Biological effects of heavy-ion beam on budding yeast cells

Abstract

The effects of N-ion and Ne-ion irradiation on survival of yeast cell (IL166-6b, leu2, ura3, trp1-rho(sup +)) were investigated. The irradiation dosed were 20-1,000 Gy for N-ion and 5-200 Gy for Ne-ion, respectively. When the cells were irradiated by N ion, the viable cells decreased exponentially in the range from 0 to 250 Gy. In the case of Ne-ion irradiation, an exponential decrease in the viable cells was observed in the range from 0 to 50 Gy. This result suggests that the yeast cells were differently susceptible to the two types of heavy ion. Then, the irradiation effects of Ne-ion were compared with those of EMS (Ethyl Methane-sulfonate) treatment or Ultraviolet (UV) irradiation. The mutation rate induced by the irradiation of Ne-ion was very lower than that treated by EMS or UV irradiation. This results show the possibility that the heavy ion caused the mutations by an mechanism different from the case of UV and EMS. Next, the effects of irradiation of Ne ion on induction of the respiration deficient progenies from FL(mhr1-1) mutant were examined. The higher rate of such induction than the case of wild type cells was regarded due to a deficiency in mitochondrial DNA (Deoxyribonucleic Acid) repair. However, in the case of UV irradiation, FL67 mutant produced more than 45 percent of respiration deficient progenies. This result has suggested that the heavy ion beam induced such damages of cells that can not be repaired by the mitochondrial recombination. It was found from these results that the double strand breaks were repaired by the genetic recombination, that is, the DNA damages were not a major cause of the degenerative effect of heavy ion beam in mitochondria.

酵母細胞(IL166-6b、leu2、ura3、trp1-ρ(sup +))の生存に及ぼすNおよびNeイオン照射の影響を調べた。照射線量は、NおよびNeイオンに対して、それぞれ20から1000Gyおよび5から200Gyである。細胞をNイオンで照射した場合、生存細胞は0から250Gyの範囲で指数関数的に減少した。また、Neイオン照射の場合には、0から50Gyの範囲で指数関数的な減少が見られた。このことは、酵母細胞は2種類の重イオンに対して異なった感受性を示すことが窺われる。さらに、Neイオン照射効果とEMS(メタンスルホン酸エチル)処理または紫外線(UV)照射の効果の比較も行った。Neイオンの照射によって誘発された突然変異率は、EMS処理またはUV照射の場合よりかなり低かった。これは、重イオンによる突然変異はUVおよびEMSとは異なった機構によって引き起こされる可能性があることを示すものである。次いで、FL67(mhr1-1)突然変異体からの呼吸欠損後代の出現に及ぼすNeイオンの照射効果を調べた。この出現率が野生型の細胞の場合より高いのは、ミトコンドリアのDNA(デオキシリボ核酸)修復の欠損によるものと見られる。UV照射の場合、FL67突然変異体は45%以上の呼吸欠損後代を生じた。この結果は、重イオンビームがミトコンドリアの再結合では修復不能なほどの細胞損傷を生じさせることを示唆している。以上の結果から、2本鎖切断は遺伝子の再結合によって修復されること、すなわちDNA損傷はミトコンドリアにおける重イオンビームの退行効果の主要な原因ではないことが明らかになった。