2016 Fiscal Year Annual Research Report
ナノ物質の妊娠期曝露が引き起こす母体炎症応答と胎児への間接影響の評価
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15J05718
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
小野田 淳人 東京理科大学, 薬学研究科, 特別研究員(DC1)
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2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | ナノ粒子 / カーボンブラック / 胎児期曝露 / 中枢神経系 / 血管 / アストロサイト / GFAP / AQP4 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題は、ナノ粒子の胎児期曝露による産児中枢神経系への影響のメカニズム解明に向け、ナノ粒子の曝露による母体から胎児への間接影響の評価を目的としたものである。2年目では、1年目で得られた成果から上がった3つの課題、脳血管周辺のタンパク質二次構造組成の変化と脳血管周囲マクロファージおよびアストロサイトの組織病理学的変化の関連性を明らかにすること（①）、複数種類の抗酸化剤の母体投与による抑制効果の検証（②）、ナノ粒子の胎児期吸入曝露による脳機能への影響（③）について研究を進めた。①連続切片を作成し、組織病理学的解析と赤外顕微法を用いた光学的解析を組み合わせて評価した。結果、曝露群の産児脳においてアストログリオーシスの顕著な血管と顕著には生じていない血管が共存していること、曝露群のマウス脳でアストログリオーシスの顕著な血管周囲においてのみ、タンパク質β-sheet構造の有意な増加が認められた。これはナノ粒子の胎児期曝露による病理学的変化とβ-sheet rich proteinの集積との間に相関性があることを示している。②アストログリオーシスの発生機序を明らかにするため、妊娠マウスに対してナノ粒子投与に先立ち抗酸化剤を投与し、酸化ストレスの抑制による産児脳への防御効果を検証した。その結果、N-acetylcysteineの投与がアストログリオーシスを有意に抑制した。本結果は、ナノ粒子曝露時に一時的に妊娠母体に生じる酸化ストレスの亢進が、ナノ粒子の発達神経毒性において重要な役割を果たしていることを示唆している。③ナノ粒子の胎児期吸入曝露を受けた産児は、大脳皮質と海馬にアストログリオーシスを誘導し、認知機能の低下や不安様行動の減退を引き起こした。これらの成果は、ナノ粒子の胎児期曝露が産児の中枢神経疾患の発症リスクを増大させる機序を理解する上で重要な、早期の病態変化を捉えたと考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の計画以上に進展していると言える理由は、2年目終了の段階で、昨年度に打ち立てた3つの研究課題が予定通りに完了したことに加え、3年目から取り組む予定だった、ナノ粒子が発達神経毒性を誘発するメカニズム解明に向けて、カギとなる分子を同定する研究に着手することができたからである。ここまで進んだ要因として、確立と習得に時間を要すると想定された組織病理学的解析と光学的解析を組み合わせた評価手法を、連続切片の作成により短時間で準備可能にしたことにある。さらに、この技術を応用することで、ナノ粒子の胎児期曝露に起因する脳血管周辺の病態変化の特徴を網羅的かつ定量的に、そして広範に捉えることが可能となり、ナノ粒子の発達神経毒性評価の迅速化に繋がった。また、短縮された時間を用いて、ナノ粒子のもつ発達神経毒性に対するN-acetylcysteine母体投与の抑制効果の検証やナノ粒子の妊娠期吸入曝露による脳機能への影響解明にも取り組み、多数の成果を出すことができた。とくに、抗酸化剤であるN-acetylcysteineの母体投与がナノ粒子の発達神経毒性に対して抑制効果が認められたことは、ナノ粒子の胎児期曝露が発達期の脳に及ぼす影響のメカニズムに酸化ストレスの亢進が関与している可能性を示している。この成果は、ナノ粒子の発達神経毒性のメカニズム解明やナノ粒子の妊娠期曝露に対する予防策や対処方法の確立に貴重な知見を提供したと言える。加えて2年目では、１年目と2年目で得られた研究成果を論文にまとめ、公開することにも力を入れた。1年目に得られた研究成果はすでに国際誌に掲載され、2年目に得られた研究成果の大半も論文としてまとめ、現在投稿中である。これもまた、当初の計画以上に進展していると言える理由である。本課題の実施期間である3年間で研究計画を完遂するために必要な成果を十二分に得ることができたと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
2年次までの研究により、ナノ粒子曝露群の脳においてアストログリオーシスの顕著な血管周辺にβ-sheet rich proteinの集積が確認された。集積したβ-sheet rich proteinがアストログリオーシス等の血管周辺異常を引き起こしている可能性があり、ナノ粒子の発達神経毒性の機序を解明するうえで、このβ-sheet rich proteinの同定が重要であると考えられる。想定されるものとして、β-sheet rich proteinは、胎児脳に移行したナノ粒子の表面との相互作用により構造変化した異常構造タンパク質（①）、もともとβ-sheet構造を多分に含み、ナノ粒子の胎児期曝露により高発現したタンパク質（②）の2点と考察される。①の可能性を検証するため、構造変化したタンパク質の集積により誘発される小胞体ストレスの解析を行う。とくにβ-Sheet構造の増加ならびにアストログリオーシスの誘発が認められる領域と小胞体ストレスの引き起こされる領域が一致するか比較する。②の可能性を追及するため、網羅的遺伝子発現解析とGO termを用いたアノテーション解析により得た遺伝子群の中から、その遺伝子のコードするタンパク質の二次構造情報を抽出する。得られた二次構造情報の中からβ-Sheet構造の割合の高いタンパク質を選択し、組織学的解析を行うことで病理所見との差異を評価する。①、②の方法で同定されたβ-sheet rich proteinの発現を制御し、ナノ粒子の胎児期曝露が脳血管周辺異常や脳機能の変化を引き起こす仕組みを詳細に理解する。以上の方法を用いて、ナノ粒子の胎児期曝露が産児の脳に影響を及ぼすカギとなる生体分子を明らかにし、その影響を制御する方法ならびにリスクを回避する方法を本研究課題の中で検討する。そして、これまでで得られた研究成果をすべて論文にまとめて公表する。
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