2019 Fiscal Year Research-status Report

DNA methylation abnormality of neural stem cell and brain dysfunction caused by chronic inflammation which induced by nanoparticle exposure

Research Project

Project/Area Number	19K12342
Research Institution	Tokyo University of Science, Yamaguchi
Principal Investigator	立花研山陽小野田市立山口東京理科大学, 薬学部, 准教授 (10400540)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	ナノ粒子 / DNAメチル化 / エピジェネティクス / 神経幹細胞 / 慢性炎症 / 胎児期曝露
Outline of Annual Research Achievements	ナノ粒子は様々な用途に用いられ産業の発展に寄与しているが、その一方で様々な健康影響の原因となる。我々はこれまでに、胎児期のナノ粒子曝露が成長後の脳機能障害を引き起こすことを示してきた。ナノ粒子の健康影響には慢性炎症が関わることが示されているが、慢性炎症と健康影響をつなぐメカニズムは解明されていない。DNAメチル化は遺伝子発現制御機構の一つであり胎児の発生に必須であるが、慢性炎症によってその異常が蓄積される。このことから、ナノ粒子曝露による慢性炎症がDNAメチル化異常を引き起こし、胎仔の脳機能障害の原因になると考えられる。本研究では、神経幹細胞に着目し、ナノ粒子曝露による慢性炎症が引き起こすDNAメチル化異常を調べ、神経幹細胞や分化後の神経系細胞に及ぼす機能的変化と脳機能障害との関わりについて解明を目指す。 2019年度は、ナノ粒子による慢性炎症の原因となる炎症関連タンパク質の同定を目指して解析を行った。マウス由来マクロファージ様細胞株（MG5）に対して標準的なナノ粒子の一つとして用いられるシリカナノ粒子（30 nm、100 nm、300 nm）を曝露し、曝露1時間後および24時間後における炎症性サイトカインの遺伝子レベルでの発現量の変化について検討を行った。曝露濃度は各粒径のナノ粒子ごとにMG5細胞に毒性がみられない濃度で行った。その結果、予想に反して調べた炎症性サイトカインについて発現量の増加はほとんど認められず、減少傾向が認められた。また、減少傾向が認められた遺伝子発現についても変動は小さいものであった、このことから、培養上清を用いてMG5細胞から放出されるサイトカイン類をタンパク質レベルで解析する必要があると考えられた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 本研究では、ナノ粒子による慢性炎症の原因となる炎症関連タンパク質の同定、炎症関連タンパク質が神経幹細胞のDNAメチル化状態に及ぼす影響の解析、炎症関連タンパク質が神経幹細胞の分化能・増殖能および神経系細胞への分化過程における機能獲得に及ぼす影響の解析を主な研究内容としている。2020年度はこのうち、ナノ粒子による慢性炎症の原因となる炎症関連タンパク質の同定に着目して研究を行った。遺伝子レベルでの解析は進んでいるが、さらにタンパク質レベルでの解析までは実施できていないため、今後解析を行う必要がある。
Strategy for Future Research Activity	2019年度に引き続き、ナノ粒子による慢性炎症の原因となる炎症関連タンパク質の同定を継続する。これまでに遺伝子レベルでの検討を行っており、2020年度はタンパク質レベルでの解析を検討する。また、当初の研究計画では、ナノ粒子の胎仔期曝露を行ったマウスから神経幹細胞を得て、そのDNAメチル化状態や遺伝子発現について解析を行う予定であったが、この実験は最終年度での実施に変更し、2020年度は神経幹細胞の培養細胞株を用いた解析を行う予定とする。ナノ粒子による慢性炎症の原因と考えられる炎症関連タンパク質を同定した後、神経幹細胞（培養細胞株）にその炎症関連タンパク質を曝露し、DNAメチル化状態や遺伝子発現にどのような影響が生じるか、検討を行う。さらにそのDNAメチル化異常および遺伝子発現が神経幹細胞の増殖能や分化能にどのような機能的変化を及ぼすか検討を行う。
Causes of Carryover	2019年度は、当初の研究計画では実験動物を使用した神経幹細胞の採取と得られた細胞のDNAメチル化の網羅的解析を計画していたが、研究遂行上の都合でその計画を最終年度に変更したため、次年度使用額が生じた。研究内容自体には変更はないため、次年度以降、研究計画にしたがって使用する予定である。