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Whole embryo screening and integrated omics approach using zebrafish for unraveling mechanisms underlying chemical toxicities

Research Project

Project/Area Number 23K25000
Project/Area Number (Other) 22H03746 (2022-2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023)
Section一般
Review Section Basic Section 63030:Chemical substance influence on environment-related
Research InstitutionObihiro University of Agriculture and Veterinary Medicine

Principal Investigator

久保田 彰  帯広畜産大学, 畜産学部, 教授 (60432811)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 川合 佑典  帯広畜産大学, 畜産学部, 准教授 (10709546)
野見山 桂  愛媛大学, 沿岸環境科学研究センター, 准教授 (30512686)
村田 幸久  東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (40422365)
中村 達朗  酪農学園大学, 獣医学群, 講師 (80755554)
Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2024: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Keywordsゼブラフィッシュ / 発生毒性 / 統合オミクス / 環境化学物質 / 毒性発現機序 / 環境エストロゲン / 複合影響 / 拮抗作用 / リン酸エステル系難燃剤 / 甲状腺ホルモン撹乱 / 抗エストロゲン作用 / ダイオキシン / ネオニコチノイド系殺虫剤 / 心血管毒性 / 神経発生毒性 / 脂質メディエーター / 神経伝達物質
Outline of Research at the Start

本研究は、新たな動物実験代替法の開発と活用に寄与するゼブラフィッシュ胚を用いて、社会的・学術的に関心の高い化学物質の毒性評価と毒性発現機序解明を試みる。このため、胚の全身スクリーニングにより発生毒性を評価する。毒性が認められた化学物質に焦点を絞り、さらなる統合オミクス・遺伝子ノックダウン解析等を行い、毒性に至る有害性発現経路を明らかにするとともに、インシリコ解析により関連化合物の毒性予測モデルの構築を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

令和5年度は主に以下の成果を得た。
1)エストロゲン様物質であるジエチルスチルベストロール(DES)とゼアラレノン(ZEN)の併用効果をゼブラフィッシュ胚で検討した。DESによる奇形と循環障害は低濃度のZENとの共処置で緩和された。同様に、ZENによる体躯や尾の湾曲、心臓周囲浮腫、血流減少は、低濃度のDESとの共処置で顕著に減少した。エストロゲン受容体(ER)拮抗薬であるフルベストラントとの共処置は、DESおよびZEN誘発性のこれら発生毒性に対して有意な改善効果を示した。以上より、ERに対する拮抗作用がDESおよびZENによる発生毒性の主要な機序であると考えられた。
2)リン酸エステル系難燃剤の一つであるトリフェニルホスフェート(TPHP)の曝露胚で成長阻害および甲状腺ホルモンの生合成や作用発現にかかわる遺伝子の発現量の低下がみられたことから、曝露胚における甲状腺ホルモン濃度への影響を評価した。TPHP曝露胚においてT3レベルの変動はみられなかったものの、T4レベルは有意に低下した。TPHP曝露胚でみられたT4レベルの低下は、成長阻害やdio1、ttr、trαの発現量の低下と高い相関性を示した。一方、トリスジクロロプロピルホスフェート(TDCIPP)曝露胚においてT4レベルの低下はみられたものの、成長阻害との用量応答性は異なっていた。TDCIPP曝露胚ではprlやghの発現量の低下と成長阻害の相関性が高かったことから、これら2物質でも成長阻害を誘発する主要な作用機序は異なると考えられた。
3)ERの標的遺伝子であるCYP19A1bを指標として、17β-エストラジオール(E2)誘導性のCYP19A1b発現に対する阻害作用を評価したところ、多くのビスフェノール類はE2誘導性のCYP19A1b発現を抑制したことから抗エストロゲン作用が示唆された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

エストロゲン様物質の複合曝露がERに対して拮抗作用を引き起こし毒性発現に影響を及ぼすこと、各種メタボローム解析によりこれまでのフェノタイプ・トランスクリプトーム解析の結果を支持するデータが集積しつつあること、抗エストロゲン作用のインビボ・インシリコ統合評価系を新たに構築できたことなど、多方面で進捗が得られたことから、おおむね順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

引き続き、曝露胚を用いた統合オミクス解析(トランスクリプトーム・メタボローム・リピドームなど)を行い、バイオインフォマティクス手法により毒性発現機構を検討する。毒性発現への関与が予想された標的分子について、拮抗薬・阻害薬などとの共処置や、遺伝子ノックダウン胚を用いた曝露試験により毒性への関与を検証する。得られた成果をまとめ国内外の学会で発表するとともに、国際学術誌に論文投稿する。

Report

(2 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (25 results)

All 2024 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (19 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results) Remarks (2 results)

  • [Int'l Joint Research] アントワープ大学(ベルギー)

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  • [Journal Article] Assessment of developmental toxicity and the potential mode of action underlying single and binary exposure to estrogenic endocrine disrupting chemicals in zebrafish (Danio rerio)2024

    • Author(s)
      Ahmed Rehab Youssef Salama, Tanoue Rumi, Chen Xing, Kawai Yusuke K., Kubota Akira
    • Journal Title

      Comparative Biochemistry and Physiology Part C: Toxicology & Pharmacology

      Volume: 277 Pages: 109821-109821

    • DOI

      10.1016/j.cbpc.2023.109821

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    • Author(s)
      Kubota Akira、Hirano Masashi、Yoshinouchi Yuka、Chen Xing、Nakamura Michiko、Wakayama Yumi、Lee Jae Seung、Nakata Haruhiko、Iwata Hisato、Kawai Yusuke K.
    • Journal Title

      Comparative Biochemistry and Physiology Part C: Toxicology & Pharmacology

      Volume: 269 Pages: 109619-109619

    • DOI

      10.1016/j.cbpc.2023.109619

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  • [Journal Article] fficient in vivo and in silico assessments of antiandrogenic potential in zebrafish2023

    • Author(s)
      Xing Chen, Masashi Hirano, Hiroshi Ishibashi, Jae Seung Lee, Yusuke K Kawai, Akira Kubota
    • Journal Title

      Comparative Biochemistry and Physiology Part C

      Volume: 264 Pages: 109513-109513

    • DOI

      10.1016/j.cbpc.2022.109513

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  • [Presentation] Assessment of estrogenic potency and the potential mode of action underlying single and binary exposure to estrogenic endocrine disrupting chemicals in zebrafish (Danio rerio)2024

    • Author(s)
      Akira Kubota, Rehab YS. Ahmed, Rumi Tanoue, Masashi Hirano, Yusuke K. Kawai
    • Organizer
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  • [Presentation] Assessment of estrogenic effects of endocrine disrupting chemicals through estrogen receptors in animal models2024

    • Author(s)
      Rehab YS. Ahmed, Dave Arthur Robledoc, Hisato Iwata, Masashi Hirano, Rumi Tanoue, Yusuke K. Kawai, Akira Kubota
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      The 10th Copenhagen Workshop on Endocrine Disrupters
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      Akira Kubota, Masashi Hirano, Yuka Yoshinouchi, Hisato Iwata, Yusuke Kawai
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      Pure and Applied Chemistry International Conference 2024
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  • [Presentation] Assessment of toxicokinetics and developmental neurotoxicity of neonicotinoid insecticides in zebrafish2023

    • Author(s)
      Akira Kubota, Hideki Ikemoto, Yuka Okizawa, Kyoko Ogura, Nana Mizuhara, Rumi Tanoue, Kei Nomiyama, Yoshinori Ikenaka, Yusuke K. Kawai
    • Organizer
      7th Chemical Hazard Symposium
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      Xing Chen, Masashi Hirano, Yusuke Kawai, Akira Kubota
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  • [Presentation] In vivo and in silico assessment of estrogenic potency of endocrine disrupting chemicals using zebrafish (Danio rerio)2023

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      Akira Kubota, Masashi Hirano, Yuka Yoshinouchi, Hisato Iwata, Yusuke Kawai
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      Akira Kubota, Jae Seung Lee, Wataru Ishihara, Xing Chen, Akitoshi Goto, Tatsuya Kunisue, Yusuke Kawai
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      The 43rd International Symposium on Halogenated Persistent Organic Pollutants
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    • Author(s)
      久保田 彰
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      Jae Seung Lee, Yusuke Kawai, Yuri Morita, Adrian Covaci, Akira Kubota
    • Organizer
      第50回日本毒性学会学術年会
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  • [Presentation] 分析化学的手法の活用によるゼブラフィッシュ胚を用いた発生毒性評価と毒性発現機構の解析2023

    • Author(s)
      久保田 彰,Ahmed Rehab,Chen Xing,Lee Jae Seung,池本 秀樹,小椋 響子,田上 瑠美,野見山 桂,高橋 真,石橋 弘志,後藤 哲智,国末 達也,中村 達朗,村田 幸久,寺岡 宏樹,池中 良徳
    • Organizer
      第2回環境化学物質3学会合同大会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 医薬品類およびパーソナルケア製品由来物質の生物移行・残留性と中枢神経系への影響の評価2023

    • Author(s)
      田上 瑠美,甲斐 奏,小椋 響子,水原 奈々,久保田 彰,仲山 慶,小林 淳,国末 達也,野見山 桂
    • Organizer
      第2回環境化学物質3学会合同大会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] In vivo and in silico assessment of antiandrogenic potentials for environmental chemicals using zebrafish2023

    • Author(s)
      Chen, X., Hirano, M., Ishibashi, H., Lee, J.S., Kawai, Y.K. and Kubota, A.
    • Organizer
      SOT 62nd Annual Meeting & ToxExpo
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  • [Presentation] ssessment of developmental toxicity and the mechanistic pathway underlying single and binary exposure to estrogenic endocrine disruptive chemicals in zebrafish2023

    • Author(s)
      Ahmed, R., Kawai, Y.K., Tanoue, R. and Kubota, A.
    • Organizer
      SOT 62nd Annual Meeting & ToxExpo
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  • [Presentation] Mechanistic investigation on distinct estrogenic and developmental responses to bisphenol analogues in zebrafish embryos2022

    • Author(s)
      Chen, X., Lee, J.S., Kawai, Y.K., Kubota, A.
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  • [Presentation] Developmental effects of single and binary exposure to estrogenic endocrine disrupting chemicals on zebrafish2022

    • Author(s)
      Ahmed, R., Kawai, Y.K. and Kubota, A.
    • Organizer
      The 49th Annual Meeting of the Japanese Society of Toxicology
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      2022 Annual Research Report
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    • Author(s)
      Lee, J.S., Matsumoto, K., Kawai Y., Ishibashi, H. and Kubota, A.
    • Organizer
      The 49th Annual Meeting of the Japanese Society of Toxicology
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] In vivo and in silico assessment of anti-androgenic potentials for environmental chemicals using zebrafish2022

    • Author(s)
      Chen, X., Hirano, M., Kawai, Y.K. and Kubota, A.
    • Organizer
      Joint Conference on Environmental Chemicals
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  • [Presentation] Role of estrogen receptor in ameliorative effect of estrogen-like compounds on diethylstilbestrol-induced developmental toxicity in zebrafish embryos2022

    • Author(s)
      Ahmed, R., Kawai, Y.K. and Kubota, A.
    • Organizer
      Joint Conference on Environmental Chemicals
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Morphological and transcriptome analyses of perfluorinated alkyl substances in zebrafish embryos towards understanding of developmental toxicity and its mechanism2022

    • Author(s)
      Lee, J.S., Matsumoto, K., Kawai Y., Ishibashi, H. and Kubota, A.
    • Organizer
      Joint Conference on Environmental Chemicals
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      2022 Annual Research Report
  • [Remarks] 帯広畜産大学獣医学研究部門基礎獣医学分野 毒性学研究室HP

    • URL

      http://univ.obihiro.ac.jp/~toxicology/index.html

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      2023 Annual Research Report
  • [Remarks] 帯広畜産大学 教員紹介

    • URL

      https://www.obihiro.ac.jp/faculty-r/akira-kubota

    • Related Report
      2023 Annual Research Report

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Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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