渡邉正⼰己退官記念講演会抄録（平成 24 年 6 ⽉月 23 ⽇日、京都）四十二年間の研究の末-発がんの主経路は DNA 損傷を起源としないという主張
渡邉	  正己*1
Masami WATANABE*1	  京都大学放射線生物研究センター： 〒606-8501 京都市左京区吉田近衛町
E-mail：msm@orange.plala.or.jp
Radiation Biology Center, Kyoto University;：Yoshidakonoe-cho, Sakyo-ku, Kyoto 606-8501, Japan.

It has been believed that the first target of radiation carcinogenesis is DNA. However, this is notproved for radiation carcinogenesis yet. We discovered that frequency of aneuploid cell was closely
related to that of radiation-induced cell transformation and natural cell transformation by
high-density cultivation, but gene mutation was not. Cell with p53 gene becomes tetraploid, but does
not get tumorigenicity. On the other hand, cells without p53 gene function become a triploid easily,
and acquire tumorigenicity. Both radiation exposure and high-density cultivation elevated the levelof intracellular oxidative radicals. These radicals induced centrosome destabilization and produced
cells carrying extra centrosome, which promote merotelic attachment of chromosome by altering
spindle geometry. Unresolved merotelic attachments can give rise to lagging chromosomes atanaphase. Aneuploidy was seen in high frequency in early process of cell transformation. Theseresults strongly suggest that a main target of carcinogenesis by low dose radiation is not DNA, but iscentrosome, which are the proteins to constitute chromosomal homeostasis maintenance mechanism.
In addition, this route may be the same as that of natural carcinogenesis.
These serial results support necessity of a review of a LNT hypothesis at a radioprotective point ofview.
キーワード：
放射線発がん、突然変異、非標的影響、遺伝的不安定性、長寿命ラジカル、ミトコンドリア、染色体異数化、中心体I	  はじめにん関連遺伝子が同時に変化するのだろうか？ 一	  放射線による細胞がん化の第一標的が DNA で方、ヒトゲノム解析プロジェクトの結果、ヒトのあることを示す証拠は多い。例えば、網膜芽細胞全遺伝子数は、意外に少なくおよそ 25,000 遺伝子

腫 (RB)や家族性大腸ポリポーシス(FAP)などは、であることがわかった。そのうち、約 10%にあた原因遺伝子が特定されており、その遺伝子の突然るおよそ 2,500 遺伝子が細胞増殖や血管新生など変異が発がんの直接原因であることが明確である。

何らかの意味でがん形質に関係する遺伝子である

しかし、それらの患者のがん発症は 10 万人に数名と予想されている。そして、一般的な遺伝子の放程度と極めて稀な事象である。ところが、ヒトは、射線誘導突然変異率は、およそ 10-5/Gy 程度であその半数ががんになる。この事実は、ヒトのがんることを考えると、細胞がん化（3x10-2/Gy）が起の多くがとても単独の遺伝子変異で生じているときるためには、2,500 の関連遺伝子のすべてが同は考えられないことを示唆する。一度に多くのが時に突然変異を起こさねばならないことになる。

1しかし、これまで、そうしたことが起きているこ件を変えることで容易に生じ、その変化が細胞のとを示唆する結果はない。これらのことからも放無限増殖能の獲得とがん化に繋がることが判った。

射線発がんは、突然変異を経る経路以外に発現頻度が極めて高い経路が存在すると考えるのが極めIV	  ヒト細胞はなぜがん化しないのか？て自然である。ここでは、渡邉が四十二年間に渡一方、ヒト由来細胞をがん化させることは極めって、研究室のスタッフ、多くの学生諸君とともて難しく、私の研究歴に等しい 40 年以上も世界中に実施してきた放射線発がん機構に関する研究成でたくさんのがん研究者が繰り返し取り組んだに果から、導きだした「突然変異を経由しない発がもかかわらず、成功例は数例を数えるに過ぎないん経路」の実体について解説する。

6),7)。そして、その成功例の追試に成功したという報告もない。けれども、ヒト胎児由来培養細胞も発がん処理をされると、他の実験動物の胎児由来II	  突然変異を経由しない発がん経路細胞と同様に一連のがん化形質、すなわち、細胞	  それでは、突然変異を経由しない発がん経路と分裂寿命の延長、悪性形態変化、染色体異数化、はどういったものであろうか？最近、発がん標的

基質非依存性増殖能の獲得、遺伝的不安定性などが DNA でない可能性が指摘されるようになってを発現する。しかし、他の実験動物細胞と違ってきた。例えば、マイクロビームで細胞一個の単位ヒト細胞は、容易に無限増殖能を獲得できず、試で照射を制御できる技術を使った研究で、被ばく験管内でヒト胎児細胞をがん化することは出来てした細胞自身でなく被ばくしていない細胞ががんいない。しかし、私達の二人に一人はがんに罹患化する、あるいは細胞質のみへの被ばくで細胞ががん化する現象があることが見つかっている 1)-3)。

する。このことは、他の動物細胞に比べて、ヒトいわゆる「バイスタンダー効果」である。また、細胞は無限増殖能を獲得（不死化）するために必要な変化が極めて起こりにくいことを示している。

被ばく後、生存した細胞が数十回分裂を繰り返し	  細胞の試験管内寿命を決定する一つの仕組みとて生まれた子孫細胞ががん化することも知られてして、染色体末端に存在するテロメアの役割が良いる。この現象は「遺伝的不安定性」と呼ばれる。

く知られている。ほ乳類のテロメアは TTAGGGどちらの現象も、がん化する細胞の DNA が直接の６塩基の単純繰り返し構造で染色体の末端に存被ばくすることは不要である。すなわち、放射線在し、DNA 複製毎に少しずつ短縮し、ある一定のの標的が DNA である必要がなく、放射線の生物長さを切ると遺伝情報をコードする遺伝子部分が影響の代表的ドグマであった(DNA)標的説に対して「非標的説」と総称されている。DNA でなけれ機能しなくなり細胞は老化し死亡するとされていば何が放射線発がんの標的であろうか？

る。無限増殖能を持つ幹細胞やがん細胞は、短くなったテロメアを元に戻す合成酵素テロメレース

III	  放射線発がんの起源は染色体異数化が機能している。従って、テロメレース活性を復我々のこれまで 40 年近い研究成果は、放射線を活させることで細胞を不死化できる。長い間、ヒト体細胞には、何らかの理由でこのテロメレース照射して実験的にがん化させた細胞において、最活性がないと信じられてきたが、我々は、ヒト胎初に見られる変化が染色体の異数化であることを児由来細胞のテロメレース活性を調べたところ、明確に示している 4),5)。多くのがん細胞で観測されビトロで培養を開始した時点では、他の動物由来

る染色体構造異常は、がん化の初期にはほとんど体細胞と同様に強いテロメレース活性を持ってい観測されない。この現象は、マウス、ハムスターおよびラット胎児由来細胞に共通した現象である。

ることを発見した（図１）8）。しかし、培養を開始し数回の細胞分裂のうちに劇的にテロメレース活さらに驚くことに、こうした染色体異数化は、放性を失う。マウスやハムスターおよびラット由来

射線などの発がん要因で処理されたときに留まら細胞は、継代が進むと一時的にテロメレース活性ず、培養時に高い密度を経験させるなど、培養条2の低下を起こすが、再び活性を取り戻し不死化しろう。しかし、我々の結果は、異常を持った細胞

がん化の道を辿ることができる 8),9)。この性質の違のうち、無視できない多くの細胞が生き残ることいがヒト細胞をビトロでがん化させることが出来を示している。その生き残りの過程で、染色体の異数化が起きていると予想される。その経路を図２に示す。

図1
様々な動物胎児由来初代培養細胞の培養に伴うテロメレース活性の変動ない最大の原因であると考えられる。なぜならば、
図 2	  染色体異数化誘導経路

正常ヒト細胞をがん化するためにテロメレース活性を一義的に制御しているテロメレース触媒サブユニット（TERT）遺伝子の活性化が極めて有効	  通常、中心体が増加した細胞が多極分裂を起こであることが知られているからである。テロメレ

すと核分裂がうまくゆかず細胞は死を迎える。そース活性は幹細胞から前駆細胞にかけて特異的にの場合、二個の娘細胞に受け渡されるべき染色体発現されていることも良く知られており、我々のが、三個以上の細胞に分散されるので、全ての遺発見は、がん化が分化の制御異常から容易に生ず伝情報が個々の細胞に受け継がれる可能性は極めることを意味している。て低いからであろう。しかし、増えた中心体が二	  そして、細胞の分裂回数を考えるとヒト細胞集極に集まって疑似二極分裂を起こすと、複数の中団はテロメレース活性を一斉になくしていること

心体が集合した極から複数の紡錘子が伸び動原体となり、この現象に潜む遺伝子発現シャットオフにメロテリック結合することがわかった。メロテ機構は、がん化機構を考える上でも、分化を考えリック結合部では、染色体分離時に力学的不均衡る上でも極めて貴重な現象である。

が生じ染色体不均等分離が生ずる。そのため、染色体の取り残しが起きるが、引き続く細胞分裂時

V	  染色体異数化の標的は何か？に一方の細胞に染色体が取り込まれることになる。	  さて、III 章では、がん化細胞に最初に普遍的に染色体が異数化した細胞では遺伝子発現が大きく見られる変化が染色体の異数化であることを示し変化し、種々のがん形質を発現するようになる。

た 4),5)。そうであれば、発がんに関係する標的は、現時点で、我々は、「中心体構造異常⇒染色体異数

染色体異数化を引き起こす細胞内構造であると推化⇒細胞がん化」が、放射線発がんの主経路であ測できる。我々は、その標的候補としてテロメア、ると結論している。

サブテロメア、セントロメア、セントロゾーム（中心体）などに注目して検討したが、得られた結果

VI	  染色体異数化の標的は何か？

から中心体がその第一候補と考えている。放射線	  染色体異数化はどのようにして細胞がん化を促照射や高密度培養は、中心体数の増減など様々な進するのであろうか？我々は、マウスやヒトの胎異常を誘導する。勿論、こうした異常を持った細児由来細胞から三倍体細胞と四倍体細胞を分離し、胞の多くは細胞分裂が旨く行かず死を迎えるであそれぞれの細胞におけるがん形質発現を調べたが、3四倍体細胞は無限増殖能を獲得するものの、基質スキャベンジャー効果は、放射線照射中に処理さ非依存性増殖能や造腫瘍性を獲得していないことれたときに限られる。しかし、我々の最近の研究が判った。一方、三倍体細胞では、トリソミー化成果では、放射線処理後、20 分を経た後からビタした染色体に限らず正常数のままである染色体にミン C を処理しても細胞がん化を完璧に抑制できコードされた遺伝子でもその発現が異常になってることがわかった 14)。放射線照射終了 20 分後にいることが判った 10)。それに伴い、細胞増殖能が細胞内に存在しビタミン C で捕捉できるラジカル、亢進し、DNA 損傷性が増し、かつ、基質非依存性すなわち長寿命ラジカルが発がんの原因ラジカル増殖能や造腫瘍性を獲得している。三倍体化が細であると考えられる。

胞がん化を誘導する仕組みはまだ明確ではないが、	  長寿命ラジカルは、細胞内の高分子をランダム三倍体化が細胞がん化の原因であることは強く示に攻撃するが、その標的の一つが中心体である。

唆される。

確かに、発がんが誘導される放射線を被ばくした	  我々の成果を総合的に解釈すると、図 3 下段に細胞や高密度培養された細胞では、中心体の増加示す経路を辿る可能性が大きい。まず、放射線はが観察される。ミトコンドリアから漏れ出る電子

細胞内ミトコンドリア機能を攪乱させ、電子伝達が細胞内酸化ラジカルを生じ、細胞内高分子を損系を不調とするため、電子伝達系から電子が漏れ傷するという反応は、通常の生理活動においてもだし細胞内酸化ラジカル量を増加させる。我々は、日常茶飯事に生じていることであるが、細胞には、そうしたラジカルを捕捉し無毒化する機構が備わっており、損傷生成と無毒化が絶妙にバランスをとっているものと思われる 15)。ヒトの細胞は、他の実験動物の細胞に比べ細胞内酸化度を一定に保つ能力が格段に整っている。このことがヒトの細胞ががん化しにくい理由の一つである可能性も大きい。放射線を被ばくした時は、そのバランスが一時的に壊れ発がん影響を顕在化させる。すなわ
ち、放射線防護で問題とされるレベルの低線量放射線は、自然生理活動のバランスを壊す働きをし

図3	  放射線発がんのDNA 損傷起源仮説と非DNA 損傷起源説ているに過ぎず、それ自体が発がんの原因損傷を作っているのではないだろう。言い換えれば、低線量放射線による発がんは自然発がんを押し上げ

このラジカルのうち発がんの主役は、常温で 20ているに過ぎない。バランスを壊す要因は、放射時間以上の半減期を持つ長寿命ラジカルであると線以外のような外来要因に限らず、通常の生理活考えている。この長寿命ラジカルは、細胞内高分動自身も含まれるであろう。従って、発がんは避子タンパクに存在するスルフイニル残基に生じたけることのできない現象でありその頻度も桁外れものであり，ビタミン C やエピガロカテキンなどに大きくなる。加えて、生ずる原因損傷は非 DNAで効率よく捕捉される特徴を持つものである 11)-13)。

損傷である。従って、青写真である DNA が正常

このことは、放射線による生体影響が OH ラジカに保たれているので、中心体の機能異常で染色体ルや O2-ラジカルなどの活性の高いラジカルであの不均等分配が一度生じたとしても、次の分裂時るとする既存の概念と根本的に異なる。活性の高には、正常な中心体によって正常な分裂が行われいラジカルは、DMSO などのラジカルスキャベンるであろう。

ジャーで捕捉されるが、活性ラジカルの常温細胞内における半減期が 200 ナノ秒以下と短いので、

4

VII	  おわりに

the influence of cell-to-cell contact, Radiat Res,

我々の結果は、放射線発がんの経路には DNA

161(4): 397-401, 2004.

損傷を起源とする経路以外に、DNA 損傷を起源と4) Suzuki K, Yasuda N, Suzuki F, Nikaido O,しない経路が存在することを示している。そして、

Watanabe M.: Trisomy of chromosome 9q: specific

DNA 損傷を起源としない経路が圧倒的主経路でchromosome change associated with tumori-ある。したがって、国際放射線防護委員会が採用

genicity during the process of X-ray-induced

する「放射線発がんの原因は、DNA 損傷である」

neoplastic transformation in golden hamsterという大前提の上に成り立っている閾値無し直線

embryo cells, Int J Cancer, 44(6): 1057-1061, 1989.

仮説（LNT）仮説によって放射線の発がん危険度

5) Watanabe M, Suzuki K, Kodama S: Karyotypicを推測することに科学的な妥当性はなくなった。

changeswithneoplastic

また、放射線によって誘導される DNA 損傷を起morphologicallytransformed

源としない発がん経路で起きている現象は、自然

embryo cells induced by X-rays, Cancer Res, 50(3):発がん経路で起きている現象と区別することがで

760-765, 1990.

conversion
goldenin

hamster

きない。自然発がんの頻度は、遺伝子の突然変異

6) Kakunaga T: Neoplastic transformation of human

頻度に比べ、数百倍~千倍高いので、低線量域にdiploid fibroblast cells by chemical carcinogens,は、必然的に「生理学的閾値」が存在すると考えProc Natl Acad Sci USA, 75(3): 1334-1338, 1978.

るのが最も実際に近いといえる。その意味で、放7) Namba M, Nishitani K, Hyodoh F, Fukushima F,

射線発がんリスクを推測するために、LNT 仮説のKimoto T.: Neoplastic transformation of human

利用は再考されるべきである。放射線発がんの標

diploid fibroblasts (KMST-6) by treatment with

的が DNA であると考えて放射線防護の本質を理60Co gamma rays, Int J Cancer, 35(2): 275-280,
1985.

解することはできず、安全な放射線防護技術の確

8) Yang Z, Kodama S, Suzuki K, Watanabe M.:

立はできない。いま望まれるのは、低線量放射線

Telomeraseの生体影響と自然発がんの仕組みの全容を明らか

activity,

telomere

length,andchromosome aberrations in the extension of lifeにし、科学的基盤に立った放射線防護概念を再構

span of human embryo cells induced by low-dose

築することである。

X-rays, J Radiat Res (Tokyo), 39(1): 35-51, 1998.
9) Kodama S, Mori I, Koy K, Yang Z, Suzuki K,

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Watanabe

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Culturecondition-dependent

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mutagenic radicals induced in mammalian cells by3) Mitchell SA, Randers-Pehrson G, Brenner DJ, HallEJ.: The bystander response in C3H 10T1/2 cells:

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radicals by (-)-epigallocatechin-3-O-gallate andsimultaneoussuppressionofmutationin渡邉正己略歴

irradiated mammalian cells, Radiat Phys Chem,

1948 年3 月11 日
1954 年4 月	  	 1960 年4 月	  	 1963 年4 月	  	 1967 年4 月	  	 1971 年4 月	  	 1973 年4 月	  	 1977 年5 月	  	 1978 年5 月	  	 1982 年11 月	 

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13) Matsumoto T, Miyazaki T, Kosugi Y, Kumada T,
Koyama S, Kodama S, Watanabe M.: Reaction oflong-lived radicals and vitamin C in gammairradiated mammalian cells and their model
system at 259 K. Tunneling reaction in biological1986 年９月	  	 1992 年1 月	  	 1994 年4 月	  	 system, Radiat Phys Chem, 49 (5): 547-551, 1997.
14)Koyama S, Kodama S, Suzuki K, Matsumoto T,
Miyazaki T, Watanabe M.: Radiation-induced

1999 年10 月
2005 年1 月	 	  	  	  	  	  	  	 2012 年3 月	  	 2012 年4 月	  	 long-lived radicals which cause mutation andtransformation, Mutat Res, 421 (1): 45-54, 1998.

6岐阜県加茂郡古井町（現美濃加茂市森山町）で誕生
美濃加茂市立古井小学校入学
美濃加茂市立東中学校入学
岐阜県立加茂高等学校
金沢大学薬学部製薬化学科入学
金沢大学大学院薬学研究科入学
日本学術振興会薬学奨励研究生（1977 年3 月まで）
金沢大学薬学部助手（1986 年8 月まで）
東京大学博士取得（薬学博士）
ミシガン州立大学がん研究所研究員（1984 年10 月まで併任）
横浜市立大学医学部助教授
長崎大学薬学部教授（2006 年12 月まで）
京都大学放射線生物研究センター客員教授（1996 年3 月まで併任）
長崎大学副学長（2002 年10 月まで併任）
京都大学原子炉実験所教授（医学研究科および理学研究科教授を併任；2012 年3 月まで）退官
京都大学放射線生物研究センター	  特任教授