2022 Fiscal Year Annual Research 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), 教授 (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 / アストロサイト / 腸内細菌叢 / 機械学習 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、「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) 、アセタミプリド(ACET)およびこれらに関連する物質を胎児期に急性投与または慢性投与した動物の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。高濃度急性GLY投与と慢性GLY投与では、神経死の発現はが同程度であるが腸内細菌叢の変化は慢性投与のみに観察され、毒性の作用機序が腸管発ではなく神経系に直接影響することを裏付けた。低濃度慢性GLY投与はプログラム神経死を抑制することを、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、はじめ神経死の抑制、樹状突起発達の抑制と神経細胞の配列異常ののち、神経死に進むことが確認され、ニコチン性受容体の活性化によるものと示唆された。ACET投与動物由来ミクログリアは、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。また「機械学習を利用した特徴抽出」は、神経細胞およびアストログリアの形状をMATLAB を用いて解析し、形状に変化がある神経細胞やアストロサイトの密度の自動抽出を可能にし、農薬の影響を定量化した。
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