2019 Fiscal Year Annual Research Report
Analysis on molecular mechanisms for tissue-specific toxicity of heavy metals
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19H03375
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| Research Institution | Showa University |
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Principal Investigator |
原 俊太郎 昭和大学, 薬学部, 教授 (50222229)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 脂質代謝 / 過酸化脂質 / 毒性発現 / 重金属 / 生理活性脂質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、重金属の毒性発現の標的として脂質分子に注目し、重金属等の毒性化学物質曝露に伴う脂質組成の変化及び生理活性脂質の産生を網羅的に解析するトキシコリピドミクスの手法を用い、重金属の組織特異的毒性発現機構を明らかにすることを目的としている。本年度は以下の点を明らかにした。
1) 神経毒性を示すメチル水銀に関する解析：マウスにメチル水銀を投与し、脳におけるトキシコリドミクスを進めた。小脳に加え大脳においてもホスファチジルコリン（PC）のヒドロペルオキシド（PC-OOH）体量の増加が観察されたが、このPC-OOH量は、野生型マウスとカルシウム非依存性ホスホリパーゼA2γ（iPLA2γ）KOマウスで有意な差は見られなかった。また、プロスタグランジンE2産生を担うmPGES-1の遺伝子欠損がメチル水銀毒性に及ぼす影響についても検討を開始した。
2) 腎毒性を示すシスプラチン（白金を含む）・カドミウムに関する解析：シスプラチンの抗がん作用の標的となる膀胱癌由来EJ細胞のiPLA2γをノックダウンすると、対照細胞ではみられないミトコンドリア膜電位の低下及びミトコンドリアにおける過酸化脂質産生の増加が観察された。今後はヒト腎近位尿細管細胞HK2細胞でも同様の検討を進める予定である。HK2細胞をカドミウムに曝露した際にみられる細胞死におけるiPLA2γやアシルCoA合成酵素ACSL4の関与についても解析中である。
3) 肝毒性・膀胱毒性を示す化学物質に関する解析：重金属における解析の前に、肝毒性・膀胱毒性を示す化学物質としてよく知られているアセトアミノフェン、シクロホスファミドについてトキシコリドミクスを進めた。その結果、アセトアミノフェンによる肝毒性がACSL4のKOマウスで、シクロホスファミドによる膀胱炎がプロスタサイクリン合成酵素（PGIS）のKOマウスで抑制されることがわかった。
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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
神経毒性を示すメチル水銀に関する解析においては、マウスに投与した際の脳におけるトキシコリピドミクスを進めることができ、特にPC-OOHに関する新たな知見を得ることができた。今後はさらに、ホスファチジルエタノールアミン（PE）の過酸化体の解析を進める予定である。また、メチル水銀曝露に伴う生理活性脂質産生の変化も検討し、変化がみられたプロスタグランジンE2産生を担うmPGES-1欠損がメチル水銀毒性に及ぼす影響について解析を開始した。
腎毒性を示すシスプラチン（白金を含む）・カドミウムに関する解析では、細胞レベルの解析を通じiPLA2γに関する新たな知見を得ることができたが、マウスに投与した際のトキシコリピドミクスを進められなかったのは、今後の検討課題である。
カドミウムは肝毒性も示し、その他の重金属の中にも肝毒性や膀胱毒性を示すものが知られている。今年度は肝毒性・膀胱毒性を示す重金属については解析できなかったものの、その前段階として、肝毒性・膀胱毒性を示す化学物質としてよく知られているアセトアミノフェン、シクロホスファミドの影響について解析を行うことができた。特に、アセトアミノフェンの肝毒性については、この毒性発現にPC-OOHなどの過酸化脂質を介するフェロトーシスと呼ばれる細胞死が深く関与すること、ACSL4の欠損が過酸化脂質産生抑制を介しアセトアミノフェンの肝毒性を抑えることがわかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
神経毒性を示すメチル水銀に関する解析においては、これまでのトキシコリピドミクスをさらに展開し、PE-OOH等、グリセロリン脂質の過酸化体の変化に重点を置き、解析を進める。過酸化脂質除去に関与する酵素としてiPLA2γに加えACSL4のKOマウス、生理活性脂質産生に関わるmPGES-1やPGISのKOマウスに、メチル水銀を曝露し、これらの酵素の欠損がメチル水銀の毒性発現や小脳における脂質プロファイルに及ぼす影響を検討する。さらに、マウス小脳由来顆粒細胞やSH-SY5Y等の培養神経細胞を用い、メチル水銀曝露時の細胞レベルでのトキシココリピドミクスも展開し、細胞レベルにおける各脂質代謝酵素の欠損やノックダウンのメチル水銀毒性への影響についても解析する。
腎毒性を示すシスプラチン（白金を含む）・カドミウムに関する解析においても、まず、HK2等の腎臓由来の培養細胞を用い、メチル水銀と同様に、細胞レベルでのトキシコリピドミクスを進める。さらに、マウスに投与し、腎臓において、脂質組成、脂質過酸化物や生理活性脂質の産生がに変化がみられるか、トキシコリピドミクスを行う。個体レベルにおけるiPLA2γ、ACSL4、mPGES-1、PGISといった脂質代謝酵素の欠損が腎毒性に及ぼす影響についても解析する。カドミウムやシスプラチンを曝露しても毒性がみられない組織や、カドミウムの急性毒性発現の標的となる肝臓や精巣においても、トキシコリピドミクスを展開する。
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[Journal Article] Ferroptosis driven by radical oxidation of n-6 polyunsaturated fatty acids mediates acetaminophen-induced acute liver failure2020
Author(s)
Yamada, N., Karasawa, T., Kimura, H., Watanabe, S., Kommata, T., Komata, R., Sampilvanjil, A., Ito, J., Nakagawa, K., Kuwata, H., Hara, S., Mizuta, K., Sakuma, Y., Sata, N., Takahashi, M.
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Journal Title
Cell Death & Disease
Volume: 11
Pages: 144
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Long-chain acyl-CoA synthetase 4 participates in the formation of highly unsaturated fatty acid-containing phospholipids in murine macrophages2019
Author(s)
Kuwata, H., Nakatani, E., Shimbara-Matsubayashi, S., Ishikawa, F., Shibanuma, M., Sasaki, Y., Yoda, E., Nakatani, Y., Hara, S.
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Journal Title
Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular and Cell Biology of Lipids
Volume: 1864
Pages: 1606-1618
DOI
Peer Reviewed
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