2019 Fiscal Year Research-status Report
Effects of pesticide exposure on central synapse formation
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19K19407
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| Research Institution | University of Toyama |
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Principal Investigator |
和泉 宏謙 富山大学, 医学部, 技術専門職員 (00377342)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 農薬曝露 / 神経シナプス形成 / 神経毒性 / 有機リン系農薬 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
農薬曝露による神経系への影響として、高次脳機能障害を伴う発達障害が問題視されている。しかし、その症状の隠蔽性は高く、中枢神経系の発達に与える影響と分子メカニズムについては未だ不明である。本研究計画では、農薬曝露による神経シナプス形成への影響評価を通して、神経発達障害の病態発症機構の解明に結びつけることを目的として、平成31年度は以下の内容の研究を実施し、成果を得た。
（１）農薬曝露がシナプス誘導能へ及ぼす影響
我々はこれまでに、脳内遺伝子発現モニターマウスを用いた神経毒性の解析結果から、グルホシネート（有機リン系）やデルタメトリン（ピレスロイド系）などの農薬曝露によって、活動依存的に神経細胞間のシナプス調節を担う遺伝子に異常な発現誘導変化が生じることを明らかにしてきた。そこで、シナプス形成への影響を明らかにするため、母体を介して胎生期に農薬曝露を施したマウス胎児からの培養神経細胞を用いて、主にシナプス前終末への分化誘導能の測定・定量を実施した。その結果、対照群と比較して、グルホシネート曝露群ではシナプス後部に存在する細胞接着分子Nlgn1に対するシナプス前終末の誘導量に有意な減少を認めた。一方、グルホシネート曝露群では、その母体間において、上記の誘導量の減少割合に違いが見受けられた。また、シナプス誘導能の評価と並行して、経時的な遺伝子発現解析を実施した結果、グルホシネート曝露群で発現変動を示した遺伝子に軸索誘導やシナプスに関連するものが含まれていた。以上から、胎生期のグルホシネート曝露がシナプス誘導能の少なくとも一部に影響を与えることを見出した。
（２）発達障害モデルマウスの作製
遺伝的に発達障害の要因を保有する新規のマウス系統作製として、ゲノム編集技術を利用し、シナプス形成に関連するPTPRD遺伝子への変異導入マウスを作製した。
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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、農薬曝露による神経細胞のシナプス誘導能の変化の評価、ならびに発達障害と関連性が高いとされる遺伝子変異導入マウスの作製を実施予定であった。農薬曝露によるシナプス誘導能の変化については、胎児由来の培養神経細胞を用いた解析から、グルホシネート曝露によって細胞接着分子であるNlgn1に対するシナプス前終末の誘導量が有意に減少することを明らかにした。一方、発達障害のモデルマウスの作製については、交付決定額が当初計画よりも減額となり、フェムトジェット（マイクロインジェクション用機器）の更新が困難となった。そのため、マウス作製の対応範囲が狭くなるが、取り急ぎ、エレクトロポレーションによるゲノム編集法の導入を進めた。条件検討に少し時間を要したが、この方法にて、発達障害と関連性が高いとされるPTPRD遺伝子の変異導入マウスを作製した。
以上の結果から、現在までの研究はおおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は下記の実験を推進する予定である。
（１）個体レベルにおける神経シナプス形成への影響評価
これまでの結果を受け、グルホシネート曝露を施した培養神経細胞を用いて、そのほかのシナプス種についての比較検討を行う。変化の見られるシナプス種を同定したのち、グルホシネート曝露後の産仔脳でそのシナプス種に変化が認められるか否かを検証する。必要に応じて、遺伝子発現解析等を実施し、得られるデータの信頼性を担保する予定である。当初計画に含んだピレスロイド系農薬のデルタメトリンについても、同様な流れでの解析を予定している。
（２）発達障害モデルマウスの作製と解析
これまでに作製したPTPRD遺伝子変異導入マウスの表現型の解析を行う予定である。また、個体レベルでの農薬曝露の影響評価をより簡便化するために、脳内にてPTPRD遺伝子をモニターするマウスの作製を試みる。
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| Causes of Carryover |
グルホシネート曝露による影響評価として、当初の予定に加えて、経時的な遺伝子発現解析や母体間での比較など詳細な解析に注力するために、初年度で予定していたデルタメトリン曝露に関する実験計画を条件検討に留めたことから次年度使用額が生じた。この分については、次年度計画としたデルタメトリン曝露による影響評価に使用予定である。
また、本研究計画を進めるにあたり、学内の共同利用施設を利用した。2019年12月から2020年3月までの4カ月分の共同利用施設の利用料金の一部について、その請求が2020年度4月になるため次年度使用とした。
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