電離放射線被曝後のマウスの尿中低分子シグネチャーに対する遺伝的変異の影響。p53欠損症の研究

Effects of Genetic Variation on Urinary Small Molecule Signatures of Mice after Exposure to Ionizing Radiation: A Study of p53 Deficiency.

• Evan L Pannkuk
• Evagelia C Laiakis
• Pelagie Ake
• Steven J Strawn
• Yi-Wen Wang
• Albert J Fornace

抄録

電離放射線（IR）への潜在的な被ばくによるリスクのため、迅速なハイスループットバイオドシメトリーとともに、放射線対策の改善が求められています。一般集団における遺伝子型の違いは、放射線感受性の違いに寄与し、バイオドシメトリの精度に影響を与える可能性がある。これまでの研究では、放射線感受性の高い変異マウス（Parp1およびAtm）を用いて、遺伝子型の欠損が放射線シグネチャーに及ぼす影響を調べてきた。本研究では、このアプローチを拡張して、造血抵抗性マウス（HP）モデル（p53）における放射線被曝後の尿中メタボロームの変化を調べた。p53は放射線応答とアポトーシスの主要な調節因子であるため、造血幹細胞のアポトーシスが制限されると、8-10Gy程度の線量では死亡率が低下するが、それ以上の線量（15Gy以上）では消化管（GI）クリプト細胞の分裂性カタストロフィーにより死亡率が上昇する。超高性能液体クロマトグラフィー質量分析装置（UPLC-MS）を用いて代謝表現型を調べるために、照射前と全身照射（TBI）の4時間後と24時間後（WT：8Gyと10Gy、p53：10Gy）のマウス（野生型（WT）、p53、p53）から尿を採取した。照射していないWTマウス、p53マウス、およびp53マウスの間では、最小限の差しか検出されなかった。TBI後のトリプトファン、ビタミンB6、ヒスタミン経路、グリシン結合、酸化還元代謝に関与する代謝物の変化はWTマウスとp53マウスで同様であったが、p53欠損マウスでは全体的に反応が鈍化していた。遺伝子型間の代謝パターンは同等であったが、レシーバー操作特性曲線解析により、カルニチン、N1-アセチルペルミジン、クレアチンについて高い特異性と感度で鑑別が可能であった。これらの研究は、一般集団における遺伝的変動による代謝応答の減衰と減衰の両方をバイオドシメトリの枠組みで扱う必要があることを強調しています。

Due to risks from potential exposures to ionizing radiation (IR), improved radiological countermeasures are required, as well as rapid high-throughput biodosimetry. Genotypic variation in the general population contributes to differences in radiosensitivity that may affect biodosimetry accuracy. Previous studies utilized radiosensitive mutant mouse models (Parp1 and Atm) to determine the effects of genotypic deficiency on radiation signatures. Here, we extend this approach by examining changes in the urinary metabolome in a hematopoietic (HP) resistant mouse model (p53) after IR exposure. As p53 is a primary regulator in radiation response and apoptosis, limited hematopoietic stem cell apoptosis leads to reduced mortality at doses of ~8-10 Gy but increased mortality at higher doses (> 15 Gy) due to mitotic catastrophe in gastrointestinal (GI) crypt cells. Urine was collected from mice (wild-type (WT), p53, and p53) pre-irradiation and at 4 and 24 h after total body irradiation (TBI) (WT: 8 and 10 Gy; p53: 10 Gy) for metabolic phenotyping using an ultra-performance liquid chromatography mass spectrometry (UPLC-MS) platform. Minimal differences were detected between unirradiated WT, p53, and p53 mice. While similar perturbations were observed for metabolites involved in tryptophan, vitamin B6, and histamine pathways, glycine conjugation, and redox metabolism for WT and p53 mice after TBI, an overall dampened response was observed in p53-deficient mice. Despite comparable metabolite patterns between genotypes, differentiation was achieved through receiver operating characteristic curve analysis with high specificity and sensitivity for carnitine, N1-acetylspermidine, and creatine. These studies highlight that both attenuated and dampened metabolic responses due to genetic variability in the general population need to be addressed in biodosimetry frameworks.