Effects of heavy-ion beams on radio-sensitive mutant cell lines

Abstract

The effects of charged particles on cell killing in a pair of the mouse cell lines which are normal or defective in the repair of DNA (Deoxyribonucleic Acid) dsb (double strand breaks) were compared. The charged particle beams used were Ne ion of 135 MeV/u, Ar ion of 83 or 90 MeV/u, and Fe ion of 90 MeV/u. In the dsb repair deficient cells, the RBE (Relative Biological Effectiveness) values were close to unity for the cell killing induced by the charged particles with the LET (Linear Energy Transfer) up to 200 keV/micrometer, and were smaller than unity at LET region larger than 300 keV/micrometer. The Inactivation Cross Section (ICS) increased with the LET for both cell lines. The ICS of dsb repair deficient mutants is larger than that of their parents for the LET up to 2,000 keV/micrometer. With increasing the LET, the difference of ICS between the mutants and its parent became smaller. This suggests that the repair system of parent cell line did not work well for the breaks induced by high LET ion beams. That is, the repairable dsb decreases, and the ratio of the non-repairable dsb to the total dsb increases with increasing the LET. The difference in the ICS disappeared at the LET of about 3,000 keV/micrometer.

DNA(デオキシリボ核酸)dsb(2本鎖切断)の修復が正常または欠損した1対のマウス細胞株の細胞死に及ぼす荷電粒子の効果を比較した。使用した荷電粒子ビームは、135MeV/uのNeイオン、83または90MeV/uのArイオンならびに90MeV/uのFeイオンである。dsb修復欠損細胞においてはRBE(生物学的効果比)の値は200keV/マイクロメートルまでのLET(線エネルギー付与)を持つ荷電粒子によって誘発される細胞死に対して1に近く、300keV/マイクロメートル以上のLET領域においては1より小さい。ICS(不活性化断面積)は両細胞株に対してLETと共に増大した。dsb修復欠損突然変異体のICSは、最高2,000keV/マイクロメートルまでのLETに対してその両親のICSより大きい。LETの増大にともなって、突然変異体とその両親の間のICSの差は小さくなった。このことから、親の細胞株の修復システムは高LETイオンビームによって生じる切断に対しては十分に機能しなかったようである。すなわち、修復可能dbsが減少し、修復不可能dsb対全dsbの比はLETの増加と共に増大する。ICSの差はLETが約3,000keV/マイクロメートルのところで消失する。