強 磁 場 の 生 体 影 響 に 関 する 研 究- DNA 修 復 欠 損 培 養 細 胞 を 用 いた 強 磁 場 の 生 体 影 響 評 価 -Study of biological effect of strong static magnetic field- Evaluation of the effect of strong static magnetic field on DNA repair deficient mammalian cells -財 団 法 人 鉄 道 総 合 技 術 研 究 所 吉 江 幸 子 、 池 畑 政 輝Sachiko Yoshie, Masateru IkehataRailway Technical Research Institute独 立 行 政 法 人 物 質 ・ 材 料 研 究 機 構 廣 田 憲 之 、 竹 村 太 郎 、 箕 輪 貴 司 、 花 方 信 孝Noriyuki Hirota, Taro Takemura, Takashi Minowa, Nobutaka HanagataNational Institute for Materials ScienceAbstract:The effects of strong static magnetic fields (SMFs) on cloning efficiencies and magnetic orientation of actine filamentsin the Chinese hamster ovary cells CHO-K1 and its DNA repair deficient mutant xrs5 (ku86 deficient) were investigated.CHO-K1 and xrs5 cells were exposed to 13 T SMF for 24 hr at 37˚C in a cell flask which was filled-up with cultivationmedium. In the result, there were no statistically significant differences in cloning efficiencies between CHO-K1 cell andxrs5 cell. This suggested that strong static magnetic field did not affect cloning efficiency despite the difference in DNArepair ability. Furthermore, magnetic orientation of actine filaments in both cell line was not observed under the condition inthis study.Keywords: Strong static magnetic field, DNA repair, Chinese hamster ovary cellE-mail: ikehata@rtri.or.jp1. はじめに近 年 , 公 衆 が 種 々の 電 磁 場 ( 波 )に 曝 露 する 機 会 が増 加 しているにもかかわらず, 電 磁 場 の 生 体 影 響 については, 科 学 的 な 知 見 が 十 分 とは 言 えない 状 況 が 続 いている。 特 に 医 療 分 野 では 10T を 超 える 磁 束 密 度 を 利用 する MRI が 開 発 されつつあり, 定 常 強 磁 場 に 公 衆 が曝 露 される 可 能 性 が 高 まっているため,その 生 体 影 響を 評 価 し 科 学 的 な 知 見 を 得 ることは 重 要 である。我 々はこれまでに,DNA 修 復 能 力 の 低 い 生 物 を 実 験に 用 いることで, 定 常 強 磁 場 曝 露 によりわずかながら突 然 変 異 頻 度 を 上 昇 させることを 明 らかにしてきた。そしてその 機 構 として, 定 常 強 磁 場 に 曝 露 することにより 生 体 に 付 与 される 酸 化 的 ストレスが 亢 進 している可 能 性 を 示 してきた。この 酸 化 的 ストレスの 原 因 には,生 体 内 で 発 生 するラジカルなどが 考 えられるため, 本研 究 では 定 常 強 磁 場 の 生 物 作 用 としてラジカルの 関 与があるかどうか,また 関 連 するラジカル 種 の 解 析 などを 目 的 としている。 昨 年 度 までの 研 究 において,Superoxide dismutase(SOD) 遺 伝 子 を 欠 損 する 大 腸 菌を 用 いて, 強 磁 場 の 変 異 原 性 を 評 価 したところ, 変 異原 性 および 助 変 異 原 性 は 確 認 されなかった。この 結 果は,superoxide 以 外 の 活 性 酸 素 種 に 対 して 定 常 強 磁 場が 影 響 している 可 能 性 を 示 唆 するため, 他 のラジカル種 の 検 討 や,DNA 損 傷 の 修 復 能 力 が 異 なる 生 物 を 用 いた 変 異 原 性 試 験 等 により, 生 体 内 で 磁 場 の 影 響 を 受 ける 経 路 を 検 討 することが 必 要 であると 考 えられた。これらを 踏 まえ, 本 年 度 は DNA 修 復 能 力 を 欠 損 する 哺乳 類 細 胞 を 用 いて, 定 常 強 磁 場 の 影 響 評 価 を 行 った。また, 強 磁 場 条 件 下 における 現 象 として, 細 胞 等 が 磁束 方 向 に 従 って 配 向 することが 知 られているため, 本研 究 で 用 いた 細 胞 および 曝 露 条 件 でも 配 向 現 象 が 観 察されるかどうか 確 認 を 行 った。2. 実 験 方 法2.1 定 常 磁 場 曝 露 装 置定 常 磁 場 曝 露 装 置 として, 磁 束 密 度 が 最 大 13T の 定常 磁 場 を 発 生 することが 可 能 な 超 伝 導 磁 石 (JASTEC社 製 JMTD-10C13E-NC)を 用 い, 13T の 磁 場 を 曝 露した。 本 曝 露 装 置 では,ボア 壁 面 を 覆 うように 設 置 したシリコン 管 内 に 温 水 を 連 続 的 に 供 給 することにより,ボア 内 を 37℃に 維 持 した。2.2 曝 露 方 法本 研 究 では,チャイニーズハムスターの 卵 巣 由 来 のCHO-K1 細 胞1) およびその DNA 修 復 系 欠 損 株 xrs5(Ku86 欠 損 ) 細 胞2) を 用 いた。 細 胞 濃 度 1×10 4 cells/mlにて,CHO-K1 は 牛 胎 児 血 清 10%を 含 む Ham’s F-12 培地 ,xrs5 は 牛 胎 児 血 清 10%を 含 む αMEM 培 地 中 で 培 養を 開 始 した。 炭 酸 ガスインキュベータ 内 で 24 時 間 培 養した 後 , 磁 束 密 度 13T の 強 磁 場 に 24 時 間 曝 露 した。ボア 内 は CO 2 5% 条 件 に 制 御 することはできないため,pH の 変 化 が 生 じる 恐 れがある。このため 曝 露 中 は 細 胞培 養 フラスコ 内 に 培 地 を 満 たし, 密 封 した 状 態 で 培 養した。2.3 コロニー 形 成 率強 磁 場 曝 露 後 の 各 細 胞 を PBS(-)で 数 回 洗 浄 後 ,0.25%トリプシンで 処 理 を 行 い, 顕 微 鏡 下 で 細 胞 数 を 計 数 した。60mm シャーレに 各 細 胞 100~200 細 胞 となるよう 希 釈し,それぞれの 培 地 で 培 養 を 行 った。 約 6 日 後 に 出 現 したコロニーを 計 数 し,コロニー 形 成 率 を 算 出 した。2.4 アクチン 繊 維 の 観 察強 磁 場 曝 露 後 の 各 細 胞 を PBS(-)で 数 回 洗 浄 後 ,4%ホルムアルデヒド 溶 液 にて 10 分 間 , 室 温 で 固 定 した。PBS(-)で 数 回 洗 浄 後 , 氷 上 で 0.1% Triton X-100 で 5 分間 処 理 を 行 い,PBS(-)で 数 回 洗 浄 した。Alexa546 にてラベルされた phalloidin(Invitrogen)を 1%BSA を 含 む- 85 -
PBS(-)で 適 宜 希 釈 し, 室 温 で 20 分 間 免 疫 染 色 を 行 った。PBS(-)で 数 回 洗 浄 後 ,DAPI で 核 酸 の 染 色 を 行 い, 充 分乾 燥 させた 後 に, 蛍 光 退 色 防 止 剤 とともにカバーグラスで 封 入 した。 作 成 したスライドグラスについて 蛍 光顕 微 鏡 により 観 察 を 行 った。程 の 磁 気 力 による 影 響 を 本 実 験 条 件 では 及 ぼしていないと 考 えられる。 従 って, 本 実 験 条 件 で, 定 常強 磁 場 の 生 体 影 響 を 議 論 する 上 で, 磁 場 による 配 向の 影 響 は 考 慮 しなくてよいと 考 えられた。3. 実 験 結 果 と 考 察CHO-K1 細 胞 および xrs5 細 胞 の 強 磁 場 曝 露 後 のコロニー 形 成 率 の 結 果 を Fig. 1 に 示 す。CHO-K1 細 胞 および xrs5 細 胞 のコロニー 形 成 率 に 統 計 的 に 有 意 な 差 は 見られなかった。このことから, 磁 束 密 度 13T の 強 磁 場は DNA 修 復 系 欠 損 の 有 無 に 関 わらず,コロニー 形 成率 に 影 響 を 及 ぼさないことがわかった。この 結 果 は,本 研 究 の 曝 露 条 件 では, 強 磁 場 への 曝 露 が 致 死 効 果 を示 さず,Ku86 欠 損 による DNA2 重 鎖 切 断 の 増 加 へも影 響 しない 可 能 性 を 示 唆 する。Ratio of cloning efficiency(SMF/control)1.510.50CHO‐K1xrs5Fig. 1 Effect of SMF (13T) on cloning efficiency inCHO-K1 and xrs5 cells.次 に, 両 細 胞 株 についてアクチン 繊 維 の 観 察 を 行 った。 既 往 研 究 において, 強 定 常 磁 場 の 作 用 により, 生体 高 分 子 重 合 体 のフィブリンやコラーゲンが 配 向 することが 知 られている。また, 平 滑 筋 細 胞 やコラーゲンに 包 埋 されたグリア 芽 腫 細 胞 が 定 常 磁 場 に 数 日 間 曝 露することにより, 配 向 するとの 報 告 がなされている 3),4) 。このような 磁 気 力 による 影 響 が, 本 研 究 の 曝 露 条件 において 起 き 得 るか,また 変 異 原 性 を 指 標 とした 場合 に 何 らかの 影 響 を 与 えるかどうかを 確 認 するため,本 実 験 条 件 下 において 曝 露 した 細 胞 の 配 向 を, 定 常 磁場 曝 露 後 の 細 胞 のアクチン 繊 維 を 蛍 光 染 色 して 観 察 した(Fig. 2)。この 結 果 , 本 曝 露 条 件 では,どちらの細 胞 についても 細 胞 およびアクチン 繊 維 の 配 向 は確 認 されなかった。 細 胞 の 配 向 が 観 察 された 報 告 では, 本 研 究 の 条 件 よりも 長 時 間 の 曝 露 を 行 っていること, 細 胞 の 種 類 が 異 なること, 磁 場 中 で 配 向 させたコラーゲンを 基 質 としていたことなどから, 本 実験 条 件 では 配 向 が 観 察 されなかったと 考 えられる。この 結 果 から, 磁 場 は, 細 胞 増 殖 の 過 程 でアクチン繊 維 等 の 細 胞 構 成 物 の 配 向 現 象 として 観 察 できるDirection of magnetic fieldFig. 2 Effect of SMF (13T) on actine filaments.Red: Alexa546-labelled-phalloidin. Blue: DAPI.(a) CHO-K1, control, (b) CHO-K1, SMF exposure,(c) xrs5, control and (d) xrs5, SMF exposure.4. まとめチャイニーズハムスターの 卵 巣 由 来 の CHO-K1 細 胞およびその DNA 修 復 系 欠 損 株 xrs5(Ku86 欠 損 ) 細 胞を 用 いて,13T 強 定 常 磁 場 のコロニー 形 成 率 への 影 響を 調 べた 結 果 ,DNA 修 復 能 力 の 違 いにかかわらずコロニー 形 成 率 には 強 磁 場 の 影 響 は 認 められなかった。また, 細 胞 およびアクチン 繊 維 について, 本 実 験 条 件 では, 配 向 が 観 察 されなかった。参 考 文 献1) Puck, T. T. et al., Genetics of somatic mammalian cells,III. Long –term cultivation of euplod cells from human andanimal subjects J. Exp. Med., 108: 945-956 (1958)2) Jeggo, P. A., and Kemp, L.M., X-ray-sensitive mutantsof Chinese hamster ovary cell line isolation and cross-sensitivityto other DNA-damaging agents, Mutat. Res., 112: 313-327(1983)3) Iwasaka, M. et al., Detection of intercellular macromoleculebehavior under strong magnetic fields by linearly polarizedlight, Bioelectromagnetics, 24: 564-570 (2003)4) Hirose, H. et al, Orientation of human glioblastoma cellsembedded in type I collagen, caused by exposed to a 10Tstatic magnetic field, Neurosci. Lett., 338: 88-90 (2003)- 86 -