ゲノム－核内受容体の相互作用アレイによる化学物質影響評価系の開発

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25660228
• Research Institution: Ehime University
• Principal Investigator: 岩田 久人 愛媛大学, 沿岸環境化学研究センター, 教授 (10271652)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 核内受容体 / 化学物質 / スクリーニング / 種差

Outline of Annual Research Achievements

昨年度は、バイカルアザラシエストロゲン受容体（ER）アイソフォーム（bsERα・ERβ）に対して、多くのビスフェノール類（BPs）がアゴニスト活性を示すことを報告した。今年度は、17β-エストラジオール（E2）共存下でbsERsを介したBPsのアンタゴニスト活性を評価した。またbsERsの種特異的機能を理解するため、マウスERs（mERs）についてもアンタゴニスト能を評価した。加えて、ERsの3Dホモロジーモデルを構築し、BPsとERsの結合状態をin silicoでシミュレーションした。
まずレポーター遺伝子アッセイでスクリーニングしたところ、多くのBPsはE2共存下ではアンタゴニスト活性を示した。興味深いことに、これらBPsの多くは、E2非共存下ではアゴニスト活性を示した。BPsによるアンタゴニスト活性はERアイソフォーム間やアザラシ・マウス間で差が認められた。次いで、アンタゴニスト活性を示した4,4'-(1-methylethylidene)bis(2-methylphenol)（BPC）と4,4'-(2,2-dichloroethenylidene)bisphenol（BP C2）を対象として、アンタゴニスト活性の用量ー応答関係を解析した。BPC処理の結果、bsERsに対してBPCは弱いアンタゴニスト作用を示したが、mERsに対して有意な作用は示さなかった。一方、BP C2はBPCよりも100-1000倍低濃度で転写活性化能を抑制した。
次にBPCとBP C2のアンタゴニスト作用の差を解明するために、両物質の結合状態をin silicoシミュレーション解析した。その結果、BP C2の相互作用エネルギー値はBPCの値よりも低かった。これらの結果は、in vitroアッセイで得られた、BPCの弱いアンタゴニスト活性と、BP C2の強いアンタゴニスト活性の結果を支持した。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

昨年度開発したバイカルアザラシエストロゲン受容体（ER）アイソフォーム（bsERα・ERβ）レポーター遺伝子アッセイ系に、E2と26種のビスフェノール類（BPs）をそれぞれ単独で共処理し、レポーター遺伝子活性を測定することで、bsERsのアンタゴニスト活性を評価した。またbsERsの種特異的機能を理解するため、マウスERsについてもアンタゴニスト能を評価した。加えて、分子シミュレーションソフトを使用してERsの3Dホモロジーモデルを構築し、BPsとERsの結合状態をin silicoでシミュレーションした。
今年度は、BPsはERsに対しアゴニスト活性だけでなく、アイソフォーム・種特異的なアンタゴニスト作用も有することが明らかとなった。また、BPsとERの特定のアミノ酸との結合状態をin silicoシミュレーション解析することで、ERとER応答配列（ERE）の相互作用を介したアゴニスト活性・アンタゴニスト活性を判別できる可能性が示唆された。BPsとERの相互作用をin silicoでシミュレーションすることは当初の研究計画では想定しておらず、こうした結果は予想していなかった。

Strategy for Future Research Activity

本研究の結果、ビスフェノール類（BPs）が17β-エストラジオール（E2）共存下でバイカルアザラシER -ER応答配列（ERE）を介したシグナル伝達系の応答を抑制することが示唆された。
次年度は、BPsと化学構造が類似している環境汚染物質の水酸化代謝物による応答についても調査する予定である。また、in silico で水酸化代謝物とERのドッキングシミュレーションをおこない、 ER-ERE転写活性化能の定量的構造活性相関（QSAR）モデルを構築したい。
さらに、バイカルアザラシだけでなくマウス・ヒト・イヌのERについても同様の試験をおこない、バイカルアザラシERの種特異的リガンド選択性についても検討し、ERアイソフォーム差・生物種差が生じる分子メカニズムについても究明する予定である。

Research Products

• [Journal Article] In silico analysis of the interaction of avian aryl hydrocarbon receptors and dioxins to decipher isoform-, ligand-, and species-specific activations. (2015)
  • Author(s): Hirano, M., Hwang, J.H., Park, H.J., Bak, S.M., Iwata, H., Kim, E.Y.
  • Journal Title: Environmental Science & Toxicology Volume: 49(6) Pages: 3795-3804
  • DOI: 10.1021/es505733f.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Association of XRCC1 polymorphisms with arsenic methylation. (2015)
  • Author(s): Fujiwara, J., Yasuda, T., Iwata, H., Tanabe, S., Takeshita, H.
  • Journal Title: Archives of Toxicology Volume: 1 Pages: 1-4
  • DOI: 10.1007/s00204-015-1490-0
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Enzymatic characterization of in vitro-expressed Baikal seal cytochrome P450 (CYP) 1A1, 1A2, and 1B1: Implication of low metabolic potential of CYP1A2 uniquely evolved in aquatic mammals. (2015)
  • Author(s): Iwata, H., Yamaguchi, K., Takeshita, Y., Kubota, A., Hirakawa, S., Isobe, T., Hirano, M., Kim, E.Y.
  • Journal Title: Aquatic Toxicology Volume: 162 Pages: 138-151
  • DOI: 10.1016/j.aquatox.2015.03.010.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Organohalogens and their hydroxylated metabolites in the blood of pigs from an open waste dumping site in south India: Association with hepatic cytochrome P450. (2015)
  • Author(s): Mizukawa, H., Nomiyama, K., Kunisue, T., Watanabe, M.X., Subramanian, A., Iwata, H., Ishizuka, M., Tanabe, S.
  • Journal Title: Environmental Research Volume: 138 Pages: 255-263
  • DOI: 10.1016/j.envres.2015.02.012.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] HP genotyping of Vietnamese: global distribution of HPdel, complete deletion allele of the haptoglobin gene (2015)
  • Author(s): Soejima, M., Agusa, T., Iwata, H., Fujihara, J., Kunito, T., Takeshita, H., Lan, V.T.M., Minh, T.B., Takahashi, S., Trang, P.T.K., Viet, P.H., Tanabe, S., Koda, Y.
  • Journal Title: Legal Medicine Volume: 17 Pages: 14-16
  • DOI: 10.1016/j.legalmed.2014.08.004
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Blood levels of polychlorinated biphenyls and their hydroxylated metabolites in Baikal seals (Pusa sibirica): emphasis on interspecies comparison, gender difference and association with blood thyroid hormone levels. (2014)
  • Author(s): Imaeda, D., Nomiyama, K., Kunisue, T., Iwata, H., Tsydenova, O., Amano, M., Petrov, E.A., Batoev, V.B., Tanabe, S.
  • Journal Title: Chemosphere Volume: 114 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1016/j.chemosphere.2014.03.089.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effects of persistent organochlorine exposure on the liver transcriptome of the common minke whale (Balaenoptera acutorostrata) from the North Pacific. (2014)
  • Author(s): Niimi, S., Imoto, M., Kunisue, T., Watanabe, M.X., Kim, E.Y., Nakayama, K., Yasunaga, G., Fujise, Y., Tanabe, S., Iwata, H.
  • Journal Title: Ecotoxicology and Environmental Safety Volume: 108 Pages: 95-105
  • DOI: 10.1016/j.ecoenv.2014.06.028.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Toxicological assessment of polychlorinated biphenyls and their metabolites in the liver of Baikal seal (Pusa sibirica). (2014)
  • Author(s): Nomiyama, K., Hirakawa, S., Eguchi, A., Kanbara, C., Imaeda, D., Yoo, J., Kunisue, T., Kim, E.Y., Iwata, H., Tanabe, S.
  • Journal Title: Environmental Science & Toxicology Volume: 48(22) Pages: 13530-13539
  • DOI: 10.1021/es5043386.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Novel role of hnRNP-A2/B1 in modulating aryl hydrocarbon receptor ligand sensitivity. (2014)
  • Author(s): Cho, S.W., Suzuki, K., Miura, Y., Miyazaki, T., Nose, M., Iwata, H., Kim, E.Y.
  • Journal Title: Archives of Toxicology Volume: 1 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1007/s00204-014-1352-1
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Transient suppression of AHR activity in early red seabream embryos does not prevent the disruption of peripheral nerve projection by 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin. (2014)
  • Author(s): Iida, M., Bak, S.M., Murkami, Y., Kim, E.Y., Iwata, H.
  • Journal Title: Aquatic Toxicology Volume: 154 Pages: 39-47
  • DOI: 10.1016/j.aquatox.2014.05.001.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Relationship between mRNA expressionlevel and SNPs of As3MT in residents from arsenic-contaminated areas in Vietnam. (2015)
  • Author(s): Agusa, T., Kunito, T., Tue, N.M., Lan, V.T., Minh, T.B., Trang, P.T., Fujihara, J., Takeshita, H., Takahashi, S., Viet, P.H., Tanabe, S., Iwata, H.
  • Organizer: Society of Toxicology (SOT) 54th Annual Meeting
  • Place of Presentation: サンディエゴ、アメリカ
  • Year and Date: 2015-03-25
• [Presentation] The autoinduction mechanism of aryl hydrocarbon receptor 2 (AhR2) through TCDD-activated AhR1/2 in the red seabream (Pagrus major). (2015)
  • Author(s): Bak, S.M., Kim, E.Y., Iida, M., Iwata, H.
  • Organizer: Society of Toxicology (SOT) 54th Annual Meeting
  • Place of Presentation: サンディエゴ、アメリカ
  • Year and Date: 2015-03-25
• [Presentation] Strain-differences in the proteome of dioxin-sensitive and -resistant mice treated with 2,3,7,8-tetrabromodibenzo-p-dioxin. (2015)
  • Author(s): Nguyen, T., Lauan, M., Yoo, J., Iida, M., Agusa, T., Kim, E.Y., Miyazaki, T., Nose, M., Iwata, H.
  • Organizer: Society of Toxicology (SOT) 54th Annual Meeting
  • Place of Presentation: サンディエゴ、アメリカ
  • Year and Date: 2015-03-24
• [Presentation] RNA-Seq analysis of the mysid crustacean transcriptome treated with naturally occurring 1,3,7-tribromodibenzo-p-dioxin. (2015)
  • Author(s): Hirano, M., Uchida, M., Kusano, T., Arizono, K., Iwata, H.
  • Organizer: Society of Toxicology (SOT) 54th Annual Meeting
  • Place of Presentation: サンディエゴ、アメリカ
  • Year and Date: 2015-03-23
• [Presentation] Effects of a naturally occurring dioxin, 1,3,7-tribromodibenzo-p-dioxin on the mysid transcriptome (2014)
  • Author(s): Hirano, M., Uchida, M., Kusano, T., Arizono, K., Iwata, H.
  • Organizer: 環境ホルモン学会 第１７回研究発表会
  • Place of Presentation: 東京都文京区、日本
  • Year and Date: 2014-12-10
• [Presentation] パスウェイ解析によるTCDD曝露したマダイ胚のトランスクリプトームへの影響評価 (2014)
  • Author(s): 飯田 緑、藤井 聡、内田雅也、中村 浩、鏡 良弘、Bak Su-Min、金 恩英、岩田久人
  • Organizer: 環境ホルモン学会 第１７回研究発表会
  • Place of Presentation: 東京都文京区、日本
  • Year and Date: 2014-12-10
• [Presentation] ポリ塩化ビフェニル（PCBs）曝露によるイヌ異物代謝酵素シトクロムP450への影響 (2014)
  • Author(s): 田村沙弥、Yoo Jean、水川葉月、阿草哲郎、平野将司、野見山桂、田辺信介、金 恩英、岩田久人
  • Organizer: 環境ホルモン学会 第１７回研究発表会
  • Place of Presentation: 東京都文京区、日本
  • Year and Date: 2014-12-10
• [Presentation] バイカルアザラシ エストロゲン受容体α・β転写活性化能の評価：種差とE2誘導等価係数 (2014)
  • Author(s): 芳之内結加、清水沙千子、李 鎮善、平野将司、阿草哲郎、鈴木賢一、中田晴彦、金 恩英、岩田久人
  • Organizer: 環境ホルモン学会 第１７回研究発表会
  • Place of Presentation: 東京都文京区、日本
  • Year and Date: 2014-12-09
• [Presentation] Functional characterization of the clathrin as a novel regulator of ecdysone receptor signaling pathway (2014)
  • Author(s): Hirano, M., Suzuki, K.T., Iwata、H.
  • Organizer: 環境ホルモン学会 第１７回研究発表会
  • Place of Presentation: 東京都文京区、日本
  • Year and Date: 2014-12-09
• [Presentation] バイカルアザラシ (Pusa sibirica) における水酸化PCBsの毒性影響評価 (2014)
  • Author(s): 野見山桂、平川周作、江口哲史、今枝大輔、Yoo Jean、国末達也、岩田久人、田辺信介
  • Organizer: 環境ホルモン学会 第１７回研究発表会
  • Place of Presentation: 東京都文京区、日本
  • Year and Date: 2014-12-09
• [Presentation] バイカルアザラシ エストロゲン受容体α・β転写活性化能の評価：in vitro ・ in silico法によるリガンド作用機序の解明 (2014)
  • Author(s): 芳之内結加、清水沙千子、李 鎮善、平野将司、阿草哲郎、鈴木賢一、中田晴彦、金 恩英、岩田久人
  • Organizer: 環境ホルモン学会 第１７回研究発表会
  • Place of Presentation: 東京都文京区、日本
  • Year and Date: 2014-12-09
• [Presentation] ウミガメ類におけるヒ素化合物の蓄積特性 (2014)
  • Author(s): 阿草哲郎、高木 梢、Todd W. Miller、久保田領志、阿南弥寿美、岩田久人、田辺信介
  • Organizer: 第20回ヒ素シンポジウム
  • Place of Presentation: 千葉県銚子市、日本
  • Year and Date: 2014-12-06
• [Presentation] Ecological factors as pressure of natural selection of AhR genotypes in avian species (2014)
  • Author(s): Hwang, J.H., Park, H.J., Park, J.Y., Bak, S.M., Park, Y.S., Hirano, M., Kim, E.Y., Iwata, H.
  • Organizer: DIOXIN Madrid 2014 / 34th International Symposium on Halogenated Persistent Organic Pollutants
  • Place of Presentation: マドリード、スペイン
  • Year and Date: 2014-09-04
• [Presentation] In vitro and in silico assessment of transactivation potencies of Baikal seal estrogen receptors αand β by persistent organic pollutants and bisphenols (2014)
  • Author(s): Yoshinouchi, Y., Shimizu, S., Suzuki, K., Lee, J.S., Nakata, H., Hirano, M., Kim, E.Y., Agusa, T., Iwata, H.
  • Organizer: DIOXIN Madrid 2014 / 34th International Symposium on Halogenated Persistent Organic Pollutants
  • Place of Presentation: マドリード、スペイン
  • Year and Date: 2014-09-04
• [Presentation] Effects of polychlorinated biphenyls on the expression of cytochrome P450s in beagle dogs (2014)
  • Author(s): Tamura, S., Yoo, J., Nomiyama, K., Mizukawa, H., Tanabe, S., Agusa, T., Kim, E.Y., Hirano, M., Iwata, H.
  • Organizer: DIOXIN Madrid 2014 / 34th International Symposium on Halogenated Persistent Organic Pollutants
  • Place of Presentation: マドリード、スペイン
  • Year and Date: 2014-09-04
• [Presentation] Isoform specific induction of aryl hyrocarbon receptor by TCDD in the red seabream (Pagrus major) (2014)
  • Author(s): Bak, S.M., Iida, M., Iwata, H., Kim, E.Y.
  • Organizer: DIOXIN Madrid 2014 / 34th International Symposium on Halogenated Persistent Organic Pollutants
  • Place of Presentation: マドリード、スペイン
  • Year and Date: 2014-09-04
• [Presentation] 海棲高等動物はどのように水銀を解毒しているのか？ (2014)
  • Author(s): 阿草哲郎, 安木進也, 池本徳孝, 國頭 恭, 馬場徳寿, 田辺信介, 岩田久人
  • Organizer: 第33回生体と金属・化学物質に関する研究会（チョークトーク2014）
  • Place of Presentation: 神奈川県藤沢市、日本
  • Year and Date: 2014-08-21
• [Presentation] 海棲哺乳類の肝臓におけるHg結合タンパク質 (2014)
  • Author(s): 阿草哲郎，安木進也，池本徳孝，國頭 恭，馬場徳寿，田辺信介，岩田久人
  • Organizer: 第25回日本微量元素学会学術集会
  • Place of Presentation: 岡山県岡山市、日本
  • Year and Date: 2014-07-03 – 2014-07-04
• [Presentation] AS3MT遺伝子多型と無機ヒ素のメチル化能力との関係 (2014)
  • Author(s): 阿草哲郎, 國頭 恭, Nguyen Minh Tue, Vi Thi Mai Lan, Tu Binh Minh, Pham Thi Kim Trang, 藤原純子, 竹下治男, 高橋 真, Pham Hung Viet, 田辺信介, 岩田久人
  • Organizer: 第84回日本衛生学会学術総会
  • Place of Presentation: 岡山県岡山市、日本
  • Year and Date: 2014-05-25
  • Invited
• [Presentation] DDTs ・ビスフェノール類によるバイカルザラシ・マウスエストロゲン受容体転写活性化能の評価 (2014)
  • Author(s): 芳之内結加，清水沙千子，李 鎮善，平野将司，阿草哲郎，鈴木賢一，中田晴彦，金 恩英，岩田久人
  • Organizer: 第23回環境化学討論会
  • Place of Presentation: 京都府京都市、日本
  • Year and Date: 2014-05-16
• [Presentation] キタオットセイ（Callorhinus ursinus）の肝臓における水銀結合タンパク質の探索 (2014)
  • Author(s): 阿草哲郎，安木進也，池本徳孝，國頭 恭，馬場徳寿，田辺信介，岩田久人
  • Organizer: 第23回環境化学討論会
  • Place of Presentation: 京都府京都市、日本
  • Year and Date: 2014-05-16
• [Remarks] 岩田研究室のウェブサイト日本語版
  • URL: http://ecotoxiwata.jp/
• [Remarks] 岩田研究室のウェブサイト英語版
  • URL: http://ecotoxiwata.jp/en/index.html