情動・認知機能を定量化する包括的な行動毒性試験の構築

文献情報

• 文献番号: 201035010A
• 報告書区分: 総括
• 研究課題名: 情動・認知機能を定量化する包括的な行動毒性試験の構築
• 課題番号: H20-化学・一般-010
• 研究年度: 平成22(2010)年度
• 研究代表者(所属機関): 掛山 正心(東京大学 大学院医学系研究科 疾患生命工学センター・健康環境医工学部門)

研究分担者(所属機関)

• 小川　園子(筑波大学大学院人間総合科学研究科)
• 舩橋　利也(聖マリアンナ医科大学大学院医学研究科)
• 塚原　伸治(埼玉大学大学院理工学研究科)
• 前川　文彦(独立行政法人国立環境研究所環境健康研究領域)
• 上村　夕香理(東京大学大学院医学系研究科)
• 尾藤　晴彦(東京大学大学院医学系研究科)

• 研究区分: 厚生労働科学研究費補助金 健康安全確保総合研究分野 化学物質リスク研究
• 研究開始年度: 平成20(2008)年度
• 研究終了予定年度: 平成22(2010)年度
• 研究費: 26,210,000円
• 研究者交替、所属機関変更: -

研究報告書（概要版）

研究目的

子どもの発達に対する化学物質の影響について、行動・組織・細胞機能レベルの客観的評価を組み合わせて、情動・認知行動に対する毒性を体系的に評価するための評価手法の構築を行うことを目的とした。本年度は、これまで構築してきた行動試験法の妥当性について、ビスフェノールＡ曝露実験を行い確認した。また、一連の評価手法の結果の整合性について整理検証し、「まとめ」を行うことを目的とした。

研究方法

本年度は主に、ビスフェノールAを用いた行動試験手法の検証、微細形態解析と脳内モノアミン測定による行動変化の検証を中心にすすめた。本課題で得られた成果の全体を再検討して、影響評価手法の構築、ならびにダイオキシン、ビスフェノールAの発達期曝露による影響に関する新知見の二つの観点からまとめを行った。

結果と考察

行動試験成績に対応する形で、基底レベルの脳内モノアミン変化があることを確認した。また微細形態にも変化を認めた。そして、3年間の「まとめ」を行った。(1)影響を見逃さないための精緻な行動試験バッテリーを提示した。(2)行動変化の意味を科学的に説明するための組織・細胞・分子レベルの評価手法を提示した。(3)その成果をもとに簡易試験のプロトタイプを開発、提示した。通常の「試験バッテリー」や網羅解析は、ターゲット（化学物質）個々の性格を比較するためのものである。一方本研究の試験バッテリーは、影響を見逃さないことを主眼として構築したユニークなものである。

結論

本研究で構築した評価手法は行動表現型を科学的に説明するという視点に基づいており、ダイオキシン影響に特化したものではなく、様々な化学物質に適用可能である。これはビスフェノールAの発達期曝露実験により確認することができた。
また、ダイオキシンやビスフェノールAの発達期曝露によって加齢後に微細形態変化があらわれたことは、胎児期の化学物質曝露が脳の老化に影響を及ぼす可能性、すなわち晩発性影響の可能性を示す重要な知見である。

公開日・更新日

• 公開日: 2011-05-31
• 更新日: -

文献情報

• 文献番号: 201035010B
• 報告書区分: 総合
• 研究課題名: 情動・認知機能を定量化する包括的な行動毒性試験の構築
• 課題番号: H20-化学・一般-010
• 研究年度: 平成22(2010)年度
• 研究代表者(所属機関): 掛山 正心(東京大学 大学院医学系研究科 疾患生命工学センター・健康環境医工学部門)

研究分担者(所属機関)

• 小川　園子(筑波大学大学院人間総合科学研究科)
• 舩橋　利也(聖マリアンナ医科大学大学院医学研究科)
• 塚原　伸治(埼玉大学大学院理工学研究科)
• 前川　文彦((独)国立環境研究所 環境健康研究領域)
• 上村　夕香理(東京大学大学院医学系研究科)
• 尾藤　晴彦(東京大学大学院医学系研究科)

• 研究区分: 厚生労働科学研究費補助金 健康安全確保総合研究分野 化学物質リスク研究
• 研究開始年度: 平成20(2008)年度
• 研究終了予定年度: 平成22(2010)年度
• 研究者交替、所属機関変更: -

研究報告書（概要版）

研究目的

子どもの発達に対する影響を対象とし、個体の情動・認知行動に生じる異常現象の評価に留まることなく、組織・細胞機能レベルの客観的評価を組み合わせて、化学物質の情動・認知行動に対する毒性を体系的に評価することを可能とする評価手法の構築を行うことを目的とした。

研究方法

ヒトにおいてどのような影響がどの程度顕れうるのかという有害性評価のために必要な毒性試験は、ある曝露量でマウスに何が起こるのかを科学的記述として明示し、その上で、メカニズム解析に基づいた科学的情報を踏まえ、種間の違いと共通性（実験結果の有効範囲）を考察する方向性が必要だろう。そこで本研究では、実際にダイオキシンやビスフェノールＡ等の胎仔期・授乳期曝露を行った実験動物を用いて、行動から分子までの評価手法を構築した。

結果と考察

まず最初に、影響を見逃さないことを主眼とした精密な行動試験として高次認知(Flavor Map)テスト、幼若期情動認知（KODOMO）テスト、社会性テストの３つの行動試験を独自開発し、その有効性を化学物質曝露実験により確認した。11の既存試験のプロトコールについて、あわせて改良・検証した。これらの成果をもとにして、集団型全自動試験装置IntellICageを用いた簡易試験の開発を行い、学習効率・再現性・精度面で優れたプロトコールを独自開発、さらに同装置を用いた集団生活における社会性の試験も開発した。認知学習機能については、従来よりも高次の脳機能(executive function)の評価を実現し、単純な記憶機能よりもより低用量で高次認知機能に影響があらわれやすいことを明らかにした。情動機能に関しては、固執性、衝動性といった一般的な情動指標とは別に、集団生活という従来にない試験条件ではじめてあらわれる社会性が新たな影響指標として重要であることを示すことができた。ダイオキシンとビスフェノールＡ曝露動物を用い、各行動試験の結果を比較しながら、行動変化に対応する組織・分子レベルでの変化を同定、各試験の有効性を検証・確認した。

結論

独自開発の3つの行動試験をもとに、影響を見逃さないための精密型評価手法を提示した。簡易型試験の原型を目指した全自動試験装置によるテストプロトコールは、国際的な試験法の標準化に応え得るものとして完成した。新たな毒性影響として“社会性指標”を提示した。今後有害性評価において最も重要な指標の一つとなるだろう。

公開日・更新日

• 公開日: 2011-05-31
• 更新日: -

行政効果報告

• 文献番号: 201035010C

成果

• 専門的・学術的観点からの成果: 3つの行動評価手法とともに、形態解析手法、遺伝子発現解析手法を作成した（２報掲載済、２報投稿中、２報投稿準備中）。ダイオキシンならびにビスフェノールA発達神経毒性に関する新知見を多数、得た。中でも、ダイオキシンやビスフェノールAが情動異常を引き起こすこと（２報掲載済）、社会性異常を引き起こすことは、重要な知見である（投稿準備中）。またそれらが脳老化を引き起こす可能性があることも見出した（詳細な検証中）。
• 臨床的観点からの成果: 本研究で構築した評価手法は毒性学分野にとどまらず、医科学研究全般に有効なシステムである。すでに評価系の一部は、精神医学、神経内科学分野でも利用されている。; 疫学的にADHD発症リスクを高めることが知られる化学物質を用いてADHD動物モデルを作成した。同モデルの解析はADHD治療薬開発や発症機構解析に有用である。; ダイオキシン曝露により影響を受ける脳領域は、統合失調症や自閉症関連領域として注目される領域と同一であることを見出した。
• ガイドライン等の開発: 現時点では該当なし。子どもの情動・認知機能に対する化学物質の影響を評価するためにげっ歯類を用いたin vivo確定試験の開発が求められており、本課題のミッションはそのシステムの開発に資することである。本研究で開発した手法は、目に見えにくい「子どもの心への影響」を見逃さずに検出できる能力が高く、かつ汎用性・定量性の極めて高いものである。今後のガイドライン化に大きく貢献すると確信する。
• その他行政的観点からの成果: 国民ならびに国際社会での生活での安全・安心を確保するためには、目に見えない物質が子供の脳発達に及ぼす影響、ただちに影響が顕れなくとも成長・加齢後に影響が顕れる可能性についての科学的知見の集積と新たな評価手法の構築が求められている。本課題で開発された評価手法は、国際社会で我が国のプレゼンスを発揮できる最先端のものであると確信する。加えて、科学知見の蓄積が求められているダイオキシンやビスフェノールAの毒性に関して、低用量曝露による脳老化促進の可能性など、重要な基礎知見も示すことができた。
• その他のインパクト: 日本トキシコロジー学会シンポジウム「発達神経毒性の新たな評価方法の展開」(2010)では、研究代表と分担２名が招待講演を行った。他にも、環境ホルモン学会主催の神経毒性をテーマとした講演会(2009)、同会特別シンポジウム「環境ホルモン研究の今後の方向性」(2010)をはじめ、日本衛生学会、日本医学会総会（web開催に変更）等の該当分野の主要な学会で、新たな評価手法、リスク研究の将来方向性に関する招待講演を行った。; 本課題・推進事業で雇用したポスドク２名は、国立大助教に着任ならびに内定した。

発表件数

• 原著論文（和文）: 1件
• 原著論文（英文等）: 25件
• その他論文(和文): 0件
• その他論文(英文等): 0件
• 学会発表(国内学会): 17件 ; うち、本研究課題をテーマとした招待講演８件
• 学会発表(国際学会等): 18件
• その他成果(特許の出願): 0件 ; 「出願」「取得」計0件
• その他成果(特許の取得): 0件
• その他成果(施策への反映): 0件
• その他成果(普及・啓発活動): 6件 ; 本研究課題をテーマとした大学、大学院での特別講義、セミナー（琉球大、長崎大、早稲田大、東京薬大、エジンバラ大、チューリッヒ大）

主な原著論文20編（論文に厚生労働科学研究費の補助を受けたことが明記された論文に限る）

• 原著論文1: Endo T, Maekawa F, Võikar V et al.; Automated test of behavioral flexibility in mice using a behavioral sequencing task in IntelliCage.; Behav Brain Res , 221 , 172-181 (2011); 10.1016/j.bbr.2011.02.037
• 原著論文2: Bito, H.; The chemical biology of synapses and neuronal circuits. ; Nat Cell Biol , 6 , 560-563 (2010); 10.1038/nchembio.408
• 原著論文3: Haijima A, Endo T, ; In utero and lactational exposure to low doses of chlorinated and brominated dioxins induces deficits in the fear memory of male mice. Neurotoxicology. ; Neurotoxicol , 31 , 385-390 (2010); 10.1016/j.neuro.2010.04.004
• 原著論文4: Kawashima T, Okuno H, Nonaka M et al.; A synaptic activity-responsive element in the Arc/Arg3.1 promoter essential for synapse-to-nucleus signaling in activated neurons. ; Proc. Natl. Acad. Sci. USA , 106 , 316-321 (2009); 10.1073/pnas.0806518106
• 原著論文5: Tse D, TakeuchiT, Kakeyama M, Kajii Y, Okuno H, Tohyama C, Bito H, Morris RGM; Schema-Dependent Gene Activation and Memory Encoding in Neocortex; Science , 333 , 391-895 (2011); 10.1126/science.1205274
• 原著論文6: Koike-Kuroda Y, Kakeyama M, Fujimaki H, Tsukahara S; Use of live imaging analysis for evaluation of cytotoxic chemicals that induce apoptotic cell death; Toxicology In Vitro , 24 , 2012-2020 (2010); 10.1016/j.tiv.2010.07.022
• 原著論文7: Yoshioka Y, Endo N, Kurashige A, Haijima A, Endo T, Shibata T, Nishiyama R, Kakeyama M, Tohyama C; in press; Scientific Reports (2012); 10.1038/srep00783
• 原著論文8: 掛山正心, 蓜島旭, 遠藤俊裕, 遠山千春; ヒトの健康リスクへの適用を目指した齧歯類を用いる新たな行動毒性試験の開発; 動物心理学研究 , 61 , 33-42 (2011)
• 原著論文9: Endo T, Kakeyama M, Uemura Y, Haijima A, Okuno H, Bito H, Tohyama C.; Executive function deficits and social-behavioral abnormality in mice exposed to a low dose of dioxin in utero and via lactation.; Plos One , 7 , e50741- (2012); 10.1371/journal.pone.0050741
• 原著論文10: Kakeyama M, Endo T, Zhang Y, Miyazaki W, Tohyama C.; Disruption of paired-associate learning in rat offspring perinatally exposed to dioxins.; Archives of Toxicology , 88 , 789-798 (2013); 10.1007/s00204-013-1161-y

公開日・更新日

• 公開日: 2016-06-21
• 更新日: -

収支報告書

• 文献番号: 201035010Z