2018 Fiscal Year Research-status Report
ヒトiPS細胞のミトコンドリア制御因子による新しい化学物質の神経毒性評価法の開発
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17K00576
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| Research Institution | 一般社団法人日本薬理評価機構 |
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Principal Investigator |
山田 茂 一般社団法人日本薬理評価機構, 評価法開発センター, 客員研究員 (50508679)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | iPS細胞 / ミトコンドリア / Mfn / 神経分化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
化合物には、ヒト発達期への神経毒性が懸念されるものがあり、安全性の評価は重要である。現在、動物を用いた評価が行われているが、種差の問題もあり、発達期モデルであるヒトiPS細胞を用いたin vitro評価系が期待されている。しかしながら発達神経毒性の有用な評価マーカーはいまだ見出されていない。
我々はiPS細胞を用いて神経毒性を有する農薬クロルピリホス（CPF）がミトコンドリア融合因子Mfn1を分解しミトコンドリア障害を引き起こすこと、さらにMfn1がミトコンドリアを介し神経分化を制御することを見出していた。
本年度は神経毒性の懸念があるナノマテリアルを用いて発達神経毒性の検討を試みた。銀ナノ粒子（AgNPs）は抗菌作用を有し、化粧品などに用いられる。近年、AgNPsはゼブラフィッシュ脳の形成異常など中枢神経毒性が報告されているが、ヒトへの影響は不明である。そこで本研究では、ヒトiPS細胞を用いて神経系の形成におけるAgNPs曝露の影響を検討した。神経分化法にはTGF及びBMPシグナル阻害剤によるDual SMAD阻害法を用いた。
まずAgNPs曝露後のiPS細胞で神経分化を行い、マーカー発現を検討した。その結果、AgNPs曝露により、神経誘導4、6、8日目までに各々外胚葉マーカーPAX6、FOXG1、神経前駆マーカーNestinの発現低下を見出した。次に、AgNPs曝露によりiPS細胞内ATP量が減少したことからCPFと同様ミトコンドリアの検討を行った。その結果、AgNPs曝露により、Mfn1蛋白が減少し、ミトコンドリア分裂が促進した。Mfn1ノックダウン細胞ではAgNPs曝露と同様、神経誘導に伴う分化マーカーの低下が認められたので、ヒトiPS細胞において、AgNPs曝露によりMfn1蛋白が減少してミトコンドリア機能が低下し、神経分化が抑制される可能性が示唆された。
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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
本年度はiPS細胞を用いて、ナノマテリアルであるAgNPsがミトコンドリア融合因子Mfn1蛋白を減少させ、ミトコンドリア機能（ATP産生）を負に制御することを明らかにした。さらに神経分化における検討を行い、AgNPsがMfn1蛋白の減少を介して神経分化を抑制することを見出した。Mfn1は船底防汚剤TBTや農薬CPFの曝露によっても減少するので発達神経毒性を有する化合物の重要な毒性ターゲット因子となる可能性がある。以上の結果から、研究はおおむね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでいくつかの化学物質に関してiPS細胞を用いた発達神経毒性の検討を行い、ミトコンドリア因子であるMfn1がターゲットとなることを示した。今後は発達神経毒性が懸念されている他の化学物質についてもあわせて検討したい。特にiPS細胞の自己複製やミトコンドリア機能（ATP産生能など）、神経分化などへの影響も検討する予定である。
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| Causes of Carryover |
試薬の納期（分化剤やミトコンドリアアッセイ試薬など）に予想以上に時間がかかってしまい、研究費を繰り越しせざるを得なくなった。必要な研究機器はある程度揃っており、研究費は主に研究試薬に充てる予定である。また本研究で得られた知見を国内外の学会や論文にも使用する予定である。
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