A risk assessment of autism caused by environmental chemicals using epigenetic information

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K11679
• Research Institution: University of Miyazaki
• Principal Investigator: 新井 良和 宮崎大学, 農学部, 助教 (90614769)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: エピジェネティクス / 環境化学物質 / 自閉症

Outline of Annual Research Achievements

自閉症スペクトラム障害(自閉症)は近年ますます増加する神経疾患であり、その多くが幼少期から発症し、様々な行動異常を伴うなど大きな社会問題となっている。これまでに自閉症の原因候補遺伝子が多数報告されているが、遺伝子変異のみでは疾患の発症機序を説明できないのが現状である。胎児は母体を介した栄養供給とともに、有害な化学物質にも晒される危険性がある。これまでの培養細胞を用いた解析で、妊娠期の母体環境中から検出される一部の化学物質が、遺伝子の発現調節機構であるエピジェネティクスを乱し、細胞分化にも影響することを明らかにしている。本研究では、化学物質による神経細胞分化への影響についてエピジェネティクスに着目し、自閉症の発症メカニズムの解明を行う。
これまでの研究で明らかとなった、ヒトiPS細胞のエピジェネティック状況を乱す5種類の化学物質(DEP, コチニン, S-421, Hg, Se)をヒトiPS細胞から分化誘導させたニューロスフィアに暴露し、神経幹細胞のマーカー遺伝子であるPAX6の発現解析、およびニューロスフィアのスフィア径をもとに、化学物質による神経分化への影響を評価した。その結果、5種類の化学物質の複合暴露はPAX6発現量を有意に増加させ、さらにスフィア径の有意な減少が認められた。これらのことは、母体環境中から検出され、エピジェネティック変異原として同定された5種類の化学物質が、初期の神経分化に悪影響をおよぼすことを示唆するものである。

Current Status of Research Progress

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

Reason

平成30年度は、妊娠期の母体環境中から検出される化学物質について、生体暴露状況に近い濃度で細胞に暴露し、神経細胞分化に影響する化学物質の同定を行った。これまでのヘテロクロマチンを指標とする研究で、ヒトiPS細胞のエピジェネティック状況を乱す5種類の化学物質(DEP, コチニン, S-421, Hg, Se)を同定している。ヒトiPS細胞からニューロスフィアへの神経幹細胞分化系を用いて、これら5種類の化学物質を暴露し、神経幹細胞のマーカー遺伝子であるPAX6の発現解析、および得られたニューロスフィアのスフィア径を指標に、化学物質の神経細胞分化への影響を評価した。生体暴露量を基準に14日間、化学物質暴露を行った結果、5種類の化学物質の複合暴露によってPAX6の発現量が有意に増加した。さらに、化学物質の暴露群では、対照群と比較してニューロスフィアのスフィア径が有意に減少していた。以上より、初期の神経細胞分化に悪影響をもたらす環境化学物質を同定できた。

Strategy for Future Research Activity

引き続き化学物質による神経細胞分化への影響を検証し、平成30年度に認められたPAX6の遺伝子発現異常へのエピジェネティクスの関与を検証する。また、5種類の化学物質それぞれをニューロスフィアに暴露し、単独暴露による神経細胞分化への影響を検証し、より影響度の強い化学物質の同定を行う。さらに、化学物質を暴露したニューロスフィアを神経細胞、グリア細胞に分化させ、化学物質による神経幹細胞での分化異常がその後の細胞分化にどのように影響するのかを検証していく。さらに、化学物質による遺伝子発現制御への影響を網羅的に検証するために、ゲノムワイドなDNAメチル化アレイ解析を行い、化学物質によってエピジェネティック変異が生じる遺伝子領域の絞り込みを行う。これらの結果より、自閉症の神経細胞分化異常において、従来の遺伝学による遺伝子変異解析とともに、エピジェネティック変異といった新たな指標による疾患の原因究明が可能になるものと考えられる。

Causes of Carryover

当該年度は概ね研究が順調に進んだため、予定通りの予算執行ができた。故に、一部の予算については次年度に繰越し、細胞培養用の培地に当てることとした。