エピジェネティック活性をもつ化学物質の影響把握と新たな環境リスクの予防策

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H01749
• 研究機関: 横浜薬科大学
• 研究代表者: 福田 秀子 (曽根秀子) 横浜薬科大学, 薬学部, 教授 (60280715)
• 研究分担者: 伊藤 智彦 国立研究開発法人国立環境研究所, 環境リスク・健康研究センター, 主任研究員 (60391067) ; 桂 真理 東京大学, アイソトープ総合センター, 特任助教 (30436571) ; 藤渕 航 京都大学, iPS細胞研究所, 教授 (60273512) ; 大鐘 潤 明治大学, 農学部, 専任准教授 (50313078) ; 中尾 洋一 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (60282696) ; 阿部 訓也 国立研究開発法人理化学研究所, バイオリソース研究センター, チームリーダー (40240915)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 化学物質管理 / エピジェネティクス / 幹細胞 / in vitro / 予防対策 / 影響評価 / 生殖発生毒性 / バイオインフォマティクス

研究実績の概要

環境化学物質の早期な生物反応影響を検出するため、多能性幹細胞におけるエピジェネティックな変動を引き起こす物質の迅速な検出法の開発を検討した。MBD-GFPとHP1-mCherryを導入したヒトiPS細胞を用いて、DNAメチル化及びヒストンメチル化修飾を指標としたグローバルなエピジェネティック状態を可視的に検出する手法を開発した。同様に、より安定したレポーター発現を得るために、Rosa26遺伝子座にMBD-mCherryとHP1b-EGFPをノックインしたマウスES細胞株を樹立した。ヒト及びラットに心毒性、肝毒性、腎毒性及び神経毒性が報告されている135種の化学物質について解析した。顕著に影響が認められた11種の化学物質は、網羅的遺伝子発現解析、DNAメチル化状態、ヒストン修飾の状態を指標に、そのの詳細を調べた。化学物質の多能性幹細胞に対する影響を高感度に検出するため、より未分化な状態にあるナイーブ型の細胞100個をもちいて検証したとろ、少ない細胞数でも明らかな分化度の違いによるエピジェネティック状態の差を検出できた。エピジェネティック変異原による発現動態制御の標的となりうるハプロ不全性疾患原因遺伝子の解析から、プロモーター領域でのDNAメチル化の偶然の変動が疾患原因遺伝子の発現量に影響を与えることを明らかにした。他の環境因子では、ヒトのiPS細胞の初期に低線量放射線の照射による網膜神経節細胞への分化誘導に対する影響を調べた。DNAの二本鎖切断のマーカー分子γ-H2AXが増加する低線量被ばく条件下で、網膜神経節細胞の分化に必須とされる転写因子が抑制されることが分かった。以上の結果は、多能性幹細胞を用いたDNAメチル化およびヒストンメチル化修飾の変動の迅速な検出により、化学物質や環境要因のエピジェネティック毒性を把握し、後発影響の予測に活用できる可能性を示した。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Epigenetic Effects of Exposure to Insecticide on Early Differentiation of Mouse Embryonic Stem Cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Wang W, Otsuka S, Nansai H, Ito T, Abe K, Nakao Y, Ohgane J, Yoneda M, Sone H
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: なし ページ: 628487
  • DOI: https://doi.org/10.1101/628487
• [雑誌論文] Xist/Tsix expression dynamics during mouse peri-implantation development revealed by whole-mount 3D RNA-FISH (2019)
  • 著者名/発表者名: Shiura H1,2,3, Abe K
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 9 ページ: 3637
  • DOI: 10.1038/s41598-019-38807-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multiparameter Phenotypic Profiling in MCF-7 Cells for Assessing the Toxicity and Estrogenic Activity of Whole Environmental Water. (2018)
  • 著者名/発表者名: Wang W, Tada M, Nakajima D, Sakai M, Yoneda M, Sone H
  • 雑誌名: Environ Sci Technol 巻: 52 ページ: 9277-9284
  • DOI: 10.1021/acs.est.8b01696
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stem Cell-Based Methods to Predict Developmental Chemical Toxicity (2018)
  • 著者名/発表者名: Takahashi H, Qin XY, Sone H, Fujibuchi W
  • 雑誌名: Methods Mol Biol 巻: なし ページ: 475-483
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-7899-1_21
  • 査読あり
• [雑誌論文] Expression of human mutant cyclin dependent kinase 4, Cyclin D and telomerase extends the life span but does not immortalize fibroblasts derived from loggerhead sea turtle (Caretta caretta). (2018)
  • 著者名/発表者名: Fukuda T, Eitsuka T, Donai K, Kurita M, Saito T, Okamoto H, Kinoshita K, Katayama M, Nitto H, Uchida T, Onuma M, Sone H, Inoue-Murayama M, Kiyono T
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 20 ページ: 9229
  • DOI: 10.1038/s41598-018-27271-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] SCPortalen: human and mouse single-cell centric database (2018)
  • 著者名/発表者名: Abugessaisa I, Noguchi S, Böttcher M, Hasegawa A, Kouno T, Kato S, Tada Y, Ura H, Abe K, Shin JW, Plessy C, Carninci P, Kasukawa T
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res 巻: 46 ページ: D781-D787
  • DOI: 10.1093/nar/gkx949
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cell Type-Specific Survey of Epigenetic Modifications by Tandem Chromatin Immunoprecipitation Sequencing (2018)
  • 著者名/発表者名: Mito M, Kadota M, Tanaka K, Furuta Y, Abe K, Iwasaki S, Nakagawa S
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 8 ページ: 1143
  • DOI: 10.1038/s41598-018-19494-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A simplified and efficient protocol for derivation and maintenance of high-quality mouse primed pluripotent stem cells using Wnt inhibition (2018)
  • 著者名/発表者名: Kondo M, Sugimoto M, Abe K.
  • 雑誌名: Curr Protoc Stem Cell Biol 巻: 46 ページ: e60
  • DOI: 10.1002/cpsc.60
  • 査読あり
• [雑誌論文] Locus coeruleus input to hippocampal CA3 drives single-trial learning of a novel context (2018)
  • 著者名/発表者名: Wagatsuma A, Okuyama T, Sun C, Smith LM, Abe K, Tonegawa S
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci USA 巻: 115 ページ: E310-E316
  • DOI: 10.1073/pnas.1714082115.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Female mice lacking Ftx lncRNA exhibit impaired X-chromosome inactivation and a microphthalmia-like phenotype (2018)
  • 著者名/発表者名: Hosoi Y, Soma M, Shiura H, Sado T, Hasuwa H, Abe K, Kohda T, Ishino F, Kobayashi S
  • 雑誌名: Nat Commun 巻: なし ページ: 3829
  • DOI: 10.1038/s41467-018-06327-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] RNA-FISH and Immunofluorescence of Mouse Preimplantation and Postimplantation Embryos (2018)
  • 著者名/発表者名: Shiura H, Sakata, Abe K, Sado T
  • 雑誌名: Methods Mol Biol. 巻: 1861 ページ: 161-176
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-8766-5_13
  • 査読あり
• [雑誌論文] ヒトES細胞を用いた高精度の化合物予測システムの構築 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山根順子，油谷幸代，今西哲，赤沼宏美，永野麗子，加藤毅，曽根秀子，大迫誠一郎，藤渕航
  • 雑誌名: YAKUGAKU ZASSHI 巻: 138 ページ: 815-822
  • DOI: 10.1248/yakushi.17-00213-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] ヒトES細胞を用いた高精度な化合物毒性予測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山根順子，藤渕航
  • 雑誌名: 谷本学校 毒性質問箱 巻: 20 ページ: 24-29
• [学会発表] Air pollution exhibits multiple key characteristics of carcinogens (2019)
  • 著者名/発表者名: 曽根秀子
  • 学会等名: IUTOX
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Molecular characterizations of developing male germ cells and GS cell lines by single cell transcriptome analysis (2019)
  • 著者名/発表者名: 阿部訓也
  • 学会等名: The 4th URICAS Symposium, Penang
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Ectopic expression of Ctcfl/Boris in multipotent mouse embryoid body affects the embryonic differentiation program in vitro. (2019)
  • 著者名/発表者名: Maisarah Ab Samad, Shinnosuke Suzuki, Kuniya Abe, Daruliza Kernain Mohd Azman, Shaharum Shamsuddin
  • 学会等名: International Congress on ageing, Penang
  • 国際学会
• [学会発表] エピジェネティック毒性の検出シスムに関する開発研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 曽根秀子
  • 学会等名: 第45回日本毒性学会学術年会
  • 招待講演
• [学会発表] 生殖・発生毒性とエピジェネティック制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 曽根秀子
  • 学会等名: 第35回生殖・発生毒性学東京セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 多能性幹細胞を用いたエピジェネティック毒性物質スクリーニング (2018)
  • 著者名/発表者名: 大塚 悟史、南齋 ひろ子、伊藤 智彦、阿部 訓也、中尾 洋一、曽根 秀子
  • 学会等名: 第45回日本毒性学会学術年会
• [学会発表] 多能性幹細胞を用いたエストロゲン様物質のエピジェネティック毒性に関する研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大塚 悟史、南齋 ひろ子、伊藤 智彦、中尾 洋一、曽根 秀子
  • 学会等名: 第21回環境ホルモン学会研究発表会
• [学会発表] シングルセルRNA-Seq解析によるナイーブ型からプライム型への多能性幹細胞の変換過程における転写動態の解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 田夛祐喜、浦大樹、Michael Boettcher、鈴木伸之介、Piero Carninci、 阿部訓也
  • 学会等名: 日本遺伝学会第90回大会
• [学会発表] シングルセルRNA-Seqを用いたオスES細胞プライム化過程における遺伝子発現動態解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 田夛祐喜、阿部訓也
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
• [学会発表] シングルセル技術を用いた多能性細胞・生殖細胞の分化遷移過程とそのエピゲノム制御の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 阿部訓也
  • 学会等名: 生殖細胞のエピゲノムダイナミクスとその制御 成果取りまとめ公開シンポジウム
• [学会発表] DNA methylation as an epigenetic modifier of the FBN1 Transcription (2018)
  • 著者名/発表者名: Ohgane J, Arai Y, Takeuchi K, Okazaki N, Yashima S, Nakano K, Umeyama K, Nagashima H
  • 学会等名: 10th International Research Symposium on Marfan Syndrome and Related Disorders
• [学会発表] アリルごとのDNAメチル化に着目したハプロ不全優性遺伝病の発症機序解明に向けた新たな試み：ブタフィブリリン1 (FBN1)を例として (2018)
  • 著者名/発表者名: 新井良和、梅山一大、岡崎なつみ、隠地健斗、福川斐昭、高澤健、西野光一郎、長嶋比呂志、大鐘潤
  • 学会等名: 第111回 日本繁殖生物学会
• [学会発表] 神経前駆細胞分化の転写ネットワークに低線量放射線が与える変化と影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 桂真理、戸澤英人、南斎ひろ子、小野久子、小林美佳、田口明糸、石川夕記子、興梠貴英、曽根秀子、和田洋一郎
  • 学会等名: 第61回 日本放射線影響学会
• [学会発表] Effects of low dose radiation on developing human retinal ganglion cells from induced pluripotent stem cells (2018)
  • 著者名/発表者名: 桂真理
  • 学会等名: Stem Cell Congress 2018
• [学会発表] ヒト未分化細胞を用いた化合物安全性評価予測の実際 (2018)
  • 著者名/発表者名: 藤渕航
  • 学会等名: 第25回HAB研究機構学術年会
  • 招待講演
• [学会発表] scChemRISC: A Japanese consortium for sharing chemical risk information assessed by gene networks of human stem cells and machine learning (2018)
  • 著者名/発表者名: 藤渕航
  • 学会等名: OPENTOX ASIA 2018
  • 招待講演
• [学会発表] Deep learning approaches for toxicity prediction of drugs with small-scale gene expression data (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Takahashi, Junko Yamane, Wataru Fujibuchi
  • 学会等名: OPENTOX ASIA 2018
• [学会発表] 幹細胞を用いた化学物質リスク情報共有化コンソーシアム(scChemRISC)の活動 (2018)
  • 著者名/発表者名: 藤渕航
  • 学会等名: 第45回日本毒性学会学術年会
  • 招待講演