特開 2024-5868 ＤＮＡ修復促進装置および方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024005868

(43)【公開日】2024-01-17

(54)【発明の名称】ＤＮＡ修復促進装置および方法

(51)【国際特許分類】

   C12Q 1/02 20060101AFI20240110BHJP

   C12M 1/00 20060101ALI20240110BHJP

   A61N 5/06 20060101ALI20240110BHJP

【ＦＩ】

C12Q1/02

C12M1/00 A

A61N5/06 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022106286

(22)【出願日】2022-06-30

(71)【出願人】

【識別番号】503359821

【氏名又は名称】国立研究開発法人理化学研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110002860

【氏名又は名称】弁理士法人秀和特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】保科 宏道

(72)【発明者】

【氏名】上野 佑也

(72)【発明者】

【氏名】原田 昌彦

(72)【発明者】

【氏名】山崎 祥他

【テーマコード（参考）】

4B029

4B063

4C082

【Ｆターム（参考）】

4B029AA27

4B029BB01

4B029DG10

4B063QA20

4B063QQ05

4B063QR90

4B063QS40

4C082PA10

4C082PC10

4C082PJ01

(57)【要約】

【課題】非侵襲的にＤＮＡ修復を促進可能な技術を提供する。
【解決手段】本開示のＤＮＡ修復方法は、細胞にテラヘルツ光を照射し、前記照射により前記細胞のＤＮＡの損傷修復を促進する、ことを特徴とする。テラヘルツ光は、連続光であることが好ましく、その周波数は０．１５ＴＨｚ以上１ＴＨｚ以下であることが好ましく、０．２ＴＨｚ以上０．５ＴＨｚ以下であることが好ましく、パワー密度は１５０ｍＷ／ｃｍ^２以上３００ｍＷ／ｃｍ^２以下であることが好ましい。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

細胞にテラヘルツ光を照射し、前記照射により前記細胞のＤＮＡの損傷修復を促進する、ことを特徴とするＤＮＡ修復促進方法。

【請求項2】

前記細胞は生細胞である、
請求項１に記載のＤＮＡ修復促進方法。

【請求項3】

前記テラヘルツ光は連続光である、
請求項１に記載のＤＮＡ修復促進方法。

【請求項4】

前記テラヘルツ光の周波数は、０．１５ＴＨｚ以上１ＴＨｚ以下である、
請求項１に記載のＤＮＡ修復促進方法。

【請求項5】

前記テラヘルツ光の周波数は、０．２ＴＨｚ以上０．５ＴＨｚ以下である、
請求項１に記載のＤＮＡ修復促進方法。

【請求項6】

前記テラヘルツ光のパワー密度は、１５０ｍＷ／ｃｍ^２以上３００ｍＷ／ｃｍ^２以下である、
請求項１に記載のＤＮＡ修復促進方法。

【請求項7】

細胞にテラヘルツ光を照射する光照射部を備え、
前記テラヘルツ光の照射により前記細胞のＤＮＡの損傷修復を促進する、
ことを特徴とするＤＮＡ修復促進装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＤＮＡの修復を促進する技術に関連する。

【背景技術】

【0002】

細胞にはＤＮＡ修復を行う機構が備わっており、様々な原因により発生したＤＮＡ分子の損傷を修復することができる。ＤＮＡ修復を促進することは、ガン化や老化の抑制のために重要である。

【0003】

ＤＮＡ修復を促進する手法として、細胞を抗生物質の一つであるEnoxacinで処理することにより、DNA損傷誘導性RNAの生合成を活性化する方法がある（非特許文献１）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】Ubaldo Gioia, Sofia Francia, Matteo Cabrini, Silvia Brambillasca, Flavia Michelini, Corey W Jones-Weinert, Fabrizio d'Adda di Fagagna, Pharmacological boost of DNA damage response and repair by enhanced biogenesis of DNA damage response RNAs, Scientific Reports 9, 6460 (2019) PMID: 31015566, PMCID: PMC6478851, DOI: 10.1038/s41598-019-42892-6

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、非特許文献１の手法は侵襲的であり、Enoxacinを細胞内に取り込ませる必要があった。また、いったん生細胞に取り込ませたEnoxacinの効果を制御すること（例えば、能動的に除去するなどの処理）はできなかった。

【0006】

上記事情を鑑み、本発明は、非侵襲的にＤＮＡ修復を促進可能な技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の第１の態様は、細胞にテラヘルツ光を照射し、前記照射により前記細胞のＤＮＡの損傷修復を促進する、ことを特徴とするＤＮＡ修復促進方法である。

【0008】

本発明の第２の態様は、細胞にテラヘルツ光を照射する光照射部を備え、前記テラヘルツ光の照射により前記細胞のＤＮＡの損傷修復を促進する、ことを特徴とするＤＮＡ修復促進装置である。

【0009】

本発明の手法は、テラヘルツ光を照射するだけで損傷修復を促進できる非侵襲的な手法であり、将来的な生命現象の光制御技術開発のための重要な基盤技術となる。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、化学物質などを細胞に取り込ませることなく、非侵襲的にＤＮＡ修復を促進できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】ＤＮＡ修復促進装置の概要を示す図。

【図2】ＤＮＡ修復実験におけるγＨ２ＡＸの蛍光顕微鏡画像。

【図3】ＤＮＡ修復実験におけるＤＡＰＩ蛍光強度に対するγＨ２ＡＸ蛍光強度の統計値（コントロール実験で得られた値を１として規格化）。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下では、図面を参照しながら、この発明を実施するための形態を説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。

【0013】

［１．装置構成］
図１は、本実施形態に係るＤＮＡ修復促進装置１の概要を示す図である。ＤＮＡ修復促進装置１は、テラヘルツ光源１１、ホーンアンテナ１２、プラスチックレンズ１３、小型インキュベータ１４、フィルムボトムディッシュ１５、顕微鏡１６を含む。ＤＮＡ修復促進装置１は、小型インキュベータ１４内の培養細胞１７に対して、テラヘルツ光源１１からテラヘルツ光を照射することによって、培養細胞１７のＤＮＡの損傷修復を促進させる。

【0014】

テラヘルツ光源１１は、ＩＭＰＡＴＴダイオードを使用して連続光を発生させる。テラヘルツ光源１１から発生したテラヘルツ光は、ホーンアンテナ１２（４ｍｍ×４ｍｍ）を介して出力され、プラスチックレンズ１３によって集光されて、培養細胞（生細胞）１７に照射される。テラヘルツ光源１１および光学系（ホーンアンテナ１２およびプラスチックレンズ１３）が本発明の光照射部に相当する。

【0015】

上記の構成は一例に過ぎず、細胞にテラヘルツ光を照射できる構成であれば任意の構成が採用可能である。また、顕微鏡１６は、テラヘルツ光照射による修復促進の効果を観察するために使用しており、必須の構成ではない。

【0016】

［２．実験手法］
試料となる培養細胞１７は、ヒトがん細胞（ＨｅＬａ細胞）であり、ポリオレフィン製のフィルムボトムディッシュ１５中で培養される。フィルムボトムディッシュ１５はポリオレフィン製であり、テラヘルツ光はポリオレフィンを透過するため、ディッシュ底部に張り付いた培養細胞１７に効果的に照射できる。また、フィルムボトムディッシュ１５は、小型インキュベータ１４に設置され、３７℃に保たれ、ＣＯ_２および水蒸気を含んだ空気を環流させる。

【0017】

ＤＮＡ損傷は培養細胞１７へブレオマイシンを投与することで誘起し、誘起されたＤＮＡ損傷はＤＮＡ損傷マーカであるγＨ２ＡＸ（リン酸化ヒストンＨ２ＡＸ）の蛍光強度によって観測する。

【0018】

具体的には、実験は下記の工程を含む。
１．細胞（ＨｅＬａ細胞）１７を１時間培養する
２．細胞１７をブレオマイシン（７．５μＭ）で１時間処理し、ＤＮＡ損傷を誘起する
３．ブレオマイシン洗浄後に、細胞１７を１時間培養し、損傷を回復させる。

【0019】

各工程後に試料を固定して、γＨ２ＡＸ量をγＨ２ＡＸ抗体の蛍光強度によって観測する。また、ＤＮＡをＤＡＰＩで染色してＤＮＡ総量を見積もり、蛍光顕微鏡画像から総ＤＮＡに対する損傷ＤＮＡ量を求める。

【0020】

本実験は、テラヘルツ光の照射条件が異なる以下の４つの条件で行って、その結果を比較した。
（ａ）テラヘルツ光非照射
（ｂ）テラヘルツ光照射（周波数０．１０ＴＨｚ、パワー密度２００ｍＷ／ｃｍ^２）
（ｃ）テラヘルツ光照射（周波数０．２８ＴＨｚ、パワー密度２５０ｍＷ／ｃｍ^２）
（ｄ）テラヘルツ光非照射かつ培養温度上昇（４２℃）

【0021】

［３．実験結果］
図２は、各条件（ａ）～（ｄ）についての各工程１～３（図中ではローマ数字で示している）後のγＨ２ＡＸの蛍光顕微鏡画像の例を示す。白線が細胞核であり、核内のγＨ２ＡＸの蛍光が観測されている。

【0022】

条件（ａ）controlでは、ブレオマイシン投与（工程２）によってＤＮＡ損傷が誘起さ
れ、γＨ２ＡＸの蛍光強度が上昇するが、その後の培養（工程３）によって損傷が修復され、γＨ２ＡＸの蛍光強度が弱くなる。

【0023】

条件（ｂ）0.10THz, 200mW/cm²は、条件（ａ）controlと同様の傾向が見られる。

【0024】

一方、条件（ｃ）0.28THz, 250mW/cm²では工程２および工程３での蛍光強度が弱く、ＤＮＡ損傷が明確に減少していることが分かった。

【0025】

反対に、条件（ｄ）42℃への温度上昇では、蛍光強度が増加しており、ＤＮＡ損傷が増えていることが分かった。

【0026】

図３は、ＤＡＰＩ蛍光強度に対するγＨ２ＡＸ蛍光強度を、観測した全細胞についてプロットした結果である。ＤＡＰＩ蛍光強度に対するγＨ２ＡＸ蛍光強度は、ＤＮＡ総量に対する損傷ＤＮＡ量、すなわち相対的な損傷ＤＮＡ量を表している。本実験では、各測定において６４個以上の細胞を観測して統計を取っている。なお、グラフの縦軸はコントロール実験（条件（ａ））の値を１として規格化している。

【0027】

図２の結果と同様に、（ａ）の0.10THzの照射実験では、非照射実験との有意の差は見
られなかったが、条件（ｂ）の0.28THzの照射実験では、ブレオマイシン作用時（工程２
）およびその後の培養時（工程３）にＤＮＡ損傷が有意に減少していることが分かる。一方、（ｃ）の温度上昇実験では、全ての過程においてＤＮＡ損傷が増加していることが分かる。

【0028】

［４．結論］
本実験によって、周波数０．２８ＴＨｚ、パワー密度２５０ｍＷ／ｃｍ^２のテラヘルツ連続光を照射すると、ブレオマイシンによる細胞核内のＤＮＡ損傷の修復が誘起されることが分かった。テラヘルツ光の照射によって細胞の温度は数℃上昇するが、温度を上昇させるだけでテラヘルツ光を照射しなかった実験では反対の傾向の結果が得られている。したがって、テラヘルツ光が細胞内の分子に直接作用した結果、ＤＮＡの損傷修復が誘起されることが分かる。

【0029】

本手法は、テラヘルツ光を照射するだけで非侵襲的にＤＮＡ損傷修復機能を促進させることができ、将来的な生命現象の光制御技術開発のための重要な基盤技術となる可能性を示している。

【0030】

（その他の実施形態）
本発明は、細胞にテラヘルツ光を照射し、前記照射により前記細胞のＤＮＡの損傷修復を促進する、ことを特徴とするＤＮＡ修復促進方法と捉えることができる。また、本発明は、細胞にテラヘルツ光を照射し、前記照射により前記細胞のＤＮＡの損傷修復を促進する、ことを特徴とするＤＮＡ修復促進方法とも捉えられる。

【0031】

また、上記の説明は本発明の一実施例を示したものであり、本発明は上記には限定されない。

【0032】

例えば、テラヘルツ光源はＩＭＰＡＴＴダイオードに限られず、Gunnダイオードやジャイロトロンなどを光源として採用してもよい。また、テラヘルツ光を試料（細胞）に照射するための光学系も特に限定されない。

【0033】

使用可能なテラヘルツ光は、上記で説明した周波数やパワー密度のものに限られない。例えは、テラヘルツ光の周波数は、０．１５ＴＨｚ以上１ＴＨｚ以下であればよく、０．２ＴＨｚ以上０．５ＴＨｚ以下であることがより好ましいと考えられる。また、パワー密度は、１５０ｍＷ／ｃｍ^２以上３００ｍＷ／ｃｍ^２以下であれば好ましいと考えられる。

【符号の説明】

【0034】

１：細胞質分裂阻害装置
１１：テラヘルツ光源 １２：ホーンアンテナ １３：プラスチックレンズ
１４：小型インキュベータ １５：フィルムボトムディッシュ
１６：顕微鏡 １７：培養細胞（ＨｅＬａ細胞）

【図1】

【図2】

【図3】