Establishment of drug-induced liver injury evaluation system in vivo using humanized liver chimeric mice

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 23K05621
• Research Institution: Central Institute for Experimental Animals
• Principal Investigator: 上原 正太郎 公益財団法人実験動物中央研究所, 実験動物応用研究部, 室長代理 (10733123)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2026-03-31
• Keywords: 肝臓ヒト化マウス / 薬物代謝 / シトクロムP450酸化還元酵素 / カルボキシルエステラーゼ

Outline of Annual Research Achievements

ヒトにおける化学物質曝露による肝毒性を精度よく検出できるin vivo評価系の確立を目指して、マウス薬物代謝酵素の異物代謝への干渉が最小限に抑えられた肝臓ヒト化マウスの作製を実施している。シトクロムP450酸化還元酵素（Por）欠損マウスは、肝臓ヒト化マウスの肝臓に残存するマウス肝細胞の影響を低減するために作製された。これまでに樹立した動物ではCyp3a11プロモーター下でFlippase遺伝子を挿入していたが、肝組織のPor欠損肝細胞の割合は個体によって多少ばらつきが認められた。そこで、より確実にかつ安定して肝組織のPorを欠損させるために、アルブミンプロモーター下にFlippase遺伝子を挿入した動物を作製した。現在、肝組織のPor発現分布や肝薬物代謝能の評価を進めている。また肝臓ヒト化マウスの肝外組織のマウス薬物代謝酵素は異物代謝に影響を及ぼしている。げっ歯類特有の血漿Ces1c酵素は肝臓で作られるが、肝臓ヒト化マウスの血漿にも存在している。肝臓ヒト化マウスの肝臓以外の組織の薬物代謝能をよりヒトに近づけるため、Ces1c遺伝子のエキソン５を含む領域を欠損したマウスを作製した。本マウスはウェスタンブロット解析により血漿のCes1cタンパク質が欠損していること、さらに血漿のオセルタミビル加水分解酵素活性が著しく低下していることを確認した。現在、Ces1c欠損肝臓ヒト化マウスの特性解析を進めている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

改良型シトクロムP450酸化還元酵素欠損（Por cKO）マウスおよびげっ歯類特有の血漿Ces1c酵素欠損マウスを作製した。マウス血漿Ces1c欠損マウスは期待されている表現型が得られていることを確認した。現在、改良型Por cKOマウスの特性解析を進めている。

Strategy for Future Research Activity

改良型シトクロムP450酸化還元酵素欠損（Por cKO）マウスおよびげっ歯類特有の血漿Ces1c酵素欠損マウスを基盤として肝臓ヒト化マウスを作製し、化学物質投与後の未変化体と代謝物の体内動態や毒性の評価を進める。肝臓ヒト化マウス由来の肝細胞を用いたin vitro薬物動態・肝毒性評価系も活用しながら、新しい肝臓ヒト化マウスがより精度よくヒトにおける化学物質の体内動態および毒性を予測するための優れた実験動物であるかどうか検証していく。

Research Products

• [Journal Article] Comprehensive gene profiling of the metabolic landscape of humanized livers in mice. (2024)
  • Author(s): Jiang C, Li P, Ma Y, Yoneda N, Kawai K, Uehara S, Ohnishi Y, Suemizu H, Cao H.
  • Journal Title: J Hepatol. Volume: 80 Pages: 622-633
  • DOI: 10.1016/j.jhep.2023.11.020.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] HepaSH cells: Experimental human hepatocytes with lesser inter-individual variation and more sustainable availability than primary human hepatocytes. (2023)
  • Author(s): Uehara S, Higuchi Y, Yoneda N, Ito R, Takahashi T, Murayama N, Yamazaki H, Murai K, Hikita H, Takehara T, Suemizu H.
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun. Volume: 663 Pages: 132-141
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2023.04.054.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The Unique Human N10-Glucuronidated Metabolite Formation from Olanzapine in Chimeric NOG-TKm30 Mice with Humanized Livers. (2023)
  • Author(s): Uehara S, Higuchi Y, Yoneda N, Kato H, Yamazaki H, Suemizu H.
  • Journal Title: Drug Metab Dispos. Volume: 51 Pages: 480-491
  • DOI: 10.1124/dmd.122.001102.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Drug transporter expression and activity in cryopreserved human hepatocytes isolated from chimeric TK-NOG mice with humanized livers. (2023)
  • Author(s): Zerdoug A, Le Vee M, Uehara S, Jamin A, Higuchi Y, Yoneda N, Lopez B, Chesné C, Suemizu H, Fardel O.
  • Journal Title: Toxicol In Vitro. Volume: 90 Pages: 105592
  • DOI: 10.1016/j.tiv.2023.105592.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Chronic Toxoplasma infection affects gene expression of drug-metabolizing enzymes in mouse liver. (2023)
  • Author(s): Uno Y, Uehara S, Ushirozako G, Masatani T, Yamazaki H.
  • Journal Title: Xenobiotica Volume: 53 Pages: 581-586
  • DOI: 10.1080/00498254.2023.2286597.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] SGX523 causes renal toxicity through aldehyde oxidase-mediated less-soluble metabolite formation in chimeric mice with humanized livers. (2023)
  • Author(s): Uehara S, Yasuda M, Higuchi Y, Yoneda N, Kawai K, Suzuki M, Yamazaki H, Suemizu H.
  • Journal Title: Toxicol Lett. Volume: 388 Pages: 48-55
  • DOI: 10.1016/j.toxlet.2023.10.003.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cytochrome P450 1A2 and 2C enzymes autoinduced by omeprazole in dog hepatocytes and human HepaRG and HepaSH cells are involved in omeprazole 5-hydroxylation and sulfoxidation. (2023)
  • Author(s): Uno Y, Uehara S, Ushirozako G, Murayama N, Suemizu H, Yamazaki H.
  • Journal Title: Xenobiotica Volume: 53 Pages: 465-473
  • DOI: 10.1080/00498254.2023.2266840.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Empirical scaling factor for predicting human pharmacokinetic profiles of disproportionate metabolites using the Css-MRTpo method and chimeric mice with humanised livers. (2023)
  • Author(s): Kamimura H, Uehara S, Yoneda N, Suemizu H.
  • Journal Title: Xenobiotica Volume: 53 Pages: 523-535
  • DOI: 10.1124/dmd.123.001481.
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ヒト化肝臓マウス由来肝細胞（Hu-liver cells）を用いた薬物誘導性肝毒性の検出 (2023)
  • Author(s): 上原正太郎、樋口裕一郎、米田直央、山崎浩史、末水洋志
  • Organizer: 第30回HAB研究機構学術年会
• [Presentation] SGX523はヒト肝キメラマウスにおいてアルデヒド酸化酵素による難溶性代謝物形成を介して腎毒性を引き起こす (2023)
  • Author(s): 上原正太郎、保田昌彦、樋口裕一郎、米田直央、川井健司、山崎浩史、末水洋志
  • Organizer: 第50回日本毒性学会学術年会
• [Presentation] ヒト肝キメラマウスによるSGX523の代謝と腎毒性 (2023)
  • Author(s): 上原正太郎、保田昌彦、樋口裕一郎、米田直央、川井健司、山崎浩史、末水洋志
  • Organizer: The 23rd International Conference on Cytochrome P450 (ICCP450) and the 38th Annual Meeting of the Japanese Society for the Study of Xenobiotics (JSSX)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of advanced liver humanized mouse model (2023)
  • Author(s): Shotaro Uehara
  • Organizer: The 9th Asian Federation of Laboratory Animal Science Associations Congress 2023
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Metabolism and renal toxicity of SGX523 in chimeric mice with humanized liver (2023)
  • Author(s): Shotaro Uehara
  • Organizer: The 23rd International Conference on Cytochrome P450 (ICCP450) and the 38th Annual Meeting of the Japanese Society for the Study of Xenobiotics (JSSX)
  • Int'l Joint Research / Invited