対し、0～2 Gy の放射線を照射し、経時的に乳腺を摘出し、病理組織学的観察やフローサイトメトリー法などで蛍光タンパク質を発現す
る細胞の空間的な配置（乳管は二種類の上皮細胞から構築されるので、そのどちらなのか）に加え、蛍光タンパク質を発現する細胞集団のクローンサイズを計測し、さらにそれらの細胞数を把握する。これらの実験において、放射線の顕著な影響が捉えられない可能性も否定できないため、その場合は、必要に応じて化学発がん物質による乳腺発がんモデルでも同様の実験を行うことにより、得られたデータの相違や実験系の妥当性を検証する。
③

まとめ
すべての実施項目で得た、画像データ解析と数理モデル解析の結果を統合し、幹細胞動態と発がんとの関連を評価する。
実施項目 2. 数理モデルを用いた低線量被ばく後の幹細胞動態解析（東京大学）［研究目標］
乳腺組織動態の数理モデルを構築し被ばくが動態パラメータに与える影響を定量化する。
［方法］①

2 次元空間構造を含む乳腺組織動態の数理モデル構築
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最初に本事業で必要とされる解析環境の整備を行う。実験項目 1 で取得する細胞系譜追跡デー
タに合わせるように、幹細胞クローンの系譜をそれぞれ区別できるようにして、2 次元格子空間上で分裂/死亡/分化を繰り返す乳腺組織をコンピュータ上に再現する。組織内の細胞の種類や空間上の配置は既存の知見とイメージングデータに基づく。
②

被ばく有無の実験データに基づいた動態パラメータの推定方法①で構築した 2 次元格子空間上のシミュレーションモデルに対して放射線被ばくの効果を含める。被ばくは主に分裂/死亡/分化という細胞動態パラメータに影響を与えると仮定し、細胞系譜追跡データによる細胞数やクローン数の変化にフィッティングさせることで細胞動態パラメータを推定する。推定方法は繰り返しシミュレーション解析による細胞動態の計算方法と相性の良いマルコフ連鎖モンテカルロ（MCMC）法を想定している。照射線量に依存する形で推定された
動態パラメータが既知の細胞培養実験等で得られる結果と比較することによって、推定値の検証を行う。放射線被ばくの効果がサイトカインの産出等の細胞動態以外にも関わることも想定しておく。
③

推定パラメータを用いた発がん過程の解析推定された細胞動態パラメータを用いたシミュレーション解析によって、幹細胞クローンが時間とともに選択されていき、集団として広がっていく様子を調べる。低線量領域で照射線量に依存して発がんが進んでいくかどうか理論的示唆を与える。
【成果】
幹細胞で主に発現する遺伝子のプロモーターの下流に Cre リコンビナーゼが組み込まれた遺伝
子改変マウスと、Cre リコンビナーゼが働くと蛍光タンパク質を発現するようになる遺伝子改変
マウスを維持・繁殖させるとともに、それらのマウスをかけあわせ、目的の F1 マウスを 3 系統作出した。その際には PCR 法を用いた遺伝子型の確認により、それぞれの性質が適切に F1 マウスに引き継がれていることを確認した。
目的の F1 マウスは通常飼育下では、Cre リコンビナーゼが機能しない。タモキシフェンと呼ばれるエストロジェン類似体を個体に投与することにより Cre リコンビナーゼが初めて機能を発揮する。予備的検討としてこのタモキシフェン投与量と投与時期について、タモキシフェンはマウ
ス体重 25 g あたり 0 から 4.5 mg の濃度で、マウスが 4 週齢から 11 週齢で投与し、一定期間後、乳腺組織を採取し、組織学的解析またはフローサイトメトリー法により検討した。
組織内の細胞の種類や空間上の配置を決め、幹細胞クローンの系譜をそれぞれ区別できるようにするために解析環境の整備を行い、2 次元格子空間上で分裂、死亡、分化が確率性を持って継続的に引き起こされている乳腺組織をコンピュータ上に再現した。
【次年度の見通し】
今年度は細胞系譜追跡実験系の確立と数理モデルの予備検討を行った。来年度は引き続き当該実験系の確立に努めるとともに、被ばくによる幹細胞動態解析に着手する予定である。数理モデ
ル構築では今年度行ったシミュレーションで 2 種細胞が存在すると考えた場合、それぞれの存在
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比、細胞分裂速度比を 1:9、1:1.5 とそれぞれ仮定を置いていたが、マウス実験による時系列イ
メージデータや文献データなどからこれらのパラメータの取得を目指す。最終的には放射線の効
果を細胞分裂速度の変化、2 種細胞頻度の変化などとしてシミュレーションアルゴリズムに加えて、クローン頻度変化への影響を数理学的に調べ、実験データによって検証を行う。

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1．はじめに
東京電力ホールディングス株式会社福島第一原子力発電所の廃炉に向けた取り組みが「福島第一原子力発電所の廃止措置等に向けた中長期ロードマップ」に基づき行われている。様々な機器・ロボットなどによる作業が計画されているものの、多くは現場での作業に依存している。中でも特定高線量作業従事者にはこれまで累積で 100 mSv を超える被ばくをしているケースもある。
実際、作業者へのアンケートでは廃炉作業での不安の理由の 2 番目に被ばくによる健康への影響が挙げられていた(1)。そのため、100 mGy 以下の被ばくによる発がんリスクは科学的に明らかにしなければならない重要な課題である。
放射線発がんのメカニズムについて、大きく二つの考え方に基づく議論が行われている。一方は放射線発がん特有の遺伝子変異が引き起こされる考え方である。他方は、自然発生がんの発生を早めるだけであり、放射線被ばく特有の傷はないという考え方である。後者は Vogelstein らが古くから提唱しているがんの多段階発がんにおいて、放射線は一つのステップでしかないことを意味している。
その答えを得るために放射線の痕跡（Radiation Signature）の探索が多くの研究グループにより行われ、胸腺リンパ腫の Ikaros 遺伝子、甲状腺がんの CLIP2 遺伝子などが発見された（2、3）。一方で、その他の乳がんを含む多くの腫瘍では Radiation Signature は見つかっていない。
しかしながら、それらの腫瘍でも放射線被ばくによる発生率の増加や、がんの増殖速度の増加が観察され、ゲノムの異常では規定されない、放射線発がん特有のイベントが起こっていることが示唆される。特に低線量被ばくでは高線量に比べ、引き起こされる DNA 損傷量が少ないため、相対的にゲノム変異をきっかけとするよりもがんの起源細胞の動態への影響の寄与が大きいものと考えられる。
近年、発がん起源細胞としての組織幹細胞の重要性が提唱されている。組織幹細胞は、それ自身のターンオーバーが遅く、遺伝子変異が蓄積しやすいことから、重要な発がんの起源細胞である。がん化の初期過程ではある種の変異を持った幹細胞やその子孫細胞がクローン性に増殖するとされている（図 1-1）。国際放射線防護委員会出版物 131（2015 年）「放射線防護の発がん諸側面に関連する幹細胞生物学」において、幹細胞生物学の研究推進によって低線量・低線量率放射線発がんリ
スクの外挿に有用な知見が得られる可能性について言及していることからも、その重要性がわかる。
近年、空間的な幹細胞の動態を捉える手法として、幹細胞系譜追跡技術が開発された。幹細胞系譜

図 1-1：がん化のクローン性増殖の概念図
変異が蓄積した組織幹細胞とその子孫細胞のクローン性増殖が発がんの初期に引き起こされる
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追跡解析とはある細胞を標識し、その子孫細胞をマウス体内で追跡する実験手法であり（図 1-2）、幹細胞の増殖速度、自己複製能、細胞競合ならびにクローン性増殖などの幹細胞の動態研究に広く用いられている。さらに細胞系譜追跡技術を用いた組織幹細胞の生体内での動態データを数理学的に解析する研究は腸管組織・造血組織で近年行われ注目されている（5、6）。
図 1-2：細胞系譜追跡によるがんに至るクローン性増殖について（模式図）【目的】
本研究では「遺伝子変異ではなく、幹細胞の動態（数的、質的変化とそれに続くクローン性増殖）で低線量放射線発がんを特徴付けられないか」という仮説のもと、その最初の取り組みとして細胞系譜追跡技術を用い、放射線発がんリスクの最も高い臓器の一つである乳腺に関し、高線量～低線量放射線被ばく後の乳腺組織において、細胞の長期にわたるクローン性増殖を捉えそれを数理モデル解析と組み合わせることにより、被ばくした幹細胞の動態で低線量放射線誘発乳がんを特徴付けることを目的としている（図 1-3）。
組織内での細胞数の変化を細胞分裂・細胞死・分化の積み重ねとして数理的に記述し、イメージング解析による定量的データにフィッティングすることによって、分裂速度・死亡率・分化率といった組織内細胞動態を支配するパラメータの推定を行う。低線量被ばくの条件による動態パラメータの比較を行い、低線量被ばくによる影響を定量的に示す。
本研究の最終目標は、未だ見つかっていない「放射線の痕跡」を幹細胞動態で特徴付けることのできる新規評価系の開発とそれを用いた低線量被ばくによる発がんリスク評価体系のさらなる合理化である。

図 1-3：本研究の目的
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参考文献(1) 労働環境の改善に向けたアンケート結果（第 9 回）と今後の改善の方向性について、
廃炉・汚染水対策チーム会合/事務局会議（第 61 回）、経済産業省、
https://www.meti.go.jp/earthquake/nuclear/decommissioning/committee/osensuit
aisakuteam/2018/13/index.html（参照日 2020 年 3 月 16 日）.
(2) Shimada Y, Nishimura M, Kakinuma S, Okumoto M, Shiroishi T, Clifton KH, Wakana
S. Radiation-associated loss of heterozygosity at the Znfn1a1 (Ikaros) locus
on chromosome 11 in murine thymic lymphomas., Radiat Res. 2000;154(3):293300.
(3) Hess J, Thomas G, Braselmann H, Bauer V, Bogdanova T, Wienberg J, Zitzelsberger
H, Unger K. Gain of chromosome band 7q11 in papillary thyroid carcinomas ofyoung patients is associated with exposure to low-dose irradiation. Proc Natl
Acad Sci U S A. 2011;108(23):9595-9600.
(4) Mandal PK, Blanpain C, Rossi DJ. DNA damage response in adult stem cells:
pathways and consequences. Nat Rev Mol Cell Biol. 2011;12(3):198-202.
(5) Sánchez-Danés A, Hannezo E, Larsimont JC, Liagre M, Youssef KK, Simons BD,
Blanpain C. Defining the clonal dynamics leading to mouse skin tumour
initiation. Nature. 2016;536(7616):298-303.
(6) Guiu J, Hannezo E, Yui S, Demharter S, Ulyanchenko S, Maimets M, Jørgensen A,
Perlman S, Lundvall L, Mamsen LS, Larsen A, Olesen RH, Andersen CY, Thuesen
LL, Hare KJ, Pers TH, Khodosevich K, Simons BD, Jensen KB. Tracing the originof adult intestinal stem cells. Nature. 2019;570(7759):107-111.

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2．業務計画
2.1 全体計画
本研究のタイムスケジュールを表 2-1 に示す。

表 2-1：本研究のタイムスケジュール

申請者らの最終的な研究目的は、未だ見つかっていない「放射線の痕跡」を幹細胞動態で特徴付けることのできる新規評価系の開発とそれを用いた低線量被ばくによる発がんリスク評価
体系のさらなる合理化である。
なお、動物実験は国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構動物実験委員会により安全面
および倫理面の審査を受け、承認された方法によって実施した。
(1)細胞系譜追跡技術を用いた低線量被ばく後の幹細胞動態解析（量研機構）① 細胞系譜追跡実験系の構築
量子科学技術研究開発機構放射線医学総合研究所の動物実験施設で維持されている、

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幹細胞で主に発現する遺伝子のプロモーターの下流に Cre リコンビナーゼが組み込まれた遺伝子改変マウスと、Cre リコンビナーゼが働くと蛍光タンパク質を発現するようになる遺伝子改変マウスをかけあわせ、目的の F1 マウスを作出する。その際には PCR 法を用いた遺伝子型の確認により、それぞれの性質が適切に F1 マウスに引き継がれていることを確認する。
目的の F1 マウスは通常飼育下では、Cre リコンビナーゼが機能しない。タモキシフェンと呼ばれる薬剤を個体に投与することにより Cre リコンビナーゼが初めて機能を発揮する（図 3-3）。予備的検討としてこのタモキシフェン投与量と投与時期について、それぞれ至適な条件を投与したマウス個体から得られる乳腺などの組織を用い、病理組織学的解析やフローサイトメトリー法などにより決定する。
② 細胞系譜追跡実験系を用いた被ばくによる幹細胞動態解析①で決定した条件でタモキシフェン投与したマウスに対し、0～2 Gy の放射線を照射し、経時的に乳腺を摘出し、病理組織学的観察やフローサイトメトリー法などで蛍光タ
ンパク質を発現する細胞の空間的な配置（乳管は二種類の上皮細胞から構築されるので、そのどちらなのか）に加え、蛍光タンパク質を発現する細胞集団のクローンサイズを計測し、さらにそれらの細胞数を把握する。これらの実験において、放射線の顕著な影響が捉えられない可能性も否定できないため、その場合は、必要に応じて化学発がん物質による乳腺発がんモデルでも同様の実験を行うことにより、得られたデータの相違や実験系の妥当性を検証する。
③ まとめ
すべての実施項目で得た、画像データ解析と数理モデル解析の結果を統合し、幹細胞動態と発がんとの関連を評価する。
(2)数理モデルを用いた低線量被ばく後の幹細胞動態解析（東京大学）① 2 次元空間構造を含む乳腺組織動態の数理モデル構築
最初に本事業で必要とされる解析環境の整備を行う。実験項目 1 で取得する細胞系譜
追跡データに合わせるように、幹細胞クローンの系譜をそれぞれ区別できるようにして、
2 次元格子空間上で分裂/死亡/分化を繰り返す乳腺組織をコンピュータ上に再現する。
組織内の細胞の種類や空間上の配置は既存の知見とイメージングデータに基づく。
② 被ばく有無の実験データに基づいた動態パラメータの推定方法①で構築した 2 次元格子空間上のシミュレーションモデルに対して放射線被ばくの効果を含める。被ばくは主に分裂/死亡/分化という細胞動態パラメータに影響を与えると仮定し、細胞系譜追跡データによる細胞数やクローン数の変化にフィッティングさせることで細胞動態パラメータを推定する。推定方法は繰り返しシミュレーション解析
による細胞動態の計算方法と相性の良いマルコフ連鎖モンテカルロ（MCMC）法を想定している。照射線量に依存する形で推定された動態パラメータが既知の細胞培養実験等で
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JAEA-Review 2020-045得られる結果と比較することによって、推定値の検証を行う。放射線被ばくの効果がサ
イトカインの産出等の細胞動態以外にも関わることも想定しておく。
③ 推定パラメータを用いた発がん過程の解析推定された細胞動態パラメータを用いたシミュレーション解析によって、幹細胞クローンが時間とともに選択されていき、集団として広がっていく様子を調べる。低線量領域で照射線量に依存して発がんが進んでいくかどうか理論的示唆を与える。

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2.2 令和元年度の成果の目標及び業務の実施方法
令和元年度の成果の目標及び業務の実施方法については、以下の通りである。
(1)細胞系譜追跡技術を用いた低線量被ばく後の幹細胞動態解析①細胞系譜追跡実験系の構築
量研機構放射線医学総合研究所の動物実験施設で維持されている、幹細胞で主に発現する遺伝子のプロモーターの下流に Cre リコンビナーゼが組み込まれた遺伝子改変マウスと、Cre リコンビナーゼが働くと蛍光タンパク質を発現するようになる遺伝子改変マウスを維持し、それらのマウスをかけあわせ、目的の F1 マウスを作出する。また、PCR 法を用いた遺伝
子型の確認により、それぞれの性質が適切に F1 マウスに引き継がれていることを適宜確認する。
目的の F1 マウスは通常飼育下では、Cre リコンビナーゼが機能しないが、タモキシフェンと呼ばれるエストロジェン類似体を個体に投与することにより、Cre リコンビナーゼが初めて機能を発揮するので、予備的検討として、このタモキシフェン投与量と投与時期について、それぞれ至適な条件を、投与したマウス個体から得られる乳腺などの組織を用い、病理組織学的解析やフローサイトメトリー法などにより検討する。
(2)数理モデルによる幹細胞の動態解析（再委託先：東京大学）①2 次元空間構造を含む乳腺組織動態の数理モデル構築
既存の知見及びすでに得られている予備的な細胞系譜追跡データを参考に、組織内の細胞の種類や空間上の配置を決め、幹細胞クローンの系譜をそれぞれ区別できるようにするために解析環境の整備を行い、2 次元格子空間上で分裂、死亡、分化が確率性を持って継続的に引き起こされている乳腺組織をコンピュータ上に再現する。
(3)研究推進研究代表者の下で各研究項目間ならびに廃炉国際共同研究センター（CLADS）等との連携を密にして、研究を進める。また、研究実施計画を推進するための打合せや会議等を開催す
る。

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3．令和元年度の実施内容及び成果
3.1 細胞系譜追跡技術を用いた低線量被ばく後の幹細胞動態解析
3.1.1 細胞系譜追跡実験系の構築(1) 目的
原爆被爆者の疫学調査から、乳腺は最も発がんリスクの高い臓器の一つとして報告されている(1)。乳腺は、分岐しながら広がった管状の上皮細胞からなる器官で、母乳を作る能
力を持つ内腔上皮細胞と、それを裏打ちし収縮能力を持つ筋上皮（基底）細胞の、2 種類の細胞からなる（図 3-1B）。乳腺細胞はもともと出生時には乳腺原基に存在し、思春期まで静止している。思春期の女性ホルモンに応答し、乳腺上皮細胞は乳管を構成し、脂肪体に広がっていく（図 3-1A）。その端には、非常に増殖性の高い多層の末梢芽状突起があり、脂肪体の中を伸長していく。成体の未経産マウスの乳腺は、成熟後、必要に応じて妊娠-退縮サイクルが生じる。

図 3-1：マウス乳腺模式図A)生後直後と思春期におけるマウス乳腺組織の模式図
B)思春期のマウス乳管構造の断面模式図
細胞系譜追跡は、ある細胞を標識し、その子孫細胞をマウス体内で追跡する実験手法である（図 3-2）。Cre リコンビナーゼ遺伝子を誘導するシステム（Cre マウス）と、標識された細胞を検出するためのレポーター遺伝子を持つマウスを交配して、両者を持つマウス

図 3-2：幹細胞系譜追跡解析について
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JAEA-Review 2020-045を作製して利用する。Cre リコンビナーゼは特定の DNA 配列である LoxP（Locus ofcrossing (X) over P、バクテリオファージ P1 のゲノム中にある 34 塩基）配列を認識し、二つの LoxP 配列の間の DNA 配列を切り出す作用を持つ。Cre マウスには、特定の細胞で発現するマーカー遺伝子の転写プロモーターの下流に核内に移行し機能するように改変したCreERT2 リコンビナーゼを組み込んである。実験者が意図したタイミングでタモキシフェンを投与すると、幹細胞でのみ、発現した CreERT2 リコンビナーゼが機能する。細胞系譜
追跡解析では、いったん誘導されると子孫細胞においても発現し続ける、不可逆的なレポーターシステムが用いられる。通常は終止コドンで翻訳が終結するため蛍光タンパク質は産生されないが（図 3-3A）、Cre が働いて終止コドンが除去されると、その細胞及びその全ての子孫細胞で、蛍光タンパク質が発現する（図 3-3B）。
本研究の目的は細胞系譜追跡解析実験系の立ち上げである。

図 3-3：幹細胞系譜追跡解析を可能にするタモキシフェンの作用について(2) 試験方法
動物実験は国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構動物実験委員会により安全面および倫理面の審査を受け、承認された方法によって実施した。
①マウスの維持
本研究で用いるマウスは量子科学技術研究開発機構放射線医学総合研究所低線量影響
実験棟特定病原体不在（SPF）動物実験施設にて維持・繁殖が行われた。飼育施設は温度23 ± 1 ℃、湿度 50 ± 5%に設定され、12 時間ごとに照明を切り替えた。週 1 回のケージ交換を行うとともに、高塩素塩酸水とガンマ線滅菌飼料 MBR-1（船橋ファーム）の自由
給水・自由給餌にて行った。用いたマウスは以下の 4 種類の系統である。
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・STOCK Tg(KRT14-cre/ERT)20Efu/J（以下、K14 マウスと略す）
ヒトケラチン 14（K14）プロモーターの下流に Cre 遺伝子が挿入されたマウスである。
K14 は細胞骨格を構成するタンパク質の一つで、基底細胞で発現するケラチンであり、K14 を用いた幹細胞系譜追跡実験では胎児期にラベルされる細胞が両能性、思春期後では基底細胞のみを作る単能性であるという報告に加え、思春期後でも両能性であるという一致しない報告がなされている（2、3）。
・STOCK Tg(Krt8-cre/ERT2)17Blpn/J（K8 マウス）
マウスケラチン 8（K8）プロモーターの下流に Cre 遺伝子が挿入されたマウスである。
K8 は細胞骨格を構成するタンパク質の一つで、内腔細胞で発現するケラチンである。これまでの K8 を用いた幹細胞系譜追跡実験で内腔細胞のみを作り出す幹細胞として報告されている(3)。
・B6.Cg-Gt(ROSA)26Sortm14(CAG-tdTomato)Hze/J（tdTomato マウス）
CAG プロモーター誘導赤色蛍光タンパク質変異体（tdTomato）の転写を抑制する LoxP
配列に挟まれたストップコドンを持つ。これらの配列がすべて Gt(ROSA)26Sor（ROSA26）
遺伝子座に組み込まれているため、マウス全身の細胞でこれらのシステムが働くが、Cre酵素が核内で働かなければ、tdTomato タンパク質は発現しない。
・B6.129P2-Gt(ROSA)26Sortm1(CAG-Brainbow2.1)Cle/J（Brainbow マウス）
本マウスも前述の tdTomato マウス同様、CAG プロモーターの下流に LoxP 配列に挟まれたストップコドンと Brainbow 2.1 コンストラクトが挿入されている。R26R-Confetti 対立遺伝子は、単一のゲノム遺伝子座からの複数の蛍光タンパク質が確率的に発現する。
これらの R26R-Confetti マウスを使用すると、cre 組換え細胞の核局在緑色蛍光タンパク質（nGFP）、膜標的青色蛍光タンパク質（mCFP）、または細胞質赤色および黄色蛍光タ
ンパク質（RFP および YFP）で個々の隣接する細胞を標識および区別することができる。
これらのマウスはすべて米国 Jackson Laboratory から購入し、前述の動物実験施設に搬入するためマウスの清浄化を行い、搬入した。これらのマウスは 6 週齢以降で同系統の雌雄をかけあわせ、仔マウスを得ることで系統維持を行った。
②遺伝子型の判定
1）遺伝子型を判定するマウスについては、マウスが 3 週齢になり離乳する時のケージ分けの際に、個体識別のための耳パンチで得られた組織を基本的に用いた。DNA の抽出はMaxwell® 16 Tissue DNA Purification Kit（Promega 社）もしくは以下の方法で採取した。
100 l Lysis buffer （ 10 mM Tris-HCl (pH 8.0) 、 150 mM NaCl 、 10 mM
ethylenediaminetetraacetic acid (pH 8.0)、0.1% Sodium Dodecyl Sulfate）に前述の組織を加え、95 ℃、10 分加温した。そこに 2 l Proteinase K を添加し、55 ℃、60 分
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反応させ、さらに 95 ℃、10 分加温した。その後、DNA を TE（Tris-EDTA）バッファーに希釈した。
2）遺伝子型の判定にはいくつかの方法が知られているが、本研究では Polymerase
Chain Reaction（PCR）法を用いた。PCR は、分子生物学で広く用いられている方法で、特定の DNA サンプルの数百万から数十億のコピーを迅速に作成することが可能である。
PCR を使用すると、非常に少量の DNA 配列のコピーが温度変化の繰り返しで指数関数的に増幅される（図 3-4）。

図 3-4：PCR 法の原理
2 回目のサイクルで、プライマー（青色と桃色）で挟まれた部位が生じ、同様のサイクルを繰り返すことで、最終的に指数関数的に増幅される。
PCR は反応物に対し、加熱と冷却を繰り返し行うことで、温度に依存した反応、具体的に DNA 変性と酵素による DNA 複製が可能となる。PCR の最初のステップでは、DNA 二重ら
せんの 2 本の鎖が、高温で核酸変性がおこり、物理的に分離される。2 番目のステップでは、温度が下げられ、プライマーと呼ばれる、増幅したい遺伝子領域の両端に設計された 2 種類の DNA 断片が DNA の相補配列に結合する。2 本の DNA 鎖は、DNA ポリメラーゼの鋳型となり、遊離ヌクレオチド（dNTP；DNA の構成要素）を用いて新しい DNA 鎖を酵素的に組み立てる。PCR が進行すると、生成された DNA 自体が複製するための鋳型として使用
され、元の DNA の鋳型が指数関数的に増幅される連鎖反応が起こる。
通常、PCR は、サイクルと呼ばれる 20〜45 回の一連の温度変化で構成され、各サイク
ルは通常 2 つまたは 3 つの個別の温度ステップで構成される。多くの場合、次のステップで構成される。
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初期化：このステップは、熱活性化を必要とする DNA ポリメラーゼに必要であり、
94 ℃で 2 分加熱することで引き起こされる。
変性：このステップは、サイクルの最初のイベントであり、94 ℃に 15 もしくは 20 秒間加熱することで、DNA の相補的塩基間の水素結合が切断され、2 本の 1 本鎖 DNA 分子が生じる。
アニーリング：次のステップで、反応温度を 15 秒間 65 ℃に下げ、一本鎖 DNA へのプ
ライマーが結合する。反応混合物には 2 つの異なるプライマーが含まれ、増幅したい遺伝
子領域を含む 2 つの 1 本鎖相補 DNA のそれぞれに 1 つずつ結合する。増幅効率と特異性はアニーリング温度の影響を強く受けるため、本研究で実施する PCR ではタッチダウン PCRと呼ばれる、サイクルごとにアニーリング温度を下げる方法を採用した。これにより最初は高いアニーリング温度により特異性を高め、徐々に下げることでその特異性が高まった DNA 配列を鋳型にプライマーが結合しやすくする。
伸長：このステップでは、DNA ポリメラーゼは、反応混合物中の dNTP 利用し、5'から3'方向に鋳型に相補的な新しい DNA 鎖を合成する。試薬等の制限がなければ、各ステップ
で、DNA の数が理論的には 2 倍になる。次のサイクルでは、前のサイクルで生じた DNA 配列が次の鋳型となり、特定の DNA 領域の指数関数的増幅につながる。後述のアガロースゲ
ル電気泳動での DNA 断片の可視化には 40 サイクルで生じる増幅 DNA が必要である。
最終伸長：72 ℃の温度で 2 分間、残っている一本鎖 DNA を完全に伸長させる。
前述の希釈した DNA と KAPA2G Fast PCR Kit（日本ジェネティクス）を用い、表 3-1 の組成で、Veriti（サーモフィッシャーサイエンティフィック）にて PCR 反応を行った。

表 3-1：PCR 反応液の組成（1 サンプルあたり）
PCR mixture$

1 sample（l）

5×Buffer

5

25 mM MgCl2

2.5

10 mM dNTP

0.65

10 M Primer Mix$

1.25

KapaHS Taq

0.15

DDW

14.45

TOTAL

24

プライマーはマウス系統ごとに表 3-2 のプライマー10 M を含む Primer Mix を作成し、

使用した。

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表 3-2：各マウスの PCR に用いるプライマー一覧
tdTomato マウス
プライマーNo.

配列（5'から 3'方向）

oIMR9020

AAGGGAGCTGCAGTGGAGTAoIMR9021

CCGAAAATCTGTGGGAAGTCoIMR9103

GGCATTAAAGCAGCGTATCCoIMR9105

CTGTTCCTGTACGGCATGG

Brainbow マウス
11341

GAATTAATTCCGGTATAACTTCG

oIMR8545

AAAGTCGCTCTGAGTTGTTAToIMR8916

CCAGATGACTACCTATCCTC

K8 マウスoIMR1084

GCGGTCTGGCAGTAAAAACTATC

oIMR1085

GTGAAACAGCATTGCTGTCACTToIMR7338

CTAGGCCACAGAATTGAAAGATCToIMR7339

GTAGGTGGAAATTCTAGCATCATCC

K14 マウス
24964

CGCATCCCTTTCCAATTTACoIMR1374

GGGTCCATGGTGATACAAGG

oIMR7338

CTAGGCCACAGAATTGAAAGATCToIMR7339

GTAGGTGGAAATTCTAGCATCATCC

Veriti サーマルサイクラーでは表 3-3 の温度設定で PCR 反応を行った。

表 3-3：PCR 反応条件の詳細
温度

時間（サイクル数）

94 ℃

2 min

94 ℃

20 sec65 ℃

15 sec(-0.5 ℃ per cycle decrease)

68 ℃

10 sec

94 ℃

15 sec60 ℃

15 sec72 ℃

10 sec

72 ℃

2 min

10 ℃

hold

10 cycles

28 cycles

13
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アガロースゲル電気泳動は、アガロース（寒天）を使用し、核酸をその大きさ（長さ）に応じて分離する実験法である。DNA はそれぞれに大きさ（長さ）と電荷を持っており、分子量の大きいものほどゲルの中を移動しにくく、小さいものほど移動しやすくなる。
臭化エチジウム（EtBr）が DNA に取り込まれ、紫外線を当てることで観察できる。本研究では 2～3%アガロースゲルを用いた電気泳動にて行った（Mupid-2Plus または Mupid-exu、
株式会社ミューピッド）。UV トランスイルミネーターもしくは Amersham Imager 600（GE
ヘルスケア）にて目的の増幅産物が得られているかどうか確認した。
3）リアルタイム PCR は上述の PCR とアガロースゲル電気泳動を組み合わせて目的の DNA
産物を観察する方法とは異なり、サイクルごとにその遺伝子量を蛍光量としてモニタリ
ングすることで検出する方法である。Premix Ex Taq（Probe qPCR、タカラバイオ株式会社）を用い、LightCycler96 システム（Roche）にて行った。抽出した DNA は Wizard SV
Gel and PCR Clean-Up System（Promega）を用いて精製し、DNA 濃度を NanoDrop One（ThermoFisher）にて測定し、5 l あたり 100 ng になるように調整した。
リアルタイム PCR は表 3-4 の組成を用いて実施した。
表 3-4：リアルタイム PCR 反応液の組成（1 サンプルあたり）
PCR mixture

1 sample（l）

10M oIMR1084

0.08

10M oIMR1085

0.08

10M oIMR1544

0.08

10M oIMR3580

0.08

PrimeTime1$

0.03

PrimeTime2#

0.03

Premix Ex Taq

10.00

DDW

4.62

TOTAL

15.00

$

PrimeTime qPCR Probes1 ： FAM- AAA CAT GCT TCA TCG TCG GTC CGG-BHQ1#

PrimeTime qPCR Probes2 ： Cy5- CCA ATG GTC GGG CAC TGC TCA A-BHQ2

どちらも IDT 社にて合成したものを使用した。
上記の mixture と 5 l あたり 100 ng の DNA を混ぜ、表 3-5 の条件でリアルタイム PCR
を行った。

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表 3-5：リアルタイム PCR 反応条件の詳細
温度

時間（サイクル数）

95 ℃

30 sec

95 ℃

5 sec

60 ℃

30 sec45 cycles

結果は Ct 値を用いた相対定量法（2^(-Ct)法）にて評価した(4)。
③タモキシフェン投与
10 mg/ml タモキシフェン溶液はタモキシフェン（Sigma）0.1 g あたり 250 l のエタ
ノール（Wako）を添加し、ボルテックスにて撹拌後、あらかじめ加温したピーナッツ油（Sigma）をタモキシフェン 0.1 g あたり 9.75 ml 加え、溶けるまで撹拌した。必要に応じて、同様に 1～20 mg/ml でタモキシフェン溶液を調整した。
投与するマウスはあらかじめ当日までに体重を測定しておき、マウス体重 25 g あたり
0 から 4.5 mg の濃度で、マウスが 4 週齢から 11 週齢で腹腔内投与した。タモキシフェン
は体内で 4 ヒドロキシタモキシフェンに代謝されるため、投与後は 1 週間、ディスポーザ
ブルケージ（イノケージ、オリエンタル技研工業）で飼育したのち、通常のケージに戻した。使用したディスポーザブルケージは実施機関の廃棄区分に従って廃棄した。
④組織採取
タモキシフェン投与し、一定期間の後、マウス個体から乳腺組織を採取した。その後、組織学的な観察では 10%ホルマリン溶液にて 1 時間処理し、組織を固定した。フローサイ
トメトリー法での解析については後述する方法で処理した。
⑤乳腺の内在性蛍光タンパク質および蛍光免疫染色
マウス体内で生じた蛍光タンパク質を検出する実験では、乳腺組織固定後、リン酸緩衝液（PBS）で 10 分間 3 回洗浄したのち、DAPI（ThermoFisher）にて 4 ℃で一晩反応させた。PBS にて 10 分間 3 回洗浄したのち、以下の組織透明化処理を Rios らの方法に従って行った(5)。
蛍光免疫染色を組み合わせる場合は、組織固定ならびに PBS での洗浄を行った後、10%
ウシ血清アルブミン、1% Triton-X-100 を含む PBS（ブロッキング溶液）で 4 ℃一晩反応させた。その後、以下の抗体をブロッキング溶液で至適な濃度に希釈し、4 ℃で 3
overnight 反応させた。PBS で 10 分間 3 回洗浄したのち、表 3-6 の濃度の二次抗体で 2
overnight 反応させた。同時に DAPI 染色を行った。

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表 3-6：蛍光免疫染色で使用した抗体とその希釈倍率
一次抗体

希釈倍率

Polyclonal Antibody against Keratin 14（PRB-155P、COVANCE）

1：1000Keratin 8（TROMA-I、DSHB）

1：100

二次抗体

希釈倍率

Goat Anti-Rat IgG H&L（Alexa Fluor 647）

1：200

Goat Anti-Rabbit IgG H&L (Alexa Fluor® 488)

1：200

PBS にて 10 分間 3 回洗浄したのち、以下の組織透明化処理を行った。
組織の透明化は FUnGI クリアリング溶液（50%グリセロール（vol / vol）、2.5 M フル
クトース、2.5 M 尿素、10.6 mM Tris Base、1 mM EDTA）を次のように段階的に調製して行った：フルクトース 100 g を 23.3 ml Tris-EDTA pH8.0（100 mM Tris Base、10 mM
EDTA（Sigma））および 110 ml のグリセロールに室温で溶解した。続いて、33.1 g の尿素を加え、溶液が均一になるまで室温で攪拌した。
組織標本の透明化処理は、固定組織サンプルを 15 ml コニカルチューブに入れた 50 μg/ ml アスコルビン酸、0.05 ng / ml L-グルタチオンを含む FUnGI クリアリング溶液に添加し、4 ℃で一晩以上（暗所で）反応させた。
透明化した乳腺組織は FUnGI クリアリング溶液とともに封入した（See ThroughChamber、富士フイルム和光純薬）。画像は IX-83 共焦点顕微鏡システム（オリンパス）で取得し、二次元の蛍光画像を三次元再構成するために cellSens Dimension（オリンパス）を用いた。
⑥フローサイトメトリー法を用いたラベルされた細胞の同定
フローサイトメトリーは、細胞集団の特性を測定するために使用される方法である。
フローサイトメーター機器に注入された細胞懸濁液は、一列になってレーザー光放射位
置を通過し、それにより得られる散乱光は細胞とその成分に特異的である。細胞は細胞表面抗原に結合する抗体に標識された蛍光色素で標識されているので、光は吸収され、特定の波長の光を放出する。1 秒間に多数の細胞をすばやく測定でき、収集したデータはコンピュータで処理される。
フローサイトメトリー法によるラベルされた細胞の同定は Illa-Bochaca らの方法に準じた(6)。採取した第 4 乳腺と必要に応じて第 3 乳腺について、リンパ節を除去したのち、眼科用ハサミとメスで細かくミンチにし、ペースト状になるまで行った（7～10 分程度）。
その後、ペースト状の組織を Collagenase/hyaluronidase（STEMCELL Technologies）とcomplete Epicult medium 5% FBS（STEMCELL Technologies）を 1：9 で混ぜたものに投入
し、1 h・37 ℃で攪拌する。その後、室温にて 400 g（15×100 rpm）で 10 分遠心した。
上清を捨て、氷冷 HBSS 2% FBS を 5 ml 入れて、細胞懸濁液を 15 ml チューブに移した。
400 g・50 秒（加速モードは中を使用、TOMY AX511、トミー精工）遠心し、上清を捨て、
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氷 冷 HBSS 2%FBS を 5 ml 入 れ た 。 こ の 工 程 を 2 回 繰 り 返 し た の ち 、 遠 心 後 、
0.05%Trypsin/EDTA を 2 ml いれ、37 ℃で加温しながら 1 分間ピペッティングした。5 mlの氷冷 HBSS 2%FBS を加え、5 分間、400 g で遠心した。上清を除去し、5 U/ml Dispase（STEMCELL Technologies） 4.5 ml と 2,000 U/ml DNase 500 l をそれぞれチューブに入れて 1 分間混ぜた。5 ml の氷冷 HBSS 2%FBS を加え、5 分間 400 g で遠心した。上清を除去し、5 ml の Ammonium Chloride Solution（STEMCELL Technologies）を加え、5 分間、
400 g で遠心した。氷冷 HBSS 2% FBS を 5 ml 入れ、細胞懸濁液を Falcon® 40 m セルス
トレーナー（CORINING Incorporated）に通し、5 分間、400 g で遠心した。上清を除き、細胞数を計測した（TC20 Cell Counter、Bio-Rad Laboratories）。
乳腺組織には乳腺上皮細胞以外にも T 細胞、B 細胞、単球/マクロファージ、顆粒球、赤芽球などの細胞が混在している。これを除去するために、Lineage Cell Depletion Kitを用いた（Miltenyi Biotec）。乳腺細胞懸濁液を 2000 rpm・5 分間遠心し、最大 107 細胞に対し 40 l の FACS Buffer（0.5% BSA、2mM EDTA、PBS）を加えた。Biotin-Antibody
Cocktail を 10 l 加え、10 分間、氷上で反応させた。さらに 30 l の FACS Buffer を加え、Anti-Biotin MicroBeads を 20 l 加えた。氷上で 15 分反応させたのち、2000
rpm・5 分間で遠心した。上清を除去し、500 l の FACS Buffer に懸濁し、あらかじめMACS separator（Miltenyi Biotec）と呼ばれる磁石にセットした MS カラム（Miltenyi
Biotec）に加えた。カラムから溶出される細胞液を回収した。さらに 500 l の FACS
Buffer をカラムに加える工程を 3 回繰り返し、溶出された細胞液を回収した。2000
rpm ・5 分間で遠心し、上清を除去した。細胞の濃度が一定となるように FACS Buffer を入れて、表 3-7 の抗体と 100 倍希釈で、氷上で 30 分間、反応させた。

表 3-7：フローサイトメトリー法で使用した抗体とその希釈倍率
抗体

希釈倍率

APC anti-mouse CD24（BL101814）

1:100

APC/Cyanine7 anti-mouse/rat CD29（BL102226）

1:100

PerCP-Cy5.5 Rat Anti-Mouse CD24（BD、562360）

1:100

Milli-Mark Anti Mouse Integrin b1 (CD29)-FITC, clone MB1.2（Millipore、FCMAB269F）

1:100

遠心したのち、10%ホルマリンで 10 分間固定する。2000 rpm・5 分間で遠心し、上清を除去したのち、500 l の FACS Buffer をいれた。マイクロキャピラリーフローサイト
メトリーシステム Guava easyCyte（Luminex）にて解析した。

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JAEA-Review 2020-045(3) 試験結果及び考察
遺伝子型の判定は 4 種類のマウス系統に対し行うことで、それぞれのトランスジーンが仔マウスに引き継がれていることを確認した。一般に、遺伝子は両親から 1 本ずつ引き継ぐ染色体上に存在しているため、トランスジーンは父方と母方と両方から受け継ぐホモと、どちらかから受け継ぐヘテロのマウスが生まれる（どちらかの親が野生型である場合、F1
マウスにも野生型が生まれる可能性が生じる）。Brainbow マウスの遺伝子型の判定例を示す（図 3-5）。このマウスでは、PCR 反応後のアガロースゲル電気泳動にて、野生型だと386 塩基対、ヘテロだと 300 と 386 塩基対の二種類、ホモだと 300 塩基対のバンドが検出される。ポジティブコントロール実験を同時に実施することで、確認したいマウスの遺伝子型が判別できる。

図 3-5：遺伝子型判定結果（一例）

図 3-6：K14 と K8 マウスのリアルタイム PCR を用いた遺伝子型の判定
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tdTomato マウスと Brainbow マウスでは通常の PCR 法とアガロースゲル電気泳動を組み合わせた判定法でホモとヘテロが区別できるが、K14 マウスと K8 マウスでは区別することができない。そのため、リアルタイム PCR 法を用い、1 コピーの差を検出することで判定を行った（図 3-6）。K14 マウス、K8 マウス、tdTomato マウス、Brainbow マウスについて、
K14 と tdTomato、K14 と Brainbow、K8 と tdTomato、K8 と Brainbow の 4 つの組み合わせのF1 マウス作出が考えられるが、これまでのところ、K14 と Brainbow の F1 マウスは試した
タモキシフェン濃度や投与週齢、観察期間では蛍光タンパク質を発現する細胞を同定することができていない。そのため、本研究ではそれ以外の K14 雌マウスと tdTomato 雄マウスの仔マウスである K14-tdTomato F1 マウス、tdTomato 雌マウスと K8 雄マウスの仔マウスである K8-tdTomato F1 マウスならびに Brainbow 雌マウスと K8 雄マウスの仔マウスである
K8-Brainbow F1 マウスの遺伝子型の判定を行った。まず、それぞれの F1 マウスについて、PCR を行い、アガロースゲル電気泳動を行った結果、両親のそれぞれの性質が F1 マウスに引き継がれていることを確認した。図 3-7 で K14-tdTomato マウスの例を示す。

図 3-7：解析用 F1 マウスの遺伝子型判定結果（一例）
マウス No.が同じものは同一の DNA を用いてそれぞれの PCR を行った。ここで示すすべてのマウスに K14 と tdTomato の性質が引き継がれている（両遺伝子座ともにヘテロの結果となる）ことが確認できた。
次に、K14-tdTomato F1 マウスについて、タモキシフェンを投与する実験を行った。11
週齢の K14-tdTomato F1 雌マウスに対し、体重 25 g あたり 4.5 mg または 1.5 mg になるよ
うに調整したタモキシフェン溶液を腹腔内投与した。3 日後、乳腺を採取し、IX-83 共焦点
顕微鏡システムにて透明化した乳腺を観察した。
その結果、体重 25 g あたり 4.5 mg 投与したマウス乳腺では多数の赤色の蛍光を発する細胞（蛍光シグナルから基底細胞と推測される）が観察された。体重 25 g あたり 1.5 mg投与したマウス乳腺では 4 倍の対物レンズでの観察で一視野に全くもしくは 1 個しか観察されないことが多かった（図 3-8）。また、これまでの観察ではタモキシフェン溶液の溶
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図 3-8：K14-tdTomato マウスにおけるタモキシフェン濃度検討
溶媒（ピーナッツ油）もしくはタモキシフェン投与後 3 日目で乳腺組織を採取した。
赤が tdTomato 陽性細胞。乳管上皮細胞の核を DAPI 染色（青色）した。
媒のピーナッツ油を投与したコントロール群では蛍光を発する細胞は検出されなかった。
K8-tdTomato F1 マウスでも同様の実験を行った。7 週齢のマウスに対し、体重 25 g あた
り 2 mg では投与後 3 日目でほぼすべての乳腺の細胞（蛍光シグナルから内腔細胞と推測される）が標識されていた。体重 25 g あたり 0.1 mg でも多くの細胞が標識されていた。一方で、ピーナッツ油を投与した群でも一部に蛍光を発する細胞を検出した（図 3-9）。このことはタモキシフェンが存在しなくても tdTomato 遺伝子の上流に挿入されている終止コ
ドンが外れていることを示唆している。いずれにしても、本 F1 マウスは本事業に用いることができないと結論付けた。
これらの標識された細胞が内腔細胞なのか、基底細胞なのか明らかにするために、免疫組織学的解析とフローサイトメトリー法による解析を行った。データは示していないが、
K14-tdTomato マウスにおける tdTomato 陽性細胞が K14 蛍光免疫染色と一致する傾向にある
予備的検討結果を得た。フローサイトメトリー法による解析では、図 3-10 に示すように、
K8-tdTomato F1 マウスでは tdTomato 陽性細胞が表面抗原で分別される内腔細胞集団と同一になり、一方で K14-tdTomato F1 マウスでは基底細胞集団と同一になった。なお、データは示していないが、K8-Brainbow F1 マウスのフローサイトメトリー法を用いた解析も行い、
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GFP、CFP、YFP、RFP 陽性細胞が表面抗原で分別される内腔細胞集団に含まれるという予備的結果を得た。
また、4 週齢の K8-Brainbow F1 マウスに対し、体重 25 g あたり 1.5 mg でタモキシフェンを投与し、投与後 26 日で同様に乳腺組織を観察したところ、乳腺の細胞（蛍光シグナルから内腔細胞と推測される）が GFP、CFP、RFP、YFP の 4 色で標識されていた（図 3-11）。
FV3000 レーザー共焦点顕微鏡を用いることで、CFP が形態的特徴から細胞膜に局在していること、GFP が同様に核に局在していることが示唆された。

図 3-9：K8-tdTomato マウスにおけるタモキシフェン濃度検討
溶媒（ピーナッツ油）もしくはタモキシフェン投与後 3 日目で乳腺組織を採取した。
赤が tdTomato 陽性細胞。核を DAPI 染色（青色）した。

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図 3-10：フローサイトメトリー法による解析結果の一例
赤矢印で示した細胞集団が tdTomato 陽性細胞。
ゲーティングは、①全細胞集団、②単一細胞集団、③tdTomato 陽性細胞集団、④あらかじめ cd24 と cd29 染色をしてそれぞれの集団を把握したのち、③の細胞集団がどこに属するかを検討した。

図 3-11：K8- Brainbow マウス乳腺におけるラベルされた細胞集団
右側拡大した画像にはそれぞれ赤、青、緑、黄でラベルされた細胞が観察できた。
撮影はオリンパステクノラボ（オリンパス株式会社）にて
FV3000 レーザー共焦点顕微鏡を用いた。
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JAEA-Review 2020-045(4) まとめ
量子科学技術研究開発機構放射線医学総合研究所の動物実験施設で維持されている、幹細胞で主に発現する遺伝子のプロモーターの下流に Cre リコンビナーゼが組み込まれた遺伝子改変マウスと、Cre リコンビナーゼが働くと蛍光タンパク質を発現するようになる遺伝子改変マウスを維持・繁殖させるとともに、それらのマウスをかけあわせ、目的の F1 マウスを作出した。その際には PCR 法を用いた遺伝子型の確認により、それぞれの性質が適
切に F1 マウスに引き継がれていることを確認した。
目的の F1 マウスは通常飼育下では、Cre リコンビナーゼが機能しない。タモキシフェンと呼ばれるエストロジェン類似体を個体に投与することにより Cre リコンビナーゼが初めて機能を発揮する。予備的検討としてこのタモキシフェン投与量と投与時期について、それぞれ至適な条件を投与したマウス個体から得られる乳腺などの組織を用い、病理組織学的解析やフローサイトメトリー法などにより検討した。

参考文献(1) Ozasa K, Shimizu Y, Suyama A, Kasagi F, Soda M, Grant EJ, Sakata R, Sugiyama H,
Kodama K. Studies of the mortality of atomic bomb survivors, Report 14, 19502003: an overview of cancer and noncancer diseases. Radiat Res. 2012;177(3):229243.
(2) Rios AC, Fu NY, Lindeman GJ, Visvader JE. In situ identification of bipotent
stem cells in the mammary gland. Nature. 2014;506(7488):322-327.
(3) Van Keymeulen A, Rocha AS, Ousset M, Beck B, Bouvencourt G, Rock J, Sharma N,
Dekoninck S, Blanpain C. Distinct stem cells contribute to mammary glanddevelopment and maintenance. Nature. 2011;479(7372):189-193.
(4) Livak KJ, Schmittgen TD. Analysis of relative gene expression data using realtime quantitative PCR and the 2−ΔΔCT Method. Methods 2001;25: 402-408.
(5) Rios AC Capaldo BD, Vaillant F, Pal B, van Ineveld R, Dawson CA, Chen Y, Nolan
E, Fu NY; 3DTCLSM Group, Jackling FC, Devi S, Clouston D, Whitehead L, Smyth
GK, Mueller SN, Lindeman GJ, Visvader JE. Intraclonal Plasticity in Mammary
Tumors Revealed through Large-Scale Single-Cell Resolution 3D Imaging. Cancer
Cell. 2019;35(4):618-632.
(6) Illa-Bochaca I1, Fernandez-Gonzalez R, Shelton DN, Welm BE, Ortiz-de-Solorzano
C, Barcellos-Hoff MH. Limiting-dilution transplantation assays in mammary stem
cell studies. Methods Mol Biol. 2010;621:29-47.

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3.2 数理モデルによる幹細胞の動態解析（再委託先：東京大学）
3.2.1 2 次元空間構造を含む乳腺組織動態の数理モデル構築(1) 目的既存の知見及びすでに得られている予備的な細胞系譜追跡データを参考に、組織内の細胞の種類や空間上の配置を決め、幹細胞クローンの系譜をそれぞれ区別できるようにする
ために解析環境の整備を行い、2 次元格子空間上で分裂、死亡、分化が確率性を持って継続的に引き起こされている乳腺組織をコンピュータ上に再現する。
(2) 方法
マウス実験による乳腺組織のイメージデータを想定して、50 細胞×100 細胞の 2 次元格子空間をコンピュータ上に構築した。横長の空間構造になっており、上下は周期境界条件とすることによって、管の特性を考慮した。空間上に配置された細胞の中で、確率的に死亡する細胞が選ばれ、その後近接する細胞が分裂して、細胞の入れ替わりが起こる。この細胞の入れ替わりを 1 単位時間とする。乳腺組織には複数種類の細胞が存在するが、本シ
ミュレーションでは、乳管上皮細胞とその前駆細胞の 2 種類の細胞を細胞分裂速度が異なるものとして導入した。以上の条件で、組織の細胞が入れ替わり、クローン頻度が移り変わっていく様子を表すシミュレーションアルゴリズムを開発した。
実際のシミュレーションでは、はじめに 50×100 の 2 次元格子空間上に 5000 細胞を仮想的に配置し、それぞれ異なるクローン番号を付与した。擬似乱数によって死亡する細胞を決定し、例として、(j,k)という空間に存在する細胞が死亡すると選ばれた場合、そのノイマン近傍の(j+1,k), (j-1,k), (j,k+1), (j,k-1)の 4 地点から分裂し穴埋めをする細胞が選ばれるとしている。j 方向に関しては、周期境界条件を仮定しており、j=0, j=49 の細胞が死亡に選ばれた場合、それぞれ、j=49, j=0 の空間に存在する細胞も分裂候補になる。一方、k方向に関しては、吸収境界条件を仮定しており、k=0,k=99 の細胞が死亡に選ばれた場合、3 近傍から細胞が分裂して穴埋めをすることになる。細胞の選ばれやすさは、乳管上皮細胞と前駆細胞で s 倍異なると仮定しており、例として、(j,k)の近傍の細胞が乳管上皮細胞 1つ、前駆細胞 3 つの場合、乳管上皮細胞が選ばれる確率は 1/(1+3s)と表される。分裂する細胞を選ぶ際にも新たに擬似乱数を用いる。このように、死亡する細胞と分裂する細胞を確率的に選び、細胞の入れ替えを行う。これがシミュレーション上での 1 ステップになる。
この手法は集団遺伝学で使われる Moran モデルに空間構造を含めたアルゴリズムと言える。
シミュレーションで組織中の細胞すべてが入れ替わる期待値である 5000 ステップが、現実での組織細胞の入れ替わりにかかる時間に相当すると考えている。細胞の入れ替わりを実行しながら、常に細胞のクローン番号の消失や広がりを追跡することによって、空間上でのクローン頻度が変化する様子を調べることができる。

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JAEA-Review 2020-045(3) 結果及び考察
はじめに、最も単純な条件として、50×100 の空間に敷き詰められた同種の細胞が入れ替わりによって、それぞれのクローン頻度が変化していく様子をコンピュータシミュレー

ションによって計算した（図 3-12）。時間は空間上の全ての細胞が入れ替わるまでの時間
を 1（シミュレーションの 1 ステップを 1/5000）とした。図 3-12a の色はそれぞれのクローンの ID を表しており、初期細胞は全て別のクローンから始まるとした。図 3-12a で、時間と共に同じ色が固まっていく様子は同じ祖先のクローンが空間上で広がっていく様子を表している。また、クローン頻度の変化として、Simpson’s index (D)を用いた。この指標は、として計算する。ここで、pi はクローン i の集団内頻度になる。集団内の全ての細胞が別ク
ローンであれば、pi が非常に小さくなり、Simpson’s index (D) が大きくなる。この指標は集団内の多様性を表しており、シミュレーションの初期条件として、全ての細胞を別クローンと考えるとすると、最初は Simpson’s index が 1 に限りなく近い状態からスタートする（図 3-12b）。その後、シミュレーションアルゴリズムに従って、2 次元格子空間上で細胞の入れ替わりが起こっていくと、確率的に、空間上で広がっていくクローンが出現し、その結果、集団上の多様性は減少する（図 3-12）。このシミュレーションは確率的な影響を受けるので、全く同じ条件でシミュレーションした別の 2 例も示す（図 3-13）。多様性の変化は 3 例とも減少傾向にあり、似たような時間変化を示した。

図 3-12：同種細胞成長なし条件でのシミュレーション結果

次に、細胞を 50×50 の空間に敷き詰め、その後細胞が残りの空間(50×50)に向かって成長していく様子を表すシミュレーションを行った（図 3-14）。図 3-14a で、t=0 のときに白くなっている空間が、細胞が埋まっていない空間で、時間と共に近い細胞が空間に広が
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図 3-13：同種細胞成長なし条件でのシミュレーション結果（別 2 例）

図 3-14：同種細胞成長あり条件でのシミュレーション結果
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JAEA-Review 2020-045っていく。この場合、t=200 の時点（全細胞が 200 回入れ替わりを行った時点）で全ての空間を埋めていることがわかる。この例では、t=6500 前後で多様性の指標が 0 になっているので、その時点で空間を 1 つのクローンが埋めたことがわかる（図 3-14b）。また、図 314a を見ると、成長した場所（右側）に関しては、色が同一であることから、同じクローンが広がりやすくなっており、多様性が非常に低くなっていることがわかる。本条件でも確率的な影響を確認するために、同じ条件で 2 例行った結果を示す（図 3-15）。この結果を見ると、多様性が失われることが 2 例で確認されており、成長なし条件に比べて、多様性が失われやすい可能性を示唆している。
さらに、乳腺組織に 2 種類の分化段階の細胞が存在しているとして、それらの細胞分裂頻度が異なるとした場合に、クローン頻度の動態に影響があるかを調べた（図 3-16）。本
条件では、機能している乳管上皮細胞と未分化な前駆細胞の 2 種類を考慮し、前駆細胞は乳管上皮細胞よりも 1.5 倍細胞分裂速度が速いと仮定した。前駆細胞と乳管上皮細胞の初期存在比を 1:9 とした時の結果を示す（図 3-16）。細胞が死亡した場所に分裂する細胞は前駆細胞の方が確率的に高くなるので、1 種類の細胞の場合に比べて（図 3-12）、多様性

図 3-15：同種細胞成長あり条件でのシミュレーション結果（別 2 例）

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図 3-16：2 種細胞成長なし条件でのシミュレーション結果

図 3-17：2 種細胞成長なし条件でのシミュレーション結果（別 2 例）

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図 3-18：2 種細胞成長あり条件でのシミュレーション結果

図 3-19：2 種細胞成長あり条件でのシミュレーション結果（別 2 例）

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JAEA-Review 2020-045が失われる速度が速いと考えられたが、本シミュレーションではその違いはそれほど大きくは見られなかった。また、この場合についても、確率的な影響を調べるために、同じ条件で 2 回シミュレーションを行った（図 3-17）。これまでとは異なり、多様性が単調に失われていくのではなく、ある時期にいったん多様性を取り戻すということも 2 例で確認された。
最後に、組織が成長する条件と細胞分裂速度の異なる 2 種類の細胞が存在する条件を合わせた場合のシミュレーションも行った（図 3-18）。組織が成長する効果としては、図 314 と図 3-15 から多様性が小さくなる傾向が挙げられる。細胞の種類が 2 種類ある効果としては、多様性が失われはじめてから、再び増大する傾向が挙げられる。これらの効果が合わさった結果として、図 3-18 では、比較的早い多様性の喪失が見られた。しかしながら、
他 2 例を見てみると、1 例では早期の多様性喪失、1 例では、多様性の維持が見られ、確率的なばらつきが増大している可能性を示唆している（図 3-19）。
(4) まとめと今後の展望
これまで、乳腺組織の細胞動態に関して開発したシミュレーションアルゴリズムを用いた結果を示してきた。第一の結果として、シミュレーションが正常に運用できることを確
かめることができた。第二の結果として、シミュレーションの試行の中で、(i)単純な 1 種細胞、組織成長なしの細胞動態、(ⅱ)1 種細胞、組織成長ありの細胞動態、(ⅲ)2 種細胞、組織成長なしの細胞動態、(ⅳ)2 種細胞、組織成長ありの細胞動態の 4 種類のケースについて、パイロットデータを取得できた。シミュレーションの条件を変えてもシミュレーシ
ョンが実行できることを確認した。生物学的な結果として、はじめバラバラであったクローンが時間と共に、島を作りながらクローンが少なくなっていく様子を再現できた。特に、組織成長ありの場合は、成長部分の多様性が小さくなることが示唆された。そのほかには、
細胞分裂速度の異なる細胞が存在していた場合も多様性の減少速度が速くなる傾向が見られた。
今後の展開として、これまではそれぞれの条件で 3 例のシミュレーションにとどまっていたが、多様性変化の平均とばらつきを統計的に捉えるために、100 例以上でのシミュレ
ーション結果の取得を目指す。さらに、2 種細胞が存在すると考えた場合、それぞれの存
在比、細胞分裂速度比を 1:9、1:1.5 とそれぞれ仮定を置いていたが、マウス実験による時
系列イメージデータや文献データなどからこれらのパラメータの取得を目指す。最終的には放射線の効果を細胞分裂速度の変化、2 種細胞頻度の変化などとしてシミュレーション
アルゴリズムに加えて、クローン頻度変化への影響を数理学的に調べ、実験データによって検証を行う。

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3.3 研究推進
本研究を推進するに当り研究代表者の下で各研究項目間ならびに CLADS 等との連携を密にした。また、研究実施計画を推進するための打合せや会議等を開催した。
・令和元年 12 月 17 日（火）研究打ち合わせ
場所：量研機構放医研
参加機関：量研機構放医研、東京大学
・令和 2 年 1 月 30 日（木）研究打ち合わせ
場所：東京大柏キャンパス
参加機関：量研機構放医研、東京大学、国立がん研究センター（オブザーバー）
・令和 2 年 2 月 21 日（金）研究推進会議場所：量研機構放医研
参加機関：量研機構放医研、東京大学

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4．結言
この研究では、量子科学技術研究開発機構放射線医学総合研究所の動物実験施設で維持されている、幹細胞で主に発現する遺伝子のプロモーターの下流に Cre リコンビナーゼが組み込まれた遺伝子改変マウスと、Cre リコンビナーゼが働くと蛍光タンパク質を発現するようになる遺伝子
改変マウスを維持・繁殖させるとともに、それらのマウスをかけあわせ、目的の F1 マウスを作出した。その際には PCR 法を用いた遺伝子型の確認により、それぞれの性質が適切に F1 マウスに引き継がれていることを確認した。
目的の F1 マウスは通常飼育下では、Cre リコンビナーゼが機能しない。タモキシフェンと呼ばれるエストロジェン類似体を個体に投与することにより Cre リコンビナーゼが初めて機能を発揮する。予備的検討としてこのタモキシフェン投与量と投与時期について、それぞれ至適な条件を投与したマウス個体から得られる乳腺などの組織を用い、病理組織学的解析やフローサイトメトリー法などにより検討した。
組織内の細胞の種類や空間上の配置を決め、幹細胞クローンの系譜をそれぞれ区別できるようにするために解析環境の整備を行い、2 次元格子空間上で分裂、死亡、分化が確率性を持って継続的に引き起こされている乳腺組織をコンピュータ上に再現した。

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国際単位系（SI）
表１．SI 基本単位
SI 基本単位

基本量

名称
記号
長
さメ ートル m
質
量 キログラム kg
時
間
秒
s
電
流ア ンペア A
熱力学温度 ケ ル ビ ン K
物 質 量モル mol
光度 カ ン デ ラ cd

表２．基本単位を用いて表されるSI組立単位の例
SI 組立単位
組立量
名称
記号
面
積 平方メートルm2
体
積 立方メートルm3
速 さ ， 速 度 メートル毎秒m/s
加速度 メートル毎秒毎秒
m/s2
波
数 毎メートルm-1
密 度 ， 質 量 密 度 キログラム毎立方メートル
kg/m3
面
積
密
度 キログラム毎平方メートル
kg/m2
比
体
積 立方メートル毎キログラム
電流
密
度 アンペア毎平方メートル
磁 界 の 強 さ アンペア毎メートル
量 濃 度 (a) ， 濃 度 モル毎立方メートル
質量
濃度 キログラム毎立方メートル輝
度 カンデラ毎平方メートル屈折率 (b) （数字の） １
比 透 磁 率 (b) （数字の） １

乗数
24

10
1021
1018
1015
1012
109
106
103

3

m /kg
A/m2
A/m
mol/m3
kg/m3
cd/m2
1
1

102
101

ヨ

表５．SI 接頭語
記号
乗数
名称
タ
Ｙ
シ
10-1 デ

ゼ
タ
エ ク サ

Ｚ
Ｅ

10-2

ペ
テ

タ
ラ

Ｐ
Ｔ

ギ
メ

ガ
ガ

Ｇ
Ｍ

マイクロ
ノ
10-9 ナコ
10-12 ピ
10-15 フェムト

キ
ロ
ヘ ク ト
デ
カ

ｋ
ｈ
da

10-3
10-6

記号

セ ン チ
ミ
リ

ト
10-18 ア
10-21 ゼ プ ト
10-24 ヨ ク ト

d

c
m
µ
n
p
f
a
z
y

表６．SIに属さないが、SIと併用される単位
名称
記号
SI 単位による値
分
min 1 min=60 s
時
h 1 h =60 min=3600 s（a）量濃度（amount concentration）は臨床化学の分野では物質濃度（substance concentration）ともよばれる。
（b）これらは無次元量あるいは次元１をもつ量であるが、そのことを表す単位記号である数字の１は通常は表記しない。

d
°
’

日
度
分

表３．固有の名称と記号で表されるSI組立単位
SI 組立単位
組立量
他のSI単位による SI基本単位による
名称
記号
表し方
表し方
（ｂ）
平
面
角 ラジアン(ｂ)
rad
m/m
1
（ｂ）
(ｂ)
(c)
2
2
立
体
角 ステラジアン
sr
1
m /m
周
波
数 ヘルツ（ｄ）
Hz
s-1
力
ニュートン
N
m kg s-2
圧力
応
力 パスカル,Pa
N/m2
m-1 kg s-2
エ ネ ル ギ ー , 仕 事 , 熱 量 ジュールJNm
m2 kg s-2
仕 事 率 ， 工 率 ， 放 射 束 ワット
WJ/s
m2 kg s-3
電
荷
電気量 クーロン,
CsA
電 位 差 （ 電 圧 ） , 起 電 力 ボルト
VW/A
m2 kg s-3 A-1
静電
容量 ファラドF
C/V
m-2 kg-1 s4 A2
電
気
抵
抗 オーム
Ω
V/A
m2 kg s-3 A-2
コ ン ダ ク タ ン ス ジーメンス
S
A/V
m-2 kg-1 s3 A2
磁
束 ウエーバWb
Vs
m2 kg s-2 A-1
磁
束
密
度 テスラ
T
Wb/m2
kg s-2 A-1
イ ン ダ ク タ ン ス ヘンリーH
Wb/A
m2 kg s-2 A-2
セ ル シ ウ ス 温 度 セルシウス度(ｅ)℃K
光
束 ルーメンlm
cd
cd sr(c)照度 ルクスlx
m-2 cdlm/m2
Bqs-1
放 射 性 核 種 の 放 射 能 （ ｆ ） ベクレル（ｄ）
吸収線量, 比エネルギー分与,
グレイ
Gy
J/kg
m2 s-2カーマ
線量当量, 周辺線量当量,Sv
J/kg
m2 s-2シーベルト（ｇ）
方向性線量当量, 個人線量当量酸素
活性 カタールkat
s-1 mol

1 d=24 h=86 400 s
1°=(π/180) rad1’=(1/60)°=(π/10 800) rad”1”=(1/60)’=(π/648 000) radha 1 ha=1 hm 2=104m2
L，l 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3t
1 t=103 kg

秒
ヘクタール
リットル
トン

表７．SIに属さないが、SIと併用される単位で、SI単位で表される数値が実験的に得られるもの
名称
記号
SI 単位で表される数値
電 子 ボ ル ト
ダ ル ト ン
統一原子質量単位

eV
Da
u

天

ua

文

単

位

1 eV=1.602 176 53(14)×10 -19J

1 Da=1.660 538 86(28)×10-27kg
1 u=1 Da

1 ua=1.495 978 706 91(6)×1011m

表８．SIに属さないが、SIと併用されるその他の単位
名称
記号
SI 単位で表される数値
バー
ル bar １bar=0.1MPa=100 kPa=10 5Pa
水銀柱ミリメートル mmHg １mmHg≈133.322Pa(a)SI接頭語は固有の名称と記号を持つ組立単位と組み合わせても使用できる。しかし接頭語を付した単位はもはや
コヒーレントではない。
(b)ラジアンとステラジアンは数字の１に対する単位の特別な名称で、量についての情報をつたえるために使われる。
実際には、使用する時には記号rad及びsrが用いられるが、習慣として組立単位としての記号である数字の１は明示されない。
(c)測光学ではステラジアンという名称と記号srを単位の表し方の中に、そのまま維持している。
(d)ヘルツは周期現象についてのみ、ベクレルは放射性核種の統計的過程についてのみ使用される。
(e)セルシウス度はケルビンの特別な名称で、セルシウス温度を表すために使用される。セルシウス度とケルビンの単位の大きさは同一である。したがって、温度差や温度間隔を表す数値はどちらの単位で表しても同じである。
(f)放射性核種の放射能（activity referred to a radionuclide）は、しばしば誤った用語で”radioactivity”と記される。
(g)単位シーベルト（PV,2002,70,205）についてはCIPM勧告2（CI-2002）を参照。

表４．単位の中に固有の名称と記号を含むSI組立単位の例
SI 組立単位
組立量
SI 基本単位による
名称
記号
表し方
-1
粘
度 パスカル秒
Pa s
m kg s-1
力 の モ ー メ ン ト ニュートンメートル
Nm
m2 kg s-2
表面
張力 ニュートン毎メートル
N/m
kg s-2角
速度 ラジアン毎秒
rad/s
m m-1 s-1=s-1
角
加速度 ラジアン毎秒毎秒
rad/s2
m m-1 s-2=s-2
熱 流 密 度 , 放 射 照 度 ワット毎平方メートル
W/m2
kg s-3
熱 容 量 , エ ン ト ロ ピ ー ジュール毎ケルビン
J/K
m2 kg s-2 K-1
比 熱 容 量 ， 比 エ ン ト ロ ピ ー ジュール毎キログラム毎ケルビン J/(kg K)
m2 s-2 K-1
比 エ ネ ルギ ー ジュール毎キログラム
J/kg
m2 s-2
熱伝
導率 ワット毎メートル毎ケルビン W/(m K) m kg s-3 K-1
体 積 エ ネ ル ギ ー ジュール毎立方メートル J/m3
m-1 kg s-2
電界の強さ ボルト毎メートル
V/m
m kg s-3 A-1
電荷密
度 クーロン毎立方メートル C/m3
m-3 s A
表面
電
荷 クーロン毎平方メートル C/m2
m-2 s A電 束 密 度 ， 電 気 変 位 クーロン毎平方メートル C/m2
m-2 s A誘
電率 ファラド毎メートル
F/m
m-3 kg-1 s4 A2
透磁率 ヘンリー毎メートル
H/m
m kg s-2 A-2
モ ル エ ネ ル ギ ー ジュール毎モル
J/mol
m2 kg s-2 mol-1
モルエントロピー, モル熱容量 ジュール毎モル毎ケルビン J/(mol K) m2 kg s-2 K-1 mol-1
照 射 線 量 （ Ｘ 線 及 び γ 線 ） クーロン毎キログラム
C/kg
kg-1 s A
吸収線
量率 グレイ毎秒
Gy/s
m2 s-3放射
強度 ワット毎ステラジアン
W/srm4 m-2 kg s-3=m2 kg s-3
放射輝
度 ワット毎平方メートル毎ステラジアン W/(m2 sr) m2 m-2 kg s-3=kg s-3
酵 素 活 性濃 度 カタール毎立方メートル kat/m3
m-3 s-1 mol

名称

オングストローム
海
里
バ
ー
ン

Å
Ｍ

１Å=0.1nm=100pm=10-10m
１M=1852m

b

ノ
ネ
ベ

ト
パ
ル

kn
Np
Ｂ

１b=100fm2=(10-12cm) 2 =10-28m2
１kn=(1852/3600)m/s

ル

dB

ッ
ー

デ

シ

ベ

SI単位との数値的な関係は、対数量の定義に依存。

エ

表９．固有の名称をもつCGS組立単位
名称
記号
SI 単位で表される数値
ル
グ erg 1 erg=10-7 J

ダ
ポ

イ
ア

ス
ス

ト ー ク
チ
ル

フ
ガ

ォ

ン dyn 1 dyn=10-5N
ズ P 1 P=1 dyn s cm-2=0.1Pa s
ス St 1 St =1cm2 s-1=10-4m2 s-1
ブ sb 1 sb =1cd cm-2=104cd m-2
ト ph 1 ph=1cd sr cm-2 =10 4lx
ル Gal 1 Gal =1cm s-2=10-2ms-2

マ ク ス ウ エ ルガ
ウス
エルステッド（ ａ）

Mx
G
Oe

1 Mx = 1G cm2=10-8Wb
1 G =1Mx cm-2 =10-4T
1 Oe (103/4π)A m-1（a）３元系のCGS単位系とSIでは直接比較できないため、等号「は対応関係を示すものである。

キ
レ
ラ

名称
ュ
リ
ン

レ
ガ

ト

表10．SIに属さないその他の単位の例
記号
SI 単位で表される数値
ー Ci 1 Ci=3.7×1010Bq

ゲ

ン

ン R
ド rad
ム rem
マ γ

フ
ェ
ル
ミ
メートル系カラット

1 R = 2.58×10-4C/kg

1 rad=1cGy=10-2Gy
1 rem=1 cSv=10-2Sv
1 γ=1 nT=10-9T
1 フェルミ=1 fm=10-15m

ト
標

準

気

1 メートル系カラット = 0.2 g = 2×10-4kg
ル Torr 1 Torr = (101 325/760) Pa
圧 atm 1 atm = 101 325 Pa

カ

ロ

リ

ー

cal

ミ

ク

ロ

ン

µ

大

」

1 cal=4.1858J（｢15℃｣カロリー），4.1868J（｢IT｣カロリー），4.184J（｢熱化学｣カロリー）

1 µ =1µm=10-6m（第8版，2006年）