LET dependence of interphase cell death induction for CHO cells exposed to accelerated heavy-ions

Abstract

High Linear Energy Transfer (LET) radiations induce multiply damaged sites locally within a target molecule like DNA. The LET dependence of the induction of interphase cell death is studied using accelerated heavy-ions. Exponentially growing asynchronous CHO (Chinese Hamster Ovary)-K1 cells were exposed to monoenergetic beams of heavy-ions. X-rays were also used as a standard radiation source. The fraction of cells that underwent interphase cell death after irradiation, increased linearly after exposure to X-rays with dose larger than about 10 Gy, whereas it increased at a higher rate without a threshold after exposure to high-LET heavy-ions such as 230 keV/micro-m Neon. The RBE (Relative Biological Effectiveness) values of heavy-ions relative to X-rays increased with LET and reached a maximum at the LET around 230 keV/micro-m followed by a decay with further increase in LET. The range of LET values corresponding to the maximum RBE was narrower for the interphase death than for the reproductive death as assayed using the loss of colony-forming ability as a criterion. This suggests that targets should be more severely damaged for induction of the interphase cell death than that of reproductive cell death. On the other hand, the inactivation cross-section for interphase cell death reached a plateau at 5 - 10 micro-sq m. The present results are consistent with previous time-lapse observations of the HeLa cells exposed to alpha rays, indicating a predisposition to interphase cell death against heavy-ions irradiation.

高い線エネルギー付与(LET)放射はDNAのようなターゲット分子に局所的に複数の損傷を与える。本研究では重イオンを用いて、細胞死のLET依存性を調べた。指数関数的に増加する非同期性CHO(中国産ハムスタ卵巣)-K1細胞を、単一のエネルギーを持つ重イオンビームに曝した。標準となる放射源としてはX線を用いた。照射後に死んだ細胞の割合は10Gy以上の線量のX線に曝した後では、線形に増加した。この割合は230keV/マイクロメートルのネオンのような高LET重イオンを照射した後には際限なしに、より高い割合で増加した。X線に対する重イオンのRBE(生物学的効果比)値はLETとともに増加し、230keV/マイクロメートル周辺のLETでピークに達し、その後は減少した。コロニー形成能の損失を基準として分析したところ、RBEの最大値に対応するLETの範囲は、間期細胞死の場合の方が分裂期細胞死の場合よりも狭かった。このことはターゲットが間期死よりも分裂期死を起すようなダメージをより多く受けることを意味する。一方、間期細胞死に対する非活性断面積は5-10平方マイクロメートルでほぼ一定となった。この結果は、α線に曝したHeLa細胞が間期細胞死傾向を示すとの先行研究とも矛盾しない。