ヒトゲノム編集細胞を使った、化学物質の薬理作用・有害性を解析するシステムの構築

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H06306
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 武田 俊一 京都大学, 医学研究科, 教授 (60188191)
• 研究分担者: 廣田 耕志 東京都立大学, 理学研究科, 教授 (00342840) ; 笹沼 博之 京都大学, 医学研究科, 准教授 (00531691) ; 安井 学 国立医薬品食品衛生研究所, 変異遺伝部, 室長 (50435707)
• 研究期間 (年度): 2016-05-31 – 2021-03-31
• キーワード: トキシコロジー / 人体有害物質 / 遺伝毒物学 / 発がん物質 / 変異原 / TK6細胞 / ケモインフォマティクス / QSAR

研究実績の概要

本研究の第一の目標は、化学物質審査規制法（化審法）で規定された変異原性検出試験の感度を改善することにある。第二の目標は、変異原性の作用機序を迅速に分類分けする手法を創ることにある。第一と第二の目標達成は、ヒトTK6細胞（化審法で推奨）から、DNA修復酵素欠損株を作製して達成する。これらの目標達成は、化学構造からその変異原性をAIに予測させる方法を開発するのに貢献する（AIの学習データの質を改善）。最終年度は、第一の目標達成の結果できた、感度を数倍改善した変異原性検出試験法を使い、以下の実績をあげた。現在、広く使われているin silico変異原性予測法（QSAR）は、Ames試験（化審法で規定、細菌を利用する）から得られたデータを学習データとして使う。問題は、AIの学習データに、Ames試験が変異原性陽性、哺乳類を用いる変異原性試験で変異原性陰性の化合物が多く含まれることである。これらの化合物のうち4種類を、感度を数倍改善したTK6細胞を用いる変異原性試験で解析し直した。その結果、オーラミンの『変異原性陰性』は偽陰性であり、オーラミンはヒトにも変異原性を発揮することが分かった（論文作成中）。第二の目標である作用機序解明について以下の実績をあげた。DNA修復酵素（PARP1）がDNA損傷の修復を行うだけでなく修復を阻害する作用もあり、その阻害をもう１つのDNA修復酵素、XRCC1が抑制することを解明した（論文1）。論文4は核酸化合物による変異原性の作用機序を解明し、論文7ではホルマリンがDNA-タンパク間架橋を作ることによる変異原性を特異的に調べる方法を開発した。論文8はこれまで未知だったDNA修復経路を発見した。これらの成果は、DNA修復酵素欠損TK6株を使い、変異原性の作用機序を分類分けする手法を開発するのに貢献する。

現在までの達成度 (段落)

令和2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

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] National Institutes of Health/Cedars-Sinai Medical Center/UCデービス(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: National Institutes of Health/Cedars-Sinai Medical Center/UCデービス
  • 他の機関数: 1
• [国際共同研究] Sussex大学/レスター大学/ケンブリッジ大学(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: Sussex大学/レスター大学/ケンブリッジ大学
• [国際共同研究] IFOM研究所(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: IFOM研究所
• [国際共同研究] 深セン大学/上海交通大学(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 深セン大学/上海交通大学
• [雑誌論文] XRCC1 Prevents Toxic PARP1 Trapping During DNA Base Excision Repair. (2021)
  • 著者名/発表者名: Demin AA, Hirota K, Tsuda M, Adamowicz M, Hailstone R, Brazina J, Gittens W, Kalasova I, Shao Z, Zha S, Sasanuma H, Hanzlikova H, Takeda S, Caldecott KW
  • 雑誌名: Mol Cell 巻: in press ページ: in press
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] RAD52 Adjusts Repair of Single-Strand Breaks via Reducing DNA-Damage-Promoted XRCC1/LIG3α Co-localization. (2021)
  • 著者名/発表者名: Wang J, Oh YT, Li Z, Dou J, Tang S, Wang X, Wang H, Takeda S, Wang Y.
  • 雑誌名: Cell Rep. 巻: 34 ページ: 108625
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2020.108625
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Epigenetic suppression of SLFN11 in germinal center B-cells during B-cell development. (2021)
  • 著者名/発表者名: Moribe F, Nishikori M, Takashima T, Taniyama D, Onishi N, Arima H, Sasanuma H, Akagawa R, Elloumi F, Takeda S, Pommier Y, Morii E, Takaori-Kondo A, Murai J.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 16 ページ: e0237554
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0237554
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Pold4, the fourth subunit of replicative polymerase δ, suppresses gene conversion in the immunoglobulin-variable gene in avian DT40 cells. DNA Repair (Amst). (2021)
  • 著者名/発表者名: Kojima K, Ooka M, Abe T, Hirota K.
  • 雑誌名: DNA Repair (Amst) 巻: in press ページ: in press
  • DOI: 10.1016/j.dnarep.2021.103056
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tyrosyl-DNA phosphodiesterases are involved in mutagenic events at a ribonucleotide embedded into DNA in human cells. (2020)
  • 著者名/発表者名: Takeishi A, Kogashi H, Odagiri M, Sasanuma H, Takeda S, Yasui M, Honma M, Suzuki T, Kamiya H, Sugasawa K, Ura K, Sassa A.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 15 ページ: e0244790
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0244790
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Genetic evidence for the involvement of mismatch repair proteins, PMS2 and MLH3, in a late step of homologous recombination. (2020)
  • 著者名/発表者名: Rahman MM, Mohiuddin M, Shamima Keka I, Yamada K, Tsuda M, Sasanuma H, Andreani J, Guerois R, Borde V, Charbonnier JB, Takeda S.
  • 雑誌名: J Biol Chem. 巻: 295 ページ: 17460-17475
  • DOI: 10.1074/jbc.RA120.013521
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Active learning effectively identifies a minimal set of maximally informative and asymptotically performant cytotoxic structure-activity patterns in NCI-60 cell lines. (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakano T, Takeda S, Brown JB.
  • 雑誌名: RSC Med Chem. 巻: 11 ページ: 1075-1087
  • DOI: 10.1039/d0md00110d
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Participation of TDP1 in the repair of formaldehyde-induced DNA-protein cross-links in chicken DT40 cells. (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakano T, Shoulkamy MI, Tsuda M, Sasanuma H, Hirota K, Takata M, Masunaga SI, Takeda S, Ide H, Bessho T, Tano K.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 15 ページ: e0234859
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0234859
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Topoisomerase I-driven repair of UV-induced damage in NER-deficient cells. (2020)
  • 著者名/発表者名: Saha LK, Wakasugi M, Akter S, Prasad R, Wilson SH, Shimizu N, Sasanuma H, Huang SN, Agama K, Pommier Y, Matsunaga T, Hirota K, Iwai S, Nakazawa Y, Ogi T, Takeda S.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A. 巻: 117 ページ: 14412-14420
  • DOI: 10.1073/pnas.1920165117
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Restoration of ligatable "clean" double-strand break ends is the rate-limiting step in the rejoining of ionizing-radiation-induced DNA breakage. (2020)
  • 著者名/発表者名: Sasanuma H, Yamada S, Tsuda M, Takeda S.
  • 雑誌名: DNA Repair (Amst) 巻: 93 ページ: 102913
  • DOI: 10.1016/j.dnarep.2020.102913
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Role of proofreading exonuclease activity of replicative polymerase ε in replication fork slowing at DNA damage. (2020)
  • 著者名/発表者名: Hirota K.
  • 学会等名: 分子生物学会
• [学会発表] TK6 細胞を用いたin vitro 小核試験結果における MGMT 遺伝子発現の役割 (2020)
  • 著者名/発表者名: 福田 隆之, 鵜飼 明子, 西村 諒一, 中村 真生, 佐々 彰, 安井 学
  • 学会等名: 日本環境変異原学会第49回大会
• [備考] TK6変異体コンソーシアム
  • URL: http://www.nihs.go.jp/dgm/tk6.html