ヒ素誘導性皮膚癌発症メカニズムの解析と予知・予防法開発に向けた基礎研究

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25340052
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 矢嶋 伊知朗 名古屋大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (80469022)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 武田 湖州恵 中部大学, 生命健康科学部, 准教授 (80345884)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: ヒ素 / 井戸水 / 発癌 / 毒性

Outline of Annual Research Achievements

平成２６年度研究実施計画に基づき、以下の研究を行った。
1.成体マウスへのヒ素飲水投与実験による各組織のヒ素蓄積量の測定:（続き）：前年度に引き続き、成体マウスへのヒ素飲水投与を0, 0.3, 3, 30 μMの 濃度を用いて行った。前年度では、皮膚、肝臓、腎臓におけるヒ素蓄積量の測定を行い、有意な上昇が認められたため、本年度は他の臓器等についても測定を行った。ICP-MSによる元素測定のためのサンプル処理である灰化を行い、測定を行ったと ころ、3, 30 μMでのヒ素濃度の有意な上昇が観察された。
2.成体マウスへのヒ素飲水投与実験による各組織の Ｌ遺伝子及びタンパク質発現解析：1)において行われた飲水投与実験において採取した組織におけるL遺伝子及びタンパク質の発現レベルを測定した。その結果、ヒ素曝露によってL分子の発現が有意に上昇していることが明らかとなった。
3.培養細胞実験によるヒ素誘導性皮膚癌発症と増殖因子Lの関連性の解析（続き）:前年度に引き続き、培養細胞実験における解析を行った。増殖因子Lに対するノックダウン解析は、細胞内シグナル経路の特定の経路に対して影響しており、その経路の活性化は腫瘍形成の際に活性化される代表的な経路であった。この結果は、ヒ素曝露による発癌が、増殖因子Lを介して細胞内シグナル伝達経路を活性化することで引き起こされることを示唆している。
4.妊娠マウスへのヒ素飲水投与実験：成体だけでなく、胎児期におけるヒ素曝露の影響を解析するため、妊娠が確認されたマウスに対してヒ素を飲水投与し、解析を行った。現在飲水投与及び解析を続行中である。

Current Status of Research Progress

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

Reason

平成26年度研究実施計画では、以下の様な計画を立案していた。 1.成体マウスへのヒ素飲水投与実験による各組織のヒ素蓄積量の測定、2.成体マウスへのヒ素飲水投与実験による各組織の増殖因子L 発現解析、3.培養細胞実験によるヒ素誘導性皮膚癌発症と増殖因子Lの関連性の解析、4.妊娠マウスへのヒ素飲水投与実験とその解析。これらの計画全てにおいて計画は順当に進められ、いくつかの新しく、興味深い知見を得ることができている。これらの結果は、研究代表者が目的とする「増殖因子Lによる慢性ヒ素中毒発症メカニズムを解明すると共に、増殖因子Lを用いた慢性ヒ素中毒の予知・予防へ 有用性を証明する」ために必要な結果であり、その目的達成に向けて順当に計画が進行していることを示している。「1.成体マウスへのヒ素飲水投与実験による各組織のヒ素 蓄積量の測定」と「3.培養細胞実験によるヒ素誘導性皮膚癌発症と増殖因子Lの関連性の解析」では、研究目的を達成するために必要 不可欠で、これまで不明だった様々な情報を提供した。「2.成体マウスへのヒ素飲水投与実験による各組織の増殖因子L発現解析」では、遺伝子発現レベルだけではなく、タンパク質レベルにおいても、ヒ素と増殖因子Lが深く関連していることを示しており、慢性ヒ素中毒発症メカニズムを解明 と慢性ヒ素中毒の予知・予防への有効性を示している。さらに「4.妊娠マウスへのヒ素飲水投与実験とその解析」では、成体だけでなく、胎児期に対する影響を解析するために実験を開始している。以上の理由から、現在までの研究達成度は概ね順調に進展していると言える。

Strategy for Future Research Activity

本年度の研究結果は極めて新規性が高く、興味深いデータを示しており、さらなる解析が必要である。交付申請書に記載した、平成27年度研究実施計画と、今年度に得られた新たな知見に基づき、以下のように研究を遂行する。まず、26年度に引き続き、1.成体マウスへのヒ素飲水投与実験による各組織の増殖因子L発現解析、2. 培養細胞実験によるヒ素誘導性皮膚癌発症と増殖因子Lの関連性の解析を行う。3.妊娠マウスへのヒ素飲水投与実験による胚及び誕生仔のヒ素蓄積量の測定では、妊娠中のヒ素飲水による胎児への蓄積と、誕生後に引き続きヒ素を飲水した場合の蓄積量を明らかにするため、妊娠マウスへの飲水による胎児におけるヒ素蓄積量を測定する。また、胎児から誕生仔への継続的なヒ素 飲水投与を行い、成体マウスへの投与による蓄積との比較を行う。この解析により、成体時期でのヒ素暴露と胎児期でのヒ素暴露で体内のヒ素蓄積に違いがあるのかどう かを明らかにする。5.妊娠マウスへのヒ素飲水投与実験による胚及び誕生仔の増殖因子L発現解析：成体へのヒ素曝露は、増殖因子Lがヒ素によって発現誘導されることを本研究計画25, 26年度にて解明した。この現象が胎児期曝露でも引き起こされるかどうかを明らかにするため、胎児期のヒ素暴露したマウスにおける増殖因子Lの発現レベルを解析する。

Causes of Carryover

平成２６年度に遂行した４つの研究：「成体マウスへのヒ素飲水投与実験による各組織のヒ素蓄積量の測定」、「成体マウスへのヒ素飲水投与実験による各組織の Ｌ遺伝子及びタンパク質発現解析」、「培養細胞実験によるヒ素誘導性皮膚癌発症と増殖因子Lの関連性の解析」、「妊娠マウスへのヒ素飲水投与実験」において、様々な研究結果が得られた。そのデータは研究計画上で予測されたデータよりも、多岐、多様にわたり、その解析に多大な時間を要した。解析には人的要素が必要とされたため人件費として使用されたが、実験に必要な物品費等は逆にそれほど多くの予算を使用しなかった。その結果として、次年度使用額が生じたと考える。

Expenditure Plan for Carryover Budget

本研究計画時から、平成２６年度に遂行する研究は２７年度以降も継続して行う予定であり、実際に予定通り進行している。２７年度は、当初の計画に沿った研究と、２６年度に得られた多数のデータ及びその結果を考慮して新たに行う実験に必要な試薬等の購入に使用する予定である。

Research Products

• [Journal Article] he effects of non-thermal atmospheric pressure plasma irradiation on expression levels of matrix metalloproteinases in benign melanocytic tumors in RET-transgenic mice (2014)
  • Author(s): Iida, M., Yajima, I., Ohgami, N., Tamura, H., Takeda, K., Ichihara, S., Hori, M. and Kato, M.
  • Journal Title: Eur J Dermatol Volume: 24 Pages: 392-394
  • DOI: 10.1684/ejd.2014.2330
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Non-thermal atmospheric pressure plasmas as a novel candidate for preventive therapy of melanoma. (2014)
  • Author(s): Omata, Y., Iida, M., Yajima, I., Takeda, K., Ohgami, N., Hori, M. and Kato, M.
  • Journal Title: Environ Health Prev Med Volume: 19 Pages: 367-369
  • DOI: 10.1007/s12199-014-0399-1
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Bidirectional functions of arsenic as a carcinogen and an anti-cancer agent in human squamous cell carcinoma. (2014)
  • Author(s): Thang, N. D., Yajima, I., Kumasaka, M. Y. and Kato, M.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 9 Pages: e96945
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0096945
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Non-equilibrium atmospheric pressure plasmas modulate cell cycle-related gene expressions in melanocytic tumors of RET-transgenic mice. (2014)
  • Author(s): Yajima, I., Iida, M., Kumasaka, M. Y., Omata, Y., Ohgami, N., Chang, J., Ichihara, S., Hori, M. and Kato, M.
  • Journal Title: Exp Dermatol Volume: 23 Pages: 424-425
  • DOI: 10.1111/exd.12415
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] An actin-binding protein espin is a growth regulator for melanoma. (2014)
  • Author(s): Yanagishita, T., Yajima, I., Kumasaka, M., Iida, M., Xiang, L., Tamada, Y., Matsumoto, Y., Watanabe, D. and Kato, M.
  • Journal Title: J Invest Dermatol Volume: 134 Pages: 2996-2999
  • DOI: 10.1038/jid.2014.249
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant