2017 Fiscal Year Annual Research Report
プトレシンが示すメチル水銀毒性軽減作用に関わる分子機構の解明
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16H02961
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
黄 基旭 東北大学, 薬学研究科, 准教授 (00344680)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
外山 喬士 東北大学, 薬学研究科, 助教 (50720918)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | メチル水銀 / プトレシン / 毒性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
我々は、メチル水銀を投与したマウス脳内でプトレシンの濃度が増加し、この条件ではプトレシン合成酵素であるornithine decarboxylase (ODC) の活性が上昇していることを見出している。また、プトレシンの培地中への添加がマウス神経幹細胞のメチル水銀毒性を軽減したことから、ODC活性の上昇がメチル水銀毒性に対する防御応答である可能性が示唆されている。さらに、メチル水銀によるODC酵素活性の上昇にはNQO1との結合促進を介したODC蛋白質の安定性の増加が関与していることを明らかにした。そこで本年度では、ODC高発現によって上昇したプトレシンによるメチル水銀毒性軽減機構について検討した。
メチル水銀による神経細胞死にアポトーシスが関与することが知られている。プトレシンの培地中への添加によってメチル水銀によるアポトーシスの誘導（DNAの断片化およびカスパーゼ３の活性化）が抑制され、同様の結果がODC高発現によっても認められた。アポトーシスを誘導する主な経路として小胞体ストレスを介する経路、ミトコンドリア損傷を介する経路（以上内在性経路）および種々のデスリガンドからの経路（外来性経路）が知られている。メチル水銀はこれらの経路を全て活性化したが、ODC高発現はメチル水銀によるミトコンドリア損傷を介する経路の誘導（シトクロムcの放出促進などを指標として測定）のみを有意に抑制した。一方、プトレシンと同類のポリアミンであるスペルミンの培地への添加はメチル水銀によるアポトーシス誘導を増強し、スペルミン存在下ではODC高発現によるメチル水銀毒性軽減作用が全く認められなくなった。これらのことから、細胞内で増加したプトレシンはメチル水銀毒性増強作用を示すスペルミンと競合的な作用を示すことによってメチル水銀によるアポトーシス誘導を抑制していることが明らかになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまでの先行研究によって、生体はメチル水銀の侵入を感知し、それに応答してODCの活性を上昇させることよってメチル水銀毒性から自身を防御している可能性が示唆されている。そこで本研究では、メチル水銀によるODC活性上昇の機構、および、ODCの代謝産物であるプトレシンが示すメチル水銀毒性軽減作用に関わる分子機構を明らかにすることを最終目的として実施している。本年度の研究によって、ODC高発現によって細胞内で上昇したプトレシンはメチル水銀によるミトコンドリア障害を介したアポトーシス誘導を抑制することでメチル水銀毒性軽減に涵養していることが明らかになった。また、プトレシンはメチル水銀毒性増強作用を示すスペルミンと競合的な作用を示すことによってメチル水銀によるアポトーシス誘導を抑制している可能性を見出すこともできた。プトレシンが示すミトコンドリア障害抑制作用に関わる分子機構について詳細に検討中であるものの、上述のように今後本研究を推進していく上で貴重な知見を得ることができたことから、本研究は計画に従って「概ね順調に進展している」と判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、マウス由来神経幹細胞であるC17.2細胞を用いて下記の検討を行うことによってプトレシンによるメチル水銀毒性軽減機構の全容を明らかにする。
1.プトレシンに示すメチル水銀によるミトコンドリア障害の抑制作用に関わる分子機構
Bclファミリーに属する蛋白質はミトコンドリアの透過性を調節することによってアポトーシス誘導に関与している。そこで、抗アポトーシス蛋白質である Bcl-2やBcl-xL、または、プロアポトーシス蛋白質であるBadやBid、Baxなどへのメチル水銀やプトレシンとの併用の影響を検討する。また、プトレシンと同じくポリアミンであるスペルミンは、アミンオキシダーゼによって酸化的に分解される際に活性酸素を産生することで細胞死を誘導することや、単離したミトコンドリアからのシトクロムcの放出を促進することなどが報告されている。昨年度の検討によって、スペルミンはメチル水銀によるアポトーシス誘導を増強することが明らかになっており、プトレシンとスペルミンはメチル水銀毒性発現において競合的に作用している可能性が示唆されたことから本知見についても詳細に検討する。
2.プトレシンが示す神経細胞死の抑制作用に関わる分子機構
ごく最近、プトレシンが細胞障害性を示すマクロファージの活性化を抑制することが報告された。我々はメチル水銀による脳神経細胞死（アポトーシス）に細胞障害性ミクログリアの活性化が関与していることを見出した。マクロファージと同様に炎症反応に関わるミクログリアは、脳内に存在する唯一の免疫担当細胞である。そこで、生体に近いマウス脳組織スライス培養系を用いて、プトレシンがメチル水銀による細胞障害性ミクログリアの活性化を介した神経細胞死に与える影響を検討するとともに、それに関わる分子機構について解析する。
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