宇宙放射線生物学の細胞毒性および増殖マーカーとしてのTdtomatoタンパク質の構成的発現

長期宇宙ミッションの放射リスク評価には、異なる空間放射成分の生物学的有効性に関する知識が必要です。重いイオン、放射線の相互作用や微小重力などのその他の空間環境要因、および人体の物理的および生物学的用量分布。重いイオン加速器での宇宙実験と地上ベースの実験には、異なるエンドポイントに簡単に読み取りできる高速で信頼性の高いテストシステムが必要です。細胞の増殖に対する異なる放射線の効果と、重いイオン曝露後の生物学的深度用量分布の効果を決定するために、新しい蛍光タンパク質を発現する安定したヒト細胞株が確立され、特徴付けられました。速い成熟と高い蛍光強度の新世代の赤い蛍光タンパク質であるTdtomatoは、細胞増殖のレポーターとして選択されました。ヒト胚性腎臓（HEK/293）細胞は、構成的に活性なサイトメガロウイルス（CMV）プロモーター（PTDTOMATO-N1）の制御下でTdtomatoをコードするプラスミドを安定にトランスフェクトしました。安定してトランスフェクトされた細胞株の名前はHEK-PTDTOMATO-N1 8と名付けられました。この細胞毒性バイオセンサーは、電離放射線（X線および加速重イオン）曝露によってテストされました。生物学的エンドポイントとして、Tdtomatoの構成的発現によって反映された照射が100時間後に増殖速度と細胞密度が調査されてから100時間に達しました。どちらも放射線曝露後に用量依存的に減少しました。最後に、細胞株は、異なる線形エネルギー移動（LET）の重イオンの生物学的重み付けに使用され、空間関連放射線品質として使用されました。91 keV/μmのLetでピークに達した細胞増殖の減少における加速重イオンの相対的な生物学的有効性。この研究の結果は、HEK-PTDTOMATO-N1レポーター細胞株が、電離放射線によって引き起こされる細胞毒性損傷を検出するための高速で信頼性の高いバイオセンサーシステムとして使用できることを示しています。

The radiation risk assessment for long-term space missions requires knowledge on the biological effectiveness of different space radiation components, e.g. heavy ions, on the interaction of radiation and other space environmental factors such as microgravity, and on the physical and biological dose distribution in the human body. Space experiments and ground-based experiments at heavy ion accelerators require fast and reliable test systems with an easy readout for different endpoints. In order to determine the effect of different radiation qualities on cellular proliferation and the biological depth dose distribution after heavy ion exposure, a stable human cell line expressing a novel fluorescent protein was established and characterized. tdTomato, a red fluorescent protein of the new generation with fast maturation and high fluorescence intensity, was selected as reporter of cell proliferation. Human embryonic kidney (HEK/293) cells were stably transfected with a plasmid encoding tdTomato under the control of the constitutively active cytomegalovirus (CMV) promoter (ptdTomato-N1). The stably transfected cell line was named HEK-ptdTomato-N1 8. This cytotoxicity biosensor was tested by ionizing radiation (X-rays and accelerated heavy ions) exposure. As biological endpoints, the proliferation kinetics and the cell density reached 100 h after irradiation reflected by constitutive expression of the tdTomato were investigated. Both were reduced dose-dependently after radiation exposure. Finally, the cell line was used for biological weighting of heavy ions of different linear energy transfer (LET) as space-relevant radiation quality. The relative biological effectiveness of accelerated heavy ions in reducing cellular proliferation peaked at an LET of 91 keV/μm. The results of this study demonstrate that the HEK-ptdTomato-N1 reporter cell line can be used as a fast and reliable biosensor system for detection of cytotoxic damage caused by ionizing radiation.