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2017 年度 実績報告書

プトレシンが示すメチル水銀毒性軽減作用に関わる分子機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 16H02961
研究機関東北大学

研究代表者

黄 基旭  東北大学, 薬学研究科, 准教授 (00344680)

研究分担者 外山 喬士  東北大学, 薬学研究科, 助教 (50720918)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワードメチル水銀 / プトレシン / 毒性
研究実績の概要

我々は、メチル水銀を投与したマウス脳内でプトレシンの濃度が増加し、この条件ではプトレシン合成酵素であるornithine decarboxylase (ODC) の活性が上昇していることを見出している。また、プトレシンの培地中への添加がマウス神経幹細胞のメチル水銀毒性を軽減したことから、ODC活性の上昇がメチル水銀毒性に対する防御応答である可能性が示唆されている。さらに、メチル水銀によるODC酵素活性の上昇にはNQO1との結合促進を介したODC蛋白質の安定性の増加が関与していることを明らかにした。そこで本年度では、ODC高発現によって上昇したプトレシンによるメチル水銀毒性軽減機構について検討した。
メチル水銀による神経細胞死にアポトーシスが関与することが知られている。プトレシンの培地中への添加によってメチル水銀によるアポトーシスの誘導(DNAの断片化およびカスパーゼ3の活性化)が抑制され、同様の結果がODC高発現によっても認められた。アポトーシスを誘導する主な経路として小胞体ストレスを介する経路、ミトコンドリア損傷を介する経路(以上内在性経路)および種々のデスリガンドからの経路(外来性経路)が知られている。メチル水銀はこれらの経路を全て活性化したが、ODC高発現はメチル水銀によるミトコンドリア損傷を介する経路の誘導(シトクロムcの放出促進などを指標として測定)のみを有意に抑制した。一方、プトレシンと同類のポリアミンであるスペルミンの培地への添加はメチル水銀によるアポトーシス誘導を増強し、スペルミン存在下ではODC高発現によるメチル水銀毒性軽減作用が全く認められなくなった。これらのことから、細胞内で増加したプトレシンはメチル水銀毒性増強作用を示すスペルミンと競合的な作用を示すことによってメチル水銀によるアポトーシス誘導を抑制していることが明らかになった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

これまでの先行研究によって、生体はメチル水銀の侵入を感知し、それに応答してODCの活性を上昇させることよってメチル水銀毒性から自身を防御している可能性が示唆されている。そこで本研究では、メチル水銀によるODC活性上昇の機構、および、ODCの代謝産物であるプトレシンが示すメチル水銀毒性軽減作用に関わる分子機構を明らかにすることを最終目的として実施している。本年度の研究によって、ODC高発現によって細胞内で上昇したプトレシンはメチル水銀によるミトコンドリア障害を介したアポトーシス誘導を抑制することでメチル水銀毒性軽減に涵養していることが明らかになった。また、プトレシンはメチル水銀毒性増強作用を示すスペルミンと競合的な作用を示すことによってメチル水銀によるアポトーシス誘導を抑制している可能性を見出すこともできた。プトレシンが示すミトコンドリア障害抑制作用に関わる分子機構について詳細に検討中であるものの、上述のように今後本研究を推進していく上で貴重な知見を得ることができたことから、本研究は計画に従って「概ね順調に進展している」と判断できる。

今後の研究の推進方策

本年度は、マウス由来神経幹細胞であるC17.2細胞を用いて下記の検討を行うことによってプトレシンによるメチル水銀毒性軽減機構の全容を明らかにする。
1.プトレシンに示すメチル水銀によるミトコンドリア障害の抑制作用に関わる分子機構
Bclファミリーに属する蛋白質はミトコンドリアの透過性を調節することによってアポトーシス誘導に関与している。そこで、抗アポトーシス蛋白質である Bcl-2やBcl-xL、または、プロアポトーシス蛋白質であるBadやBid、Baxなどへのメチル水銀やプトレシンとの併用の影響を検討する。また、プトレシンと同じくポリアミンであるスペルミンは、アミンオキシダーゼによって酸化的に分解される際に活性酸素を産生することで細胞死を誘導することや、単離したミトコンドリアからのシトクロムcの放出を促進することなどが報告されている。昨年度の検討によって、スペルミンはメチル水銀によるアポトーシス誘導を増強することが明らかになっており、プトレシンとスペルミンはメチル水銀毒性発現において競合的に作用している可能性が示唆されたことから本知見についても詳細に検討する。
2.プトレシンが示す神経細胞死の抑制作用に関わる分子機構
ごく最近、プトレシンが細胞障害性を示すマクロファージの活性化を抑制することが報告された。我々はメチル水銀による脳神経細胞死(アポトーシス)に細胞障害性ミクログリアの活性化が関与していることを見出した。マクロファージと同様に炎症反応に関わるミクログリアは、脳内に存在する唯一の免疫担当細胞である。そこで、生体に近いマウス脳組織スライス培養系を用いて、プトレシンがメチル水銀による細胞障害性ミクログリアの活性化を介した神経細胞死に与える影響を検討するとともに、それに関わる分子機構について解析する。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Putrescine selectively alleviates methylmercury toxicity in C17.2 mouse neural stem cells2018

    • 著者名/発表者名
      Sato M., Lee J.Y., Kim M.S., Takahashi T., Naganuma A. and Hwang G.W.
    • 雑誌名

      Fundam. Toxicol. Sci.

      巻: 5 ページ: 71-73

    • DOI

      10.2131/fts.5.71

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Akr1 attenuates methylmercury toxicity through the palmitoylation of Meh1 as a subunit of the yeast EGO complex2017

    • 著者名/発表者名
      Zhang Z.T., Ogiwara Y., Ito Y., Hikida A., Miura N., Kuge S., Naganuma A. and Hwang G.W.
    • 雑誌名

      Biochim. Biophys. Acta.

      巻: 1861 ページ: 1729-1736

    • DOI

      10.1016/j.bbagen.2017.03.009

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 水俣病公式確認から60年:メチル水銀毒性発現機構の解明を目指して2017

    • 著者名/発表者名
      黄 基旭
    • 学会等名
      衛生薬学・環境トキシコロジー若手研究者の会
    • 招待講演
  • [学会発表] メチル水銀毒性発現に関わる代謝物質の同定とその機能解析2017

    • 著者名/発表者名
      黄 基旭
    • 学会等名
      第23回ヒ素シンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] Identification of a cytotoxic factor released from cells treated with methylmercury2017

    • 著者名/発表者名
      Toyama T., Naganuma A. and Hwang G.W.
    • 学会等名
      The 12th International Conference and 5th Asian Congress on Environmental Mutagens
    • 国際学会
  • [学会発表] オンコスタチンMによるメチル水銀の細胞毒性増強に関わる分子機構2017

    • 著者名/発表者名
      永沼 章、許 思迪、外山 喬士、黄 基旭
    • 学会等名
      メタロバイオサイエンス研究会2017
  • [学会発表] メチル水銀投与マウス脳内で活性化される転写因子の同定とその活性化機構2017

    • 著者名/発表者名
      外山 喬士、王 妍コウ、金 ミンソク、永沼 章、黄 基旭
    • 学会等名
      第44回日本毒性学会学術年会
  • [図書] Lu's basic toxicology: fundamentals, target organs, and risk assessment2017

    • 著者名/発表者名
      Hwang G.W.
    • 総ページ数
      647
    • 出版者
      CRC press
    • ISBN
      978-1138032354
  • [備考] 東北大学大学院薬学研究科生体防御薬学分野

    • URL

      http://www.pharm.tohoku.ac.jp/~seitai/seitai-index.html

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公開日: 2018-12-17  

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