外来性の化学物質（xenobiotics）に対する哺乳類の適応進化/変化

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21H04919
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 石塚 真由美 北海道大学, 獣医学研究院, 教授 (50332474)
• 研究分担者: 早川 卓志 北海道大学, 地球環境科学研究院, 助教 (00758493) ; 武田 一貴 北里大学, 獣医学部, 講師 (00896350) ; 川合 佑典 帯広畜産大学, 畜産学部, 准教授 (10709546) ; 山崎 淳平 北海道大学, 獣医学研究院, 准教授 (20732902) ; 池中 良徳 北海道大学, 獣医学研究院, 教授 (40543509) ; 中山 翔太 北海道大学, 獣医学研究院, 准教授 (90647629)
• 研究期間 (年度): 2021-04-05 – 2026-03-31
• キーワード: シトクロムP450 / グルクロン酸転移酵素 / 硫酸転移酵素 / 哺乳類 / 環境適応

研究実績の概要

我々はこれまでの研究により、高次の動物が外来性の化学物質（Xenobiotics）への「適応」ために、化学物質の代謝や排泄など、解毒のカスケードに沿って薬物代謝酵素などの一連の多様性を発展させてきたとの仮説を立てた。化学物質感受性には多様性があり、解毒代謝酵素の解析から、この多様性獲得の主要因は食餌由来の化学物質である可能性を報告した。本研究では食性の観点および重度環境汚染域に棲息する動物を中心に、哺乳類が日常的に曝露される化学物質にどのように適応してきたのか、多様な種を用いてその進化を機能面から明らかにする。これまでの研究で構築してきた多様な動物試料を用いた研究体制を生かし、食性のユニークな動物種を対象としたウェットな実験や、データベースを用いた網羅的解析により、外来性の化学物質に対する動物の「適応」と「共存」メカニズムを明らかにすることを目的としている。
本研究では、哺乳類の肝臓における「解毒」で重要なシトクロムP450(特にCYP2、CYP3ファミリー）、グルクロン酸転移酵素、硫酸転移酵素の分子種に特にフォーカスして、関連分子の比較解析を行う計画を立てた。そこで、今年度は、国内の動物園に限らず、海外の国立公園より、特徴ある食性の動物種の肝臓を収集した。ナミビア、ザンビアの国立公園からゾウの試料を採集したほか、in silico解析により、ゾウのP450の特徴を明らかにした。特に、一部のCYP2サブファミリー欠損していることなどを報告した。2022年度の研究に加えて、2023年度では草食動物、とくにアフリカ獣上目に着目した解析を実施することができた。
また、解毒に重要な腸内細菌についても解析を実施することができた。

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

2023年度にも研究成果を学術雑誌報告し、多くの学会発表を行ったことから、研究がおおむね順調に進んでいると評価した。

今後の研究の推進方策

現在、順調に研究を進めている。今後、さらにシトクロムP450やグルクロン酸転移酵素以外の解毒酵素にも着目する。また食性に加えて、アフリカ獣条目など、特異的な遺伝体系を持つ動物種にも解析を進める。

研究成果

• [国際共同研究] ザンビア大学(ザンビア)
  • 国名: ザンビア
  • 外国機関名: ザンビア大学
• [国際共同研究] ナミビア大学(ナミビア)
  • 国名: ナミビア
  • 外国機関名: ナミビア大学
• [雑誌論文] Pesticide Contamination Levels in the Stomach Contents of Wild Raccoons (Procyon lotor) and Masked Palm Civets (Paguma larvata) in Japan. (2024)
  • 著者名/発表者名: So Shinya, Mariko Sashika, Miku Minamikawa, Tetsuji Itoh, Tsutomu Tanikawa, Kazuyuki D. Tanaka, Shouta M. M. Nakayama, Mayumi Ishizuka, Yoshinori Ikenaka.
  • 雑誌名: Environmental Toxicology and Chemistry. 巻: 349 ページ: 123907
  • DOI: 10.1002/etc.5828
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Evaluation of anticoagulant rodenticide sensitivity by examining in vivo and in vitro responses in avian species, focusing on raptors. (2024)
  • 著者名/発表者名: K Khidkhan, F Yasuhira, A Saengtienchai, C Kasorndorkbua, R Sitdhibutr, Kohei Ogasawara, H Adachi, YWatanabe, K Saito, Hidefumi Sakai, Kazuo Horikoshi, Hajime Suzuki, Yusuke K. Kawai, Kazuki Takeda, Yared B. Yohannes, Y Ikenaka, BA Rattner, M Ishizuka, SMM Nakayama
  • 雑誌名: Environmental Pollution. 巻: 341 ページ: 122837
  • DOI: 10.1016/j.envpol.2023.122837
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Surveys of eleven species of wild and zoo birds and feeding experiments in white-tailed eagles reveal differences in the composition of the avian gut microbiome based on dietary habits between and within species. (2023)
  • 著者名/発表者名: Kohei Ogasawara, Naoki Yamada, Shouta MM Nakayama, Yukiko Watanabe, Keisuke Saito, Akane Chiba, Yoshitake Uchida, Kaoru Ueda, Yasunori Takenaka, Kentaro Kazama, Mami Kazama, Junya Yamagishi, Hazuki Mizukawa, Yoshinori Ikenaka, Mayumi Ishizuka.
  • 雑誌名: Journal of Veterinary Medical Sciences. 巻: 85 ページ: 1355-1365
  • DOI: 10.1292/jvms.23-0138
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Evaluation of the Effect of Pb Pollution on Avian Influenza Virus-Specific Antibody Production in Black-Headed Gulls (Chroicocephalus ridibundus) (2023)
  • 著者名/発表者名: Nana Ushine, Makoto Ozawa, Shouta M. M. Nakayama, Mayumi Ishizuka, Takuya Kato, Shin-ichi Hayama
  • 雑誌名: Animals 巻: 13 ページ: 2338
  • DOI: 10.3390/ani13142338
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A Comparative Genomic and Phylogenetic Investigation of the Xenobiotic Metabolism Enzymes of Cytochrome P450 in Elephants Shows Loss in CYP2E and CYP4A. (2023)
  • 著者名/発表者名: Kanami Watanabe, Mitsuki Kondo, Yoshinori Ikenaka, Shouta M. M. Nakayama, Mayumi Ishizuka.
  • 雑誌名: Animals 巻: 13 ページ: 1939
  • DOI: 10.3390/ani13121939
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 日本の野生猛禽類及びガン・カモ類における鉛汚染の実態と鉛同位体比を用いた曝露源の解明 (2023)
  • 著者名/発表者名: 丸山瑞貴、銅谷理緒、牛根奈々、小笠原浩平、渡辺有希子、齊藤慶輔、栗谷豪、中川光弘、池中良徳、石塚真由美、中山翔太
  • 学会等名: 第２回環境化学物質3学会合同大会
• [学会発表] アジアゾウとアフリカゾウにおけるエタノール及びアシクロビルの代謝能-アルコール脱水素酵素の遺伝学的比較解析からの考察 (2023)
  • 著者名/発表者名: 森田鮎子，近藤充希，渡邉可菜実，池中良徳，中山翔太，石塚真由美
  • 学会等名: 第29回日本野生動物医学会大会
• [学会発表] 穀物食性と魚食性鳥類が持つ腸内細菌叢の解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 小笠原浩平、山田尚輝、千葉茜、内田義崇、境秀文、竹中康進、風間健太郎、風間真美、山岸潤也、池中良徳、中山翔太、石塚真由美
  • 学会等名: 第29回日本野生動物医学会大会
• [学会発表] Evaluation of anticoagulant rodenticides (ARs) sensitivity of warfarin and diphacinone in sea turtle (2023)
  • 著者名/発表者名: Shouta MM Nakayama, Yoshiya Yamamura, Satomi Kondo, Yoshinori Ikenaka, Mayumi Ishizuka
  • 学会等名: ICCP450
  • 国際学会
• [学会発表] Evolution of phase II xenobiotic metabolism enzymes in mammalians. (2023)
  • 著者名/発表者名: Mitsuki Kondo, Kanami Watanabe, Yoshinori Ikenaka, Shouta M. M. Nakayama, Mayumi Ishizuka
  • 学会等名: ICCP450
  • 国際学会
• [学会発表] Could alcohol make elephants drunk or not? insight from a comparative genetic analysis of alcohol dehydrogenase. (2023)
  • 著者名/発表者名: Ayuko Morita, Mitsuki Kondo, Kanami Watanabe, Yoshinori Ikenaka, Shouta M.M. Nakayama, Mayumi Ishizuka.
  • 学会等名: International Symposium- Impact of Chemical and Biological Hazards on the Environment, Animals and Human Health and its Countermeasure
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Simultaneous analysis of heavy metal and pesticides in feces of wild African savanna elephants in Lower Zambezi National Park, Zambia. (2023)
  • 著者名/発表者名: Kanami Watanabe, Nelly Banda, Yared B. Yohannes, Rio Doya, John Yabe, Kaampwe Muzandu, Andrew Kataba, Yoshinori Ikenaka, Shouta, M.M. Nakayama, Mayumi Ishizuka
  • 学会等名: The 19th International Elephant Conservation and Research Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] A comparative genetic analysis of alcohol dehydrogenase in Asian and African elephants: insight into ethanol and acyclovir metabolism. (2023)
  • 著者名/発表者名: Ayuko Morita, Mitsuki Kondo, Kanami Watanabe, Yoshinori Ikenaka, Shouta M.M. Nakayama, Mayumi Ishizuka.
  • 学会等名: The 19th International Elephant Conservation and Research Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Evaluation of anticoagulant rodenticides (ARs) effects in sea turtles by metabolome and lipidome analysis. (2023)
  • 著者名/発表者名: Shouta MM Nakayama, Yoshiya Yamamura, Satomi Kondo, Akifumi Eguchi, Yoshinori Ikenaka, Mayumi Ishizuka.
  • 学会等名: SETAC North America 44th Annual Meeting.
  • 国際学会