ウサギ胚性幹細胞の放射線応答

Radiation Response of Murine Embryonic Stem Cells.

• Christine E Hellweg
• Vaibhav Shinde
• Sureshkumar Perumal Srinivasan
• Margit Henry
• Tamara Rotshteyn
• Christa Baumstark-Khan
• Claudia Schmitz
• Sebastian Feles
• Luis F Spitta
• Ruth Hemmersbach
• Jürgen Hescheler
• Agapios Sachinidis

抄録

放射線による分化・発生障害のメカニズムを理解するために、マウスCGR8胚性幹細胞（mESC）を電離放射線に曝露し、胚性小体（EB）を形成して分化させた。生存にはコロニー形成能試験、X線照射後の生存率判定にはMTT試験を適用した。細胞周期の進行はヨウ化プロピジウム染色細胞のフローサイトメトリーで、DNA二本鎖切断(DSB)の誘導・修復はγH2AX免疫蛍光で測定した。mESCの放射線感受性は、マウス骨芽細胞株OCT-1と比較してわずかに高かった。X線照射後72時間後の生存率は線量依存的に低下し、白血病抑制因子(LIF)の存在下で高い値を示した。2Gyまたは7Gyの照射を受けた細胞は一過性のG2停止を起こした。X線照射によりγH2AX病巣が誘導され、72時間以内に消失した。遺伝子発現解析の結果、発生遺伝子（および）の制御、解糖とピルビン酸代謝に関わる遺伝子のダウンレギュレーション、p53シグナル伝達経路に関連する遺伝子のアップレギュレーションなどが明らかになった。X線照射したmESCはEBを形成し、心筋細胞へと分化したが、その拍動頻度は未照射細胞からのEBに比べて低かった。これらの結果は、X線照射によりmESCの発生過程に関連する遺伝子の制御が緩和されていることを示唆している。mESCのX線照射によって最も重要な生物学的プロセスは、心血管系、神経系、循環器系、腎系の発生であった。これらの結果は、動物実験で観察されたX線照射による胚性致死や奇形を説明するものと考えられる。

To understand the mechanisms of disturbed differentiation and development by radiation, murine CGR8 embryonic stem cells (mESCs) were exposed to ionizing radiation and differentiated by forming embryoid bodies (EBs). The colony forming ability test was applied for survival and the MTT test for viability determination after X-irradiation. Cell cycle progression was determined by flow cytometry of propidium iodide-stained cells, and DNA double strand break (DSB) induction and repair by γH2AX immunofluorescence. The radiosensitivity of mESCs was slightly higher compared to the murine osteoblast cell line OCT-1. The viability 72 h after X-irradiation decreased dose-dependently and was higher in the presence of leukemia inhibitory factor (LIF). Cells exposed to 2 or 7 Gy underwent a transient G2 arrest. X-irradiation induced γH2AX foci and they disappeared within 72 h. After 72 h of X-ray exposure, RNA was isolated and analyzed using genome-wide microarrays. The gene expression analysis revealed amongst others a regulation of developmental genes ( and ), downregulation of genes involved in glycolysis and pyruvate metabolism whereas upregulation of genes related to the p53 signaling pathway. X-irradiated mESCs formed EBs and differentiated toward cardiomyocytes but their beating frequencies were lower compared to EBs from unirradiated cells. These results suggest that X-irradiation of mESCs deregulate genes related to the developmental process. The most significant biological processes found to be altered by X-irradiation in mESCs were the development of cardiovascular, nervous, circulatory and renal system. These results may explain the X-irradiation induced-embryonic lethality and malformations observed in animal studies.