| Ⅴ章 放射線生物作用の分子機構 Ⅴ‐３ トリチウム核変換の生物効果（Transmutation effect ） 前に述べたように、１００ｅＶのエネルギーが生体物質中で吸収されたときに約２．８個のＯＨラジカルが生成される。トリチウムβ線の平均エネルす一は５，６９０ｅＶであるから、トリチウム１崩壊あたり約１６個のＯＨラジカルが作られる。このＯＨラジカルが、生体分子を失活させる主役であるが、ＤＮＡに結合したトリチウムはベータ崩壊の結果、核変換によりヘリウムー３に変わる。ＤＮＡに結合している水素が直接変化するために、生物的影響が大きいと説明されることがあるが、実際そうなのだろうか。たしかに、炭素とヘリウムの結合は化学的に不安定であるので、核酸塩基は化学的に変化し、塩基損傷の原因となる。 このような、核変換の影響はトリチウムが結合している核酸塩基の種類によって異なるが４，５，６，７）。しかし、トリチウムがすべての核酸塩基に結合している場合の突然変異誘発率は、トリチウムベータ線の影響のみを考えたときの、たかだか５倍程度であり、また細胞全体にトリチウムが分布している場合、核変換の突然変異誘発への寄与は０．５％程度であると見積もられている。 Ⅴ‐４放射線の標的としてのＤＮＡ すべての生物は細胞から作られている。細胞には、細胞核を持たない原核細胞と細胞核を持つ真核細胞がある。原核細胞からなる細菌や藍藻類は原核生物と呼ばれ、真核細胞からなる真核生物と区別される。放射線が細胞に当たると、細胞の中にある生体分子や、水を攻撃し、直接あるいはラジカルの作用によりこれらの生体分子を傷つけたり、その働きを失わせる（失活）。細胞の中には、生命を維持するために必要な道具や構造があり、それらを材料となる分子や情報の担い手が変化を受けることにより、細胞は正常な働きを維持することが出来なくなる。 ヒトを含む哺乳類や高等植物は真核生物であり、その細胞は、細胞核のほかにミトコンドリア〔動物において呼吸を担う〕や棄緑体〔植物において光合成を担う］などのオルガネラ〔細胞内の微小構造〕から構成されている。 細胞の形は、球形、楕円体、星形、紐状などさまざまな形をとる。直径はヒトの場合一般的に5-20nmである。細胞は，その外周を細胞膜によって取り囲まれている。細胞核には，細い糸状構造を持つ染色糸が含まれる。染色糸の主成分は遺伝情報の担い手であるデオキシリポ核酸（ＤＮＡ）である。 放射線は、上に述べたすべての細胞構成成分に傷を付けるが、受けた傷の影響が、それらのなかで格段に大きいのは遺伝子（ＤＮＡ）である。ＤＮＡ以外の分子が多少の傷を付けられたり、働きを失っても、その分子集団全体の機能が失われるということはない。しかし、ＤＮＡの持っているかけがえのない情報の一つが央われたり、変化を受けることは、細胞にとって、致命的な事態である。 ＤＮＡ分子は，細い２本の高分子から出来た二重のらせん構造をしており、その直径は約２０ｎｍである。ＤＮＡ、図２に示すように、アデニン（Ａ）、グアニン（Ｇ），チミン（Ｔ）、シトシン（Ｃ）の４種類の塩基が、支柱となる糖の鎖に結合した２本の鎖が水素結合で結ばれた構造をしている。このような２重らせん構造はワトソンクリックのモデルとよばれている。 高等生物が生きるために必要な情報はすべてＤＮＡの塩基配列としてＤＮＡに害き込まれている。我々が便うコンピューターの情報は１と０の二つの数字によってかかれているが、生命の惰報はＡ、Ｔ、Ｇ、Ｃという４個の文字によって書かれている。細胞核には、ＤＮＡが凝縮されているから、ここを放射線により攻撃されると、ＤＮＡの構成成分に傷がついたり、一部分が失われたりするため，生命を維持するための大切な情報が失われる。 細胞の構成要素はすべて細胞核の中に存在するＤＮＡの遺伝情報によってつくられる。すなわち製品と生産工場の関係にある。放射線によってＤＮＡ以外の細胞構成要素が少々の損傷を受けても、ＤＮＡ分子が健全であれば，再び生産が可能であり、もとの状態の細胞に回復する。 放射線によるＤＮＡ分子の損傷には種々の型がある。この内でも特に重要なものはＤＮＡ鎖の切断である。この場合二つの切断形式がある。細胞の種類により、放射線抵抗性に差が見られるのは、多くの場合、ＤＮＡ切断を修復する能力の差による。放射線はＤＮＡ塩基にも変化を起こす。これを塩基損傷という。 単鎖切断は、２重らせん構造を形成している鎖の片方が切断されることで、その状況によっては修復酵素の働きによりＤＮＡ上に起こった潜在的な損傷が修復されて、障害の発現がおさえられる。 二童鎖切断は、単鎖切断部位とちょうど向かい合った部位でも切断が起きることである。単鎖切断より頻度は低いが、高ＬＥＴ放射線や高線量の照射によってその頻度は増加する。この二重鎖切断が生じると、単鎖切断に較べて修復が困難であり、修復不能な切断部位は、直接的に体細胞の致死などの重大な障害や、発ガン、遺伝的障害の原因となる。 Ⅴ‐５ 放射線生物効果の修飾 Ⅴ‐５・１線量と線量率 放射線効果に影響を与える要因のうち、最も大きな因子は線量の大小であるが、線量率（単位時間あたりの線量）も一つの要因である。 一回の照射で全線量が同じであっても、一般的に線量率が異なると、その効果の大きさも異なる。Ｘ線やガンマ線では、線量率が大きくなると生物効果も大きくなる。逆に線量率が小さくなると生物効果も小さくなる。このように線量率と効果が相関関係にある場合に線量率効果があるといい、放射線障害からの回復が照射中に行われるためであると説明されている。逆に、線量率が小さくなったときに効果が大きくなる現象が高速中性子で見られるが、この場合は逆線量率効果といわれる。賀田効果 ８）はトリチウムベータ線による逆線量率効果である。トリチウム化グリセロールに照射されたＤＮＡを枯草菌に取り込ませ、その形質転換能を指標とした生物効果で、見いだされ、その後ガンマ線と大腸菌を用いた実験によっても見いだされている。その機構として、ＤＮＡ損傷を引き起こすＯＨラジカルの再結合が、低濃度のトリチウム水では起こりにくいためであるという仮説が提案されている。実際、この賀田効果は試験管内で照射されたＤＮＡで観測される効果であり、ラジカルを失活させる酵素をもつ細胞では見つかっていない。 |