2021 Fiscal Year Research-status Report
Quantitative analysis of developmental neurotoxicity due to embryonic exposure of pesticides
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20K12621
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
吉田 祥子 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (40222393)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
穂積 直裕 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30314090)
田村 和輝 浜松医科大学, 光尖端医学教育研究センター, 助教 (40822614)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 発達神経毒性 / ミクログリア / プルキンエ細胞 / 腸内細菌叢 / 機械学習 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和3年度には、テーマ1. 「農薬投与による上位脳の多面的な神経発達状況の観察」として、グリホサート(GLY) または アセタミプリド(ACET)を胎児期に急性投与または慢性投与した小脳構造の組織化学的な観察、生化学的な変化の観察、小脳から採取した脳の免疫細胞であるミクログリアの音響特性の変化の観察、および化学物質投与動物の行動変化と菌叢解析、動物の盲腸内の短鎖脂肪酸の産生量変化を観察した。高濃度GLYの投与で遅発的に進行する神経死の機序として、グルタミン酸トランスポーターGLASTの発現が抑制されることを確認し、これを生化学的な観察で確認した。この機序にYY1の関与が示唆された。前年度に観察された、低濃度慢性GLY投与が、高濃度投与と異なりプログラム神経死を抑制する効果を、顆粒細胞分化、腸内細菌叢の変化、行動変化、短鎖脂肪酸の変化により観察した。低濃度慢性GLY投与は、腸内細菌叢の変化が緩やかで、短鎖脂肪酸はプロピオン酸が有意に変化など炎症抑制的な機序が強く示唆された。ACET投与動物では、神経死の抑制、樹状突起発達の抑制と同時に、プルキンエ細胞の配列が強く乱れることが確認された。これはニコチンの投与でも観察され、ニコチン性受容体の活性化によるものと示唆される。ACET投与動物から採取されたミクログリアは、培養開始時からramified形状をとり、音響観察から三次元的なブリッジ構造をとることが観察された。ACET投与により脳の免疫細胞の状態が変化していることを強く示唆する。テーマ2.「機械学習を利用した特徴抽出」では、免疫組織化学観察で得た神経細胞およびアストログリアをMATLAB の machine learning toolboxを用いた画像認識システムで解析し、細胞を自動識別した上で、形状に変化がある神経細胞の自動抽出、アストロサイトの密度の自動抽出が可能となった。
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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
発達神経毒性のメカニズムの解析、機械学習による特徴抽出が想定以上に進行し、多くのデータを得ることができている。この結果をもとに、炎症と神経回路形成の関係を追求する。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初計画では海馬歯状回の形態変化まで行う予定であり、2022年度に実施する。一方小脳で進行している神経変性の結果を多面的に観察しているため、研究の中心を小脳において結果をまとめることになると思われる。行動、腸内細菌など全身の変化と、小脳、海馬などの脳の変化の相関を追求する予定である。
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| Causes of Carryover |
半導体不足、およびコロナウイルス検査の拡大のため、一部の機器及び生化学的資材が入手困難になっており、支出を次年度に繰り越すこととなった。
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