マウス皮膚における紫外線誘発突然変異の作用スペクトル解析  [in Japanese] Analysis of Action Spectra of UV-induced Mutation in Mouse Skin  [in Japanese]

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Author(s)

    • 東 正一 HIGASHI Shoichi
    • 基礎生物学研究所生物機能解析センター光学解析室 National Institutes of Natural Sciences, National Institute for Basic Biology
    • 渡辺 正勝 WATANABE Masakatsu
    • 基礎生物学研究所生物機能解析センター光学解析室|総合研究大学院大学先導科学研究科 National Institutes of Natural Sciences, National Institute for Basic Biology|School of Advanced Sciences, The Graduate University of Advanced Studies
    • 小野 哲也 ONO Tetsuya
    • 東北大学大学院医学系研究科ゲノム生物学分野 Graduate School of Medicine, Tohoku University

Abstract

【背景】紫外線(UV)はゲノム毒性が非常に強く、DNAに塩基損傷を生成し、特異的な突然変異を誘発するが、その効果には波長依存性があり260nm付近をピークとする作用スペクトルを示す(R.B. Setlow, 1974)。しかし皮膚の場合は角層の遮蔽機能もあり、UVB(280-320 nm)付近が最も危険な波長域とされ、皮膚癌誘発に関わる日光中の主要な波長成分と考えられている。こうした事情もありUVの皮膚影響はヒト紅斑作用スペクトル(CIEスペクトル)を基に評価されることが多くゲノム影響評価にも利用されているが、紅斑はゲノム毒性と因果関係に乏しく疑問が残る。そこで生体皮膚で直接突然変異を解析し、その作用スペクトルを決定した。【方法】突然変異検出用トランスジェニックマウスの皮膚に、基礎生物学研究所の大型スペクトログラフ及びレーザ装置から単色UV光を照射し(共同利用実験1-503, 2-503, 3-503, 4-507, 5-507, 6-511, 7-509, 8-501, 9-501)、表皮及び真皮で突然変異誘発の線量効果関係を調べた。表皮では一定線量を超えると変異誘発が抑制され変異頻度が横ばいになる変異誘発抑制(Mutation Induction Suppression, MIS)という現象が見られたので、MISが認められる最小線量も評価した。また同時に最小炎症線量(Minimum Inflammation Dose, MID;ヒトの最小紅斑線量MEDに相当)を評価した。260-364 nmの間の複数の波長で検討し、変異・MIS・炎症誘発に関する作用スペクトルを解析し、SetlowのDNA作用スペクトル及びCIEスペクトルと比較した。【結果・考察】本研究で得られた変異誘発スペクトルはSetlowのDNAスペクトルと、MIS誘発スペクトルは紅斑スペクトルと短波長域を除きよく一致した。短波長域の不一致は角層による散乱・吸収など皮膚構造の影響によるものと推測される。MID誘発スペクトルは調べた全波長域で紅斑スペクトルとよく一致した。またMISに伴う横ばい変異頻度値には波長依存性が認められ、310-320 nm付近をピークとする極大を示した。これは表皮のこの波長付近のゲノム毒性に対する許容度の高さを示しているが、DNA吸収スペクトルだけでは予想できなかったものであり、MISの発生機構を解明し、その生物学的意義を明らかにする必要がある。

Wavelength-dependent biological effects of ultraviolet light (UV) for the human skin have been assessed mostly based on an action spectrum of human erythema that has been established in 1987 by the International Lighting Commission (CIE spectrum). However, it is questionable to apply the CIE spectrum for evaluation of the UV genotoxicity for skin, since there is little evidence to prove a causal relationship of the UV genotoxicity with erythema. To overcome this problem, we analyzed the mutagenic effects of each wavelength of UV directly in the skin, and established action spectra on UV genotoxicity for skin. To analyze <I>in vivo</I> mutations in the skin, mice with λ phage vector-based <I>lacZ</I>-transgenes were exposed to 260-364 nm monochromatic lights from a big monochromator, the Okazaki Large Spectrograph (OLS), and a 364-nm laser irradiator, both of which were available at the National Institute for Basic Biology (NIBB), Japan, and the transgene was analyzed for UV dose-dependent mutation induction kinetics in the epidermis and dermis. Based on those wavelength-dependent data, action spectra of the mutation induction in the skin were determined. Those action spectra in the epidermis and dermis were quite similar to each other and to the DNA action spectrum established by R. B. Setlow in 1974, which is an action spectrum of UV genotoxicity determined mostly based on bacterial studies, at wavelengths longer than 300 nm. Importantly, we found suppression of the mutation induction in the epidermis at high UV doses for almost all the wavelengths examined. In that epidermis-specific phenomenon of mutation induction suppression (MIS), the induced mutant frequency (MF) leveled off above a certain UV dose, and the minimum UV dose inducing MIS varied by the wavelength. The MIS action spectrum deduced from the minimum MIS doses was considerably similar to the erythema-based CIE spectrum in the wavelength range longer than 298 nm. Moreover, we also found that the epidermal leveled-off MFs varied by the wavelength, peaked around 310-320 nm and extremely repressed at both the shorter and the longer sides of wavelengths. This discovery indicates that the skin could tolerate UV genotoxicity at a wavelength range overlapping the UVB and UVA regions. (This study was carried out under the NIBB Cooperative Research Program for the Okazaki Large Spectrograph; 1-503, 2-503, 3-503, 4-507, 5-507, 6-511, 7-509, 8-501 and 9-501.)

Journal

  • The Japan Radiation Research Society Annual Meeting Abstracts

    The Japan Radiation Research Society Annual Meeting Abstracts 2010(0), 112-112, 2010

    Journal of Radiation Research Editorial Committee

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