Toxicological assessment of organohalogen contaminants in cat (Felis catus) omics approach

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16H02989
• Research Institution: Ehime University
• Principal Investigator: 野見山 桂 愛媛大学, 沿岸環境科学研究センター, 准教授 (30512686)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 水川 葉月 北海道大学, 獣医学研究院, 助教 (60612661) ; 国末 達也 愛媛大学, 学内共同利用施設等, 研究員 (90380287)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: イヌ / OH-PCBs / PCBs / 脳移行 / メタボローム / プロテオーム / 酸化的リン酸化

Outline of Annual Research Achievements

本年度はPCBsの体内動態と水酸化代謝物による毒性影響の解明を目的として、イヌのin vivo PCBs曝露試験を実施した。PCBs・OH-PCBsの脳に及ぼす影響をタンパク質発現、代謝産物レベルで解明することを目的とし、プロテオーム解析とメタボローム解析を組み合わせたクロスオミクスによる毒性影響の評価を試みた。
曝露120時間後、イヌの脳には複数のOH-PCBsの移行が確認されたが、とくに4OH-CB107、4OH-CB202の濃度は他OH-PCBs異性体より1~2桁高値であり、これらの高い脳移行性が明らかとなった。
イヌ脳ミクロソームから600を超えるスポットを検出し、PCB曝露群で有意な変化を示したスポットからMALDI-TOF/TOF-MSによりタンパク質33種の同定に成功した。これらタンパク質の機能は酸化的リン酸化、疾病、代謝、細胞プロセスに関するタンパク質が主体であった。
また、メタボローム解析によりPCBs・OH-PCBs濃度を反映した脳内代謝産物を抽出した結果、プロトン輸送や尿素回路に関わるメタボロームの減少が確認され、ミトコンドリアに対する毒性が強く示唆された。
ATPおよびADP濃度がG2で有意に減少しており、Complexの機能低下によってミトコンドリア内膜内外のプロトン勾配が減少し、ATPの生産性が低下したと推察された。そこで、ミトコンドリア活性アッセイによりミトコンドリアの各Complex（I~V）に対する PCBsおよびOH-PCBsの毒性を評価した結果、4OH-CB107がComplex Iを除くすべての酵素活性を撹乱し、とくに、Complex III、IVを強く阻害した。これらの結果から、脳へ移行したPCBsおよびOH-PCBsがComplex III、IVを阻害することで呼吸鎖を抑制し、ミトコンドリア機能を低下させることが示唆された。

Current Status of Research Progress

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

Reason

H29年度は脳・肝臓を対象としたプロテオーム&メタボローム解析を組み合わせた多元的オミックス解析によるPCBsの毒性発現機構の解明を目指していたが、予定通り脳を対象とした解析は順調に進んでおり、新規性の高い結果を学会等で発表している。肝臓はメタボローム解析が終了し、現在データを解析中であり、こちらも近日中には結果を発表できる見込みである。
ネコのin vivo PBDEs長期曝露試験においても予定通り終了し、北海道大学大学院獣医学研究科毒性学教室との共同研究により、ネコ（Narc:Catus）のin vivo PBDEs慢性曝露試験(曝露群: n = 3, コントロール: n = 3)を５４週間に渡って実施した。投与開始前および投与後4週間ごとに頸静脈から約2 mLを採血し血清を分離する。投与後 4週間ごとに尿、糞便も採取した。また、投与後48週間目にペントバルビタールナトリウムの橈側皮静脈内投与により麻酔後、放血安楽死させ、臓器・組織を摘出した。これらの試料は、本年度にBDE209およびOH-PBDEs代謝物を分析するとともに、血清中THs、TSH、および遊離THsを分析して経時的変化を解析し、BDE209曝露によるネコへのリスクを解析する。

Strategy for Future Research Activity

オミックス解析によるPCBs毒性影響評価：ネコのin vivo PCBs曝露試験による肝臓中のメタボロームおよびトランスクリプトームを解析し、、KEGG REACTION databaseやVANTEDなどを用いてパスウェイ解析を実施し、PCBs毒性影響の「包括的」な理解を試みる。
ネコのin vivo PBDEs長期曝露試験による血清中PBDEsの経時変化と甲状腺ホルモンに及ぼす影響解析：経口投与期間中に血清を経時的に採取し、BDE209およびOH-PBDEs代謝物を分析するとともに、血清中THs、TSH、および遊離THsを分析して経時的変化を解析する。
ネコのin vivo PBDEs長期曝露試験による血清中メタボロームの変化の解析：オミックス解析によるPCBs毒性影響評価：メタボローム解析の結果は、KEGG REACTION databaseやVANTEDなどを用いてパスウェイ解析を実施し、PBDEs毒性影響の「包括的」な理解を試みる。
ネコの新鮮肝組織を用いて肝ミクロソームおよびサイトソル画分を調整し、PCBsやPBDEsの代謝実験を試みる。さらにネコの比較対象として、イヌの肝ミクロソームでも代謝試験を実施する。代謝物の生成量や異性体パターンを解析し、これら汚染物質に対する代謝能の種差を解析する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] CNRS LabEx DRIIHM(Portugal)
  • Country Name: Portugal
  • Counterpart Institution: CNRS LabEx DRIIHM
• [Int'l Joint Research] Kasetsart University(タイ)
  • Country Name: THAILAND
  • Counterpart Institution: Kasetsart University
• [Journal Article] Species- and tissue-specific profiles of polybrominated diphenyl ethers and their hydroxylated and methoxylated derivatives in cats and dogs (2017)
  • Author(s): Nomiyama, K., Takaguchi, K., Mizukawa, H., Nagano, Y., Oshihoi, T., Nakatsu, S., Kunisue, T. and Tanabe, S.
  • Journal Title: Environmental Science & Technology Volume: 51 Pages: 5811-5819
  • DOI: 10.1021/acs.est.7b01262
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) and their hydroxylated and methoxylated analogues in the blood of harbor, Dall's and finless porpoises from the Japanese coastal waters. (2017)
  • Author(s): Ochiai, M., Nomiyama, K., Isobe, T., Yamada, T. K., Tajima, Y., Matsuda, A., Shiozaki, A., Matsuishi, T., Amano, M., Iwata, H. and Tanabe, S.
  • Journal Title: Marine Environmental Research Volume: 128 Pages: 124-132
  • DOI: 10.1016/j.marenvres.2016.11.004
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Anthropogenic and Naturally Produced Brominated Phenols in Pet Blood and Pet Food in Japan. (2017)
  • Author(s): Mizukawa, H., Nomiyama, K., Nakatsu, S., Yamamoto, M., Ishizuka, M., Ikenaka, Y., Nakayama, S. M. M. and Tanabe, S.
  • Journal Title: Environmental Science & Technology Volume: 51 Pages: 11354-11362
  • DOI: 10.1021/acs.est.7b01009
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] UDP-glucuronosyltransferase (UGT) 2B subfamily interspecies differences in carnivores. (2017)
  • Author(s): Kondo, T., Ikenaka, Y., Nakayama, S. M. M., Kawai, Y. K., Mizukawa, H., Mitani, Y., Nomiyama, K., Tanabe, S., Ishizuka, M.
  • Journal Title: Toxicological Sciences Volume: 158 Pages: 90-100
  • DOI: 10.1093/toxsci/kfx072
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Uptake and metabolism of human pharmaceuticals by fish: a case study with the opioid analgesic tramadol. (2017)
  • Author(s): Tanoue, R., Margiotta-Casaluci, L., Huerta, B., Runnalls, T. J., Nomiyama, K., Kunisue, T., Tanabe, S. and Sampter, J. P.
  • Journal Title: Environmental Science & Technology Volume: 51 Pages: 12825-12835
  • DOI: 10.1021/acs.est.7b03441
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] UDP-glucuronosyltransferase (UGT) among pinnipedia and other carnivores. (2017)
  • Author(s): Kondo, T., Ikenaka, Y., Nakayama, S. M. M., Kawai, Y. K., Mizukawa, H., Mitani, Y., Nomiyama, K., Tanabe, S. and Ishizuka, M.
  • Organizer: 19th International Symposium on Pollutant Responses in Marine Organisms (PRIMO19)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Identification for the biotransformation of BDE209 by in vivo toxicokinetic analysis in Felis catus. (2017)
  • Author(s): Tanaka, K., Nomiyama, K., Mizukawa, H., Takaguchi, K., Tanoue, R., Saengtienchai, A., Sainnoxoi, T., Yokoyama, N., Ichii, O., Takiguchi, M., Nakayama, S. Ikenaka, Y., Ishizuka, M., Iwata, H., Kunisue, T. and Tanabe, S.
  • Organizer: 19th International Symposium on Pollutant Responses in Marine Organisms (PRIMO19)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effects of PCB-exposure on thyroid hormone homeostasis of dogs and cats. (2017)
  • Author(s): Takaguchi, K., Nomiyama, K., Nishikawa, H., Mizukawa, H., Tanoue, R., Yoshinouchi, Y., Yokoyama, N., Ichii, O., Takiguchi, M., Nakayama, S., Ikenaka, Y., Ishizuka, M., Iwata, H., Kunisue, T. and Tanabe, S.
  • Organizer: 19th International Symposium on Pollutant Responses in Marine Organisms (PRIMO19)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] In vivo exposure to PCBs in cats: Analysis of metabolic capacities and effects on the thyroid hormone homeostasis. (2017)
  • Author(s): Mizukawa, H., Nomiyama, K., Nishikawa, H., Maehara, M., Takai, N., Yokoyama, N., Ichii, O., Takiguchi, M., Ikenaka, Y., Shouta, M. M., Takaguchi, K., Tanabe, S. and Ishizuka, M.
  • Organizer: 37th International Symposium on Halogenated Persistent Organic Pollutants (DIOXIN 2017)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Tissue distribution of polychlorinated biphenyls and their metabolites in dog and cat. (2017)
  • Author(s): Takaguchi, K., Nomiyama, K., Nagano, Y., Mizukawa, H., Nakatsu, S., Kunisue, T. and Tanabe, S.
  • Organizer: 37th International Symposium on Halogenated Persistent Organic Pollutants (DIOXIN 2017)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Identification for the biotransformation of BDE209 by in vivo toxicokinetic analysis in Felis catus. (2017)
  • Author(s): Tanaka, K., Nomiyama, K., Mizukawa, H., Takaguchi, K., Tanoue, R., Saengtienchai, A., Sainnoxoi, T., Yokoyama, N., Ichii, O., Takiguchi, M., Nakayama, S., Ikenaka, Y., Ishizuka, M., Kunisue, T. and Tanabe, S.
  • Organizer: 37th International Symposium on Halogenated Persistent Organic Pollutants (DIOXIN 2017)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] DecaBDE might be associated with inhibition of thyroid hormone levels in serum of Japanese cats. (2017)
  • Author(s): Nomiyama, K., Yamamoto, Y., Mizukawa, H., Takiguchi, M., Eguchi, A., Nakayama, S., Ikenaka, Y., Ishizuka, M., Kunisue, T. and Tanabe, S.
  • Organizer: 37th International Symposium on Halogenated Persistent Organic Pollutants (DIOXIN 2017)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Serum biochemical responses in cats exposed to organohalogen compounds. (2017)
  • Author(s): Kraisiri, K., Mizukawa, H., Ikenaka, Y., Nakayama, S. M. M., Nomiyama, K., Yokoyama, N., Sasaoka, K., Ichii, O., Takiguchi, M., Nishikawa, H., Tanaka, K., Takaguchi, K., Tanabe, S. and Ishizuka, M.
  • Organizer: Chemical Hazard Symposium (Joint Seminar on Environmental Chemistry and Toxicology)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ポリ塩化ビフェニル（PCBs）暴露によるネコ甲状腺機能への影響評価～甲状腺ホルモンの脱ヨード化と代謝能の解析～ (2017)
  • Author(s): 水川葉月・高居名菜・横山 望・市居 修・滝口満喜・野見山 桂・高口倖暉・西川博之・池中良徳・中山翔太・Sainnoxoi, T.・田辺信介・石塚 真由美
  • Organizer: 第26回環境化学討論会
• [Presentation] PCBs 曝露がイヌ・ネコの甲状腺ホルモン恒常性へ及ぼす影響 (2017)
  • Author(s): 髙口倖暉・野見山 桂・西川博之・水川葉月・田上瑠美・芳之内 結加・横山 望・市居 修・滝口満喜・中山翔太・池中良徳・石塚 真由美,・岩田久人・国末達也・田辺信介
  • Organizer: 第26回環境化学討論会
• [Presentation] イエネコのin vivo長期曝露試験：デカブロモジフェニルエーテル(BDE209)の生体内変化, (2017)
  • Author(s): 田中啓介・野見山 桂・水川葉月・髙口倖暉・田上瑠美・Saengtienchai, A.・Sainnoxoi, T.・横山 望・市居 修・滝口満喜・中山翔太・池中良徳・石塚 真由美・国末達也・田辺信介
  • Organizer: 第26回環境化学討論会
• [Presentation] 血清中メタボローム解析によるイエネコのPCBs毒性影響評価 (2017)
  • Author(s): 野見山 桂・西川博之・水川葉月・髙口倖暉・Sainnoxoi, T.・横山 望・市居 修・滝口満喜・石塚 真由美・池中良徳・中山翔太・江口哲史・国末達也・田辺信介
  • Organizer: 第26回環境化学討論会
• [Presentation] 野生生物に残留するハロゲン化フェノール類の蓄積特性と毒性影響評価 (2017)
  • Author(s): 野見山桂
  • Organizer: 第5回バイオシグナル研究会「生命環境と生物シグナル応答－基礎から応用まで－」
  • Invited
• [Presentation] 野生生物に残留するハロゲン化フェノール類の蓄積特性と毒性影響評価 (2017)
  • Author(s): 野見山桂
  • Organizer: 第26回環境化学討論会,ウェリントンラボラトリーズランチョンセミナー
  • Invited
• [Funded Workshop] Chemical Hazard Symposium (Joint Seminar on Environmental Chemistry and Toxicology) (2017)