環境ホルモンは未来を奪ったか？

静岡大学理学部生物科学科〜環境中の化学物質が生物に及ぼす影響〜

石原顕紀

環境ホルモンとは何か？
•

外因性内分泌撹乱化学物質の通称である。

•「ホルモンと類似の」、あるいは「ホルモンの働きを阻害する」作用を有する。

•

内分泌腺（分泌細胞）から血液中などに放出される物
質のことをホルモンとよぶ。

•

ホルモンは生物の体内環境を維持する働きを持つ（ホメオスタシス：恒常性）。

ヒトの内分泌腺•

視床下部：副腎皮質刺激ホルモン放出ホルモン、甲状腺刺激ホルモン放出ホルモンなど•

脳下垂体前葉：副腎皮質刺激ホルモン、甲状腺刺激ホ
ルモン、性腺刺激ホルモン、成長ホルモンなど•

脳下垂体中葉：メラニン細胞刺激ホルモン•

脳下垂体後葉：バソプレッシン、オキシトシン•

甲状腺：甲状腺ホルモン、カルシトニン•

副甲状腺：パラトルモン•

副腎：コルチコステロン、アルドステロン、アンドロゲン（副腎皮質）；アドレナリン、ノルアドレナリン（副腎髄質）•

膵臓：インスリン、グルカゴンなど•

卵巣：エストロゲン、プロゲステロン•

子宮：ゴナドトロピン•

精巣：アンドロゲン、テストステロン

IPA「教育用画像素材集サイト」 https://www2.edu.ipa.go.jp/

奪われし未来•

シーア・コルボーン、ジョン・ピー
ターソン・マイヤーズ、ダイアン・
ダマノスキによる著書である。

•

環境の中にある化学物質、いわゆる環境ホルモンが内分泌を撹乱し生殖や成長に異常をもたらすと警鐘を鳴らした。

•

コルボーン博士は、環境ホルモン
が人類や生物に及ぼす脅威を系統的な調査により明らかにし、その危険性を警告した業績を評価され、
２０００年にブループラネット賞を受賞した。

奪われし未来•

フロリダのハクトウワシの生殖能力の欠如•

フロリダのアポプカ湖におけるアリゲーターの生殖器の萎縮とアカミミガメの間性（オスでもなくメスでもない）•

フロリダヒョウの絶滅に近い激減とオスのメス化•

ミシガン湖におけるミンクの減少と生殖異常•

ミシガン湖やオンタリオ湖におけるセグロカモメの巣に異常に多い卵の数•

ヨーロッパと英国におけるカワウソの激減•

北ヨーロッパにおけるアザラシの大量死•

地中海におけるイルカの大量死•

北極圏に生息するホッキョクグマと南極大陸に住むペンギンの体内からのＰＣＢの検出•

世界各地におけるカエルの減少

フロリダのアポプカ湖
におけるアリゲーターの生殖器の萎縮上図：正常なワニのペニス
下図：萎縮したワニのペニス

出典：http://kccn.konan-u.ac.jp/konan/kankyo/07imai/070201.html

日本における内分泌撹乱物質の報告•

有機スズ化合物
によるイボニシ（巻貝）におけるインポセックス（Imposed
sexual organ; 輸
卵管を持っているにも関わらず、
ペニスか輸精管の少なくとも一つをもっているもの）
出典：環境儀１７号

２００５年

日本における内分泌撹乱物質の報告•

カネミ油症事件（カネミゆしょうじけん）とは、1968年に、ポリ塩化ビフェニル（PCB）などが混入した食用油を摂取した人々に障害等が発生した、主として福岡県、長崎県を中心とした西日本一帯の食中毒事件である。

•

油を摂取した患者からは、皮膚に色素が沈着した状態の赤ちゃん（いわゆる「黒い赤ちゃん」）が生まれた。

•

胎盤を通してだけでなく、母乳を通じて新生児の皮膚が黒くなったケースもあった。
出典：Wikipedia；https://ja.wikipedia.org/wiki/カネミ油症事件

カネミ油症ホルモンの作用機構（予備知識）•

ヒトの細胞の大きさは数十マイクロメートルである。

•

仮に50マイクロメートルの立方体だとすると、体積は(50x10-6)3=1.25x10-13立方メートル。ここにDNAが約2m収納されていると言われている。

•

細胞が500mlのペットボトルだとすると、この中に細い糸状のDNAが800万km分収納されている計算となる。これは地球200周分の長さである。

•

では、どのように収納されているか？

ホルモンの作用機構（予備知識）

出典：http://blog.goo.ne.jp/sheeljeu/e/8f98b58c3948b329379630e68e204233

ホルモンの作用機構（予備知識）•

クロマチン構造とは？

ホルモンの作用機構（予備知識）•

クロマチン構造とは？

尻尾が出ているような構造になっている

ホルモンの作用機構（予備知識）•

遺伝子とは？

ホルモンの作用機構（予備知識）•

セントラルドグマとは？

ホルモンの作用機構（予備知識）•

転写の機構は？

転写を調節するタンパク質が介在因子を通してRNA合成酵素による転写を調節する！！

↑RNA合成酵素がDNA上を移動しながら転写を行う

ホルモンの作用機構（予備知識）•

クロマチン構造とは？

クロマチンが凝集している状態
ではRNA合成酵素がDNA上を移動できない↓

ホルモンの作用機構（予備知識）•

クロマチン構造とは？
転写を調節するための目印（尻尾の部分）

ホルモンの作用機構（甲状腺系）
H

T

:
:
:

H

E
S

R

ホルモンの作用機構（甲状腺系）

3

転写を抑制するための目印

転写を活性化するための目印（クロマチン凝集）（クロマチン弛緩）環境化学物質が甲状腺系に及ぼす影響
Blood Stream 血中ホルモン結合タンパク質への競合 T3 : Triiodothyronine甲状腺ホルモン
TTR
T3

T3

TTR : Transthyretin 甲状腺ホルモン結合タンパク質
TR : Thyroid Hormone Receptorホルモン受容体
RXR : Retinoid X ReceptorTRE : Thyroid Response Element受容体結合配列
Pol II : RNA Polymerase II RNA合成酵素
H : Histone ヒストン

TTR T31

血中から細胞への移行

2

介在因子への影響？
T3

11
T3

6

3
5
受容体、RNA合成酵素のDNA

4

T3
TR

RXR

TRE

8

9
H

10
Nucleus

Pol II
Target Gene

Ac

結合レベルでの影響？

Cytoplasm

標的遺伝子発現の阻害

Cofactors

受容体への競合

7

ヒストン修飾レベルでの影響？

環境化学物質が生物に及ぼす影響
化学物質

性状

生物

TCDD

ダイオキシン

胎生期マウス肝臓

カドミウム

重金属

ヒト

ヒト

喫煙

影響
薬物代謝遺伝子領域DNAの低メチ
ル化、およびその状態の維持
神経毒性、エピジェネティック変
異原
親ー子

備考

イタイイタイ病子のゲノムDNAの低メチル化
神経毒性、エピジェネティック変

水銀

重金属

ヒト

鉛

重金属

ヒト

ゲノムDNAのメチル化状態変化

ビスフェノールA

樹脂の原料

母マウスー子マウス

神経細胞分化

ビスフェノールA

樹脂の原料

マウス

DNAメチル化

ビスフェノールA

樹脂の原料

マウス脳

ヒ素

重金属

ヒト

ビンクロゾリン

農薬

母ラットー子ラット

有機スズ

重金属

カエル、マウス

生殖腺近傍の脂肪増加

有機リン系農薬

ヒト

ADHDのリスクが高まる

異原

脳内様々な領域におけるDNAメチル化状態に変化
ゲノムDNAのメチル化状態変化
子の精子数が低下、遺伝子領域の
メチル化

水俣病

エピジェネティクス•

エピジェネティクス（英語: epigenetics）とは、一般的には「DNA塩基配列の変化を伴わない細胞分裂後も継承される遺伝子発現あるいは細胞表現型の変化を研究する学問領域」である•

DNAメチル化：DNAメチル化あるいは脱メチル化により、塩基配列情報自体には変化なく遺伝子発現のオン/オフが切り替わる•

ヒストンの化学的修飾：メチル化・アセチル化・リン酸化などの修飾によってヌクレオソーム中のヒストンに物理化学的な変化がおき、遺伝子発現に直接的（シス型）あるいは間接的（トランス型）に影響する•

非翻訳性RNAによる制御：RNA干渉 (RNAi) は、非翻訳性RNAによる転写
後遺伝子サイレンシングである
出典：Wikipedia；https://ja.wikipedia.org/wiki/エピジェネティクス

エピジェネティクス〜転写開始とヒストン修飾〜

3

ヒストン脱アセチル化酵素
ヒストンアセチル化酵素

転写を抑制するための目印

転写を活性化するための目印（クロマチン凝集）（クロマチン弛緩）エピジェネティクス〜転写伸長とヒストン修飾〜
ヒストンの修飾
ヒストンの修飾DNA

RNA合成酵素
RNA合成酵素の修飾の修飾

出典：生化学82巻

3号

エピジェネティクス〜転写伸長とヒストン修飾〜
開始

伸長

終結

ヒストン修飾の変化
出典：Venkatesh & Workman, 2013

エピジェネティクス〜活性化と抑制化〜

抑制因子

アセチル化

抑制状態

脱アセチル化

メチル化

DNAメチル化

活性化状態

活性化因子

出典：Carlberg & Molnar, “Mechanisms of Gene Regulation”

エピジェネティクス〜DNAメチル化〜

活性化状態

活性化マークの除去

DNAのメチル化へ

DNAメチル化酵素
脱アセチル化酵素

メチル化酵素出典：Carlberg & Molnar, “Mechanisms of Gene Regulation”

環境化学物質が甲状腺系に及ぼすエピジェネティックな影響〜実験を計画した背景〜
Blood Stream
TTR
T3

T3

T3 : Triiodothyronine甲状腺ホルモン
TTR : Transthyretin 甲状腺ホルモン結合タンパク質
TR : Thyroid Hormone Receptorホルモン受容体
RXR : Retinoid X ReceptorTRE : Thyroid Response Element受容体結合配列
Pol II : RNA Polymerase II RNA合成酵素
H : Histone ヒストン

TTR T312介在因子への影響？
T3

11
T3

ある化学物質はホルモンと受容体の結合に競合しない

3
5

4 出典：Sugiyama et al., 2005

T3
TR

RXR

8

9
H

10
Nucleus

Pol II
Target Gene

Ac

Cytoplasm

害されるCofactors

TRE

出典：Yamauchi et al., 2002

標的遺伝子の発現は阻

67

ヒストン修飾レベルでの影響？

甲状腺ホルモンの転写調節におけるエピジェネティックな作用〜実験計画〜
TH treatment to XL58-TRE-Luc
Cells or tadpoles

甲状腺ホルモン処理（培養細胞、オタマジャクシ）

遺伝子発現解析
Gene expression analysesof thrb, dnmt1, and dnmt3

DNAメチル化解析
DNA methylation analysis inthrb promoter region

Analyses of modified histone or
RNAPII in thrb promoter region
by ChIP assay

ヒストン修飾状態、RNA合成酵
素の結合および修飾状態の解析

結果 —遺伝子発現解析**Fold induction

40
20

Expression of thyroid hormone
response genes. Xenopus laevis
XL58-TRE-Luc cells or tadpoles atstage 53 were treated without (openbar) or with (closed bar) 2 nM 3,3',5triiodothyronine (T3). Total RNA wasextracted from the cultured cells or
tadpole tissues (tails and intestines).
Amounts of thrb transcript wereanalyzed by reverse transcriptionquantitative polymerase chain
reaction (RT-qPCR). The cell lysate
from XL58-TRE-Luc cells was also
assayed for luciferase activity (luc).
The vertical axis represents theamounts of the thrb transcript or theluciferase activity as a magnitude ofinduction (fold induction). Each value
is the mean ± standard error of themean (SEM, n=3). *P < 0.05,**P < 0.01; ***P < 0.001. The
experiment was repeated 3 times,
with similar results.

***
**

10
*

5
0

luc

thrb

thrb

XL58-TRE-Luc

Tail

Intestinethrb

甲状腺ホルモン処理によってホルモン応答遺伝子の発現が上昇している

結果 —遺伝子発現解析
Expression of DNA methyltransferase
genes. Xenopus laevis tadpoles atstage 53 were treated without (openbar) or with (closed bar) 2 nM 3,3',5triiodothyronine (T3). Total RNA wasextracted from the cultured cells or
tadpole tissues (tails and intestines).
Amounts of dnmt1 or dnmt3transcript were analyzed by reverse
transcription-quantitative polymerase
chain reaction (RT-qPCR). The
vertical axis represents the amountsof the dnmt1 or dnmt3 transcript as amagnitude of induction (foldinduction). Each value is the mean
± standard error of the mean (SEM,n=3). The experiment was repeated 3
times, with similar results.

Fold induction

0.01

0.005

0
dnmt1

dnmt3
Tail

dnmt1

dnmt3

Intestine

DNAをメチル化する酵素の遺伝子発現はホルモンの影響を受けない

結果 —DNAメチル化
A

B

(-)T3
TRE (DR3)
TRE (DR2)

-1000
XL58-TRE-Luc

-800

TRE (DR3)
TRE (DR2)

TRE (DR4)

-600

-400

(+)T3

-1000

-800

TRE (DR4)

-600

-400

黒丸：メチル化状態、白丸脱メチル化状態
Tail

甲状腺ホルモン処理によるDNAメチル化の影響はあまり見られない

Effects of TH on methylation status of
the thrb promoter in Xenopus laevis
XL58-TRE-Luc cells or tadpole
tissues. Total genomic DNA wasextracted from X. laevis XL58-TRELuc cells or tadpole tails (stage 53),
which were were treated without orwith 2 nM 3,3',5-triiodothyronine (T3).
Polymerase chain reaction (PCR)
amplicons obtained from bisulfitemodified DNA with primer sets werecloned into pMD20 or pGEM vector,
and individual clones from eachsample were sequenced. Closed
circle, methylated CpG site; open
circle, unmethylated CpG site; verticalarrow, developmentally specificunmethylated CpG site detected in
TRE(DR3) and TRE(DR4).

結果 —ヒストン修飾、RNA合成酵素の結合および修飾状態
6

AcH4 
アセチル化：転写開始

H3K4me3 

RNAPIIRNA合成酵素の結合% of input

メチル化：転写初期伸長

4

XL58-TRE-Luc cells 
培養細胞
**

A
*

**

2

2

1

0
3

0
3

2

C

2
1

0
3

0
3

2

E

2

D

F

*
1

*

*

**

2

**

***

*

0
3
2

1 P=0.06 P=0.05

*
*

1

H
***

1

0
3

IgG

*

**

P=0.08

1

RNAPIIS5P 2 G転写初期伸長

B
**

0
3

RNA合成酵素の修飾：

3

St. 53 tadpoles
変態期幼生

0
3

I

2

J

Effects of exposure to 3,3',5triiodothyronine (T3) on histone H4acetylation, histone H3K4
trimethylation, recruitment of RNAPII
and RNAPIIS5 phosphorylation in thethrb gene. Xenopus laevis XL58-TRELuc cells (A, C, E, G and I) or
tadpoles tails at stage 53 (B, D, F, H
and J) were treated without (openbar) or with (closed bar) 2 nM T3.
Signals of chromatin
immunoprecipitation (ChIP) weredetected by quantitative polymerase
chain reaction (qPCR) following
immunoprecipitation with antibodies
against acetylated histone H4 (A andB), trimethylated histone H3K4 (Cand D), RNAPII (E and F),
phosphorylated RNAPIIS5 (G and H),
and normal immunoglobulin G (I and
J). Primers used in qPCR are primer
sets C1, C2, C3, C4 and C5. Eachvalue is the mean ± standard error of
the mean (SEM, n=3). *P < 0.05,**P < 0.01; ***P < 0.001. P values ofseveral non-significant increases arealso shown. The experiment was
repeated 3 times for cultured cells
and 4 times for tadpoles, with similar
results.

甲状腺ホルモンによって、転写開始、初期伸

遺伝子領域

1

1

0

0

5’ C1

C2

C3

C4

C5 3’長の目印が上昇し、クロマチン構造が緩むこ
C1

C2

C3

C4

C5

とによって転写が活性化した。

結果 —ヒストン修飾、RNA合成酵素の結合および修飾状態
XL58-TRE-Luc cells 3

AcH4 

2

アセチル化：転写開始

1

3

A

2

*

1

0
3

H3K4me3 % of input

メチル化：転写初期伸長

H3K36me3

2

0
3

C

2

1

1

0
30

0
3

20

メチル化：転写後期伸長
10

E

***
2

**

*

2

0

G

1

遺伝子領域

0

5’

C6

D

F

1

0
3

IgG

B

C7

C8

3’

*
C6

C7

C8

Effects of exposure to 3,3',5triiodothyronine (T3) on histone H4acetylation, histone H3K4
RNAPIItrimethylation, histone H3K36
RNA合成酵素の結合 trimethylation, recruitment of RNAPII,RNAPIIS5 phosphorylation and
RNAPIIS2 phosphorylation in the
CDS of thrb gene. Xenopus laevis
XL58-TRE-Luc cells were treated
RNAPIIS5P
without (open bar) or with (closedbar) 2 nM T3. Signals of chromatin
RNA合成酵素の修飾： immunoprecipitation (ChIP) weredetected by quantitative polymerase
転写初期伸長chain reaction (qPCR) following
immunoprecipitation with antibodies
RNAPIIS2P
against acetylated histone H4 (A),
RNAPII (B), trimethylated histone
RNA合成酵素の修飾： H3K4 (C), phosphorylated RNAPIIS5(D), trimethylated histone H3K36 (E),
転写後期伸長phosphorylated RNAPIIS2 (F), andnormal immunoglobulin G (G).
Primers used in qPCR are primer sets
C6, C7, and C8. Each value is themean ± standard error of the mean
(SEM, n=3). *P < 0.05, **P < 0.01;***P < 0.001. P values of several nonsignificant increases are also shown.
The experiment was repeated 3 times
for cultured cells and 4 times for
tadpoles, with similar results.

甲状腺ホルモンによって、転写後期伸長の目印が上昇し、転写が活性化した。

結果の概要甲状腺ホルモン応答遺伝子の構造

Structure of TH-responsive gene
Activation by TH reported using amphibian
甲状腺ホルモンによる活性化

Histone H4-Ac
開始

5’

Histone H3K4-m3

Regulatory region
P

Histone H3K36-m3

Coding region

RNAPIIP

初期伸長

RNAPII
CTD

開始

serin5後期伸長

3’RNAPII
後期伸長

serin2RNAPII : RNA polymerase II		
P : phosphate			CTD: C-terminal domail			 	Ac : acetylation
m3: tri-methylation

甲状腺ホルモンによって、転写開始、初期伸長、後期伸長の目印が上昇し、転写が活性化した。

環境化学物質が甲状腺系に及ぼす影響
介在因子
標的遺伝子発現
RNA合成酵素結合、修飾

環境化学物質ホルモン受容体

甲状腺ホルモン
ヒストン修飾状態

検討した化学物質•

TetraBromoBisphenol A (TBBPA)•

テトラブロモビスフェノールA(TBBPA)は重要な難燃剤である。市販のTBBPAは、臭素
化合物の難燃剤としては世界で最も多く生産されている。TBBPAとその誘導体に対する需要は年間6万トンに達する。プラスチックに混合する。

•

Ioxynil (IOX)•

本剤は植物の茎葉から短時間のうちに吸収され，植物の電子伝達系に作用し，光合成及び呼吸を阻害することで殺草効果が現れると考えられている。茎葉から吸収された
本剤は，植物体内他部への移行性はほとんどないため，雑草の幼小期に使用する必要がある。再生力のある大きな雑草や，多年生雑草に使用した場合，葉枯れ等を起こし生育が阻害されるが枯死には至らない。本剤は植物の生育期に処理すると，イネ科，ユリ科等単子葉植物に対してほとんど影響を与えず，広葉植物に対しては非常に強い影響を与える生理的選択性を有している。

甲状腺ホルモン

結果 —環境化学物質が甲状腺ホルモン応答遺伝子の発現に及ぼす影響
ルシフェラーゼアッセイ

応答遺伝子の発現レベル

遺伝子A

遺伝子B

(A) TH-dependent luciferase assay
was conducted with or without 2nMT3, in the presence or absence ofindicated concentrations of IOX (I) or
TBBPA (II). The vertical axes
represent the luciferase activity as amagnitude of the induction (fold). (B)Amounts of T3-induced transcripts ofthe thrb (I) and thibz (II) genes were
estimated by RT-qPCR as amagnitude of the induction (fold) after
normalization with the rpl8 gene
expression. Cells were treated with orwithout (vehicle control) 2nM T3, inthe presence or absence of 1︎Mchemicals. Each value is the mean ±SEM (n = 3). Distinct letters denotesignificantly different means and were
determined by a one-way analysis ofvariance and Fisher’s least significant
difference test for multiple
comparisons (p < 0.05).

環境化学物質が甲状腺系に及ぼす影響
介在因子
標的遺伝子発現
RNA合成酵素結合、修飾

環境化学物質ホルモン受容体

甲状腺ホルモン
ヒストン修飾状態

結果 —環境化学物質が甲状腺ホルモンによって誘導される転写開始の目印に及
ぼす影響
遺伝子A

5’

転写開始の目印

3’

遺伝子B

5’

3’

Cells were treated with or without
2nM T3, in the presence or absenceof 1︎M IOX or TBBPA. Signals of ChIP
were detected by qPCR following
immunoprecipitation with antibodies
against H4Ac (I–IV) and RNAPII (V–VIII). Primers used in qPCR are primer
sets A1 and B1 (I and V), A2 and B2(II and VI), A3 and B3 (III and VII), andA4 and B4 (IV and VIII; see
Supplementary table 1 and Fig. 1) in
Figures 3A and B, respectively. Eachvalue is the mean ± SEM (n = 3).
Distinct letters denote significantly
different means and were determinedby a one-way analysis of varianceand Fisher’s least significant
difference test for multiple
comparisons (p < 0.05).

甲状腺ホルモンによって誘導される、転写開始の目印は環境化学物質による影響を受けない。

結果 —環境化学物質が甲状腺ホルモンによって誘導される転写初期伸長の目印に
及ぼす影響
遺伝子A

5’

転写初期伸長の目印

3’

遺伝子B

5’

3’

Cells were treated with or without
2nM T3, in the presence or absenceof 1︎M IOX or TBBPA. Signals of ChIP
were detected by qPCR following
immunoprecipitation with antibodies
against H3K4me3 (I–IV) and
RNAPIIS5P (V–VIII). Primers used in
qPCR are primer sets A1 and B1 (Iand V), A2 and B2 (II and VI), A3 andB3 (III and VII), and A4 and B4 (IV and
VIII; see Supplementary table 1 andFig. 1) in Figures 4A and B,
respectively. Each value is the mean
± SEM (n = 3). Distinct letters denotesignificantly different means and were
determined by a one-way analysis ofvariance and Fisher’s least significant
difference test for multiple
comparisons (p < 0.05).

甲状腺ホルモンによって誘導される、転写初期伸長の目印は環境化学物質による影響を受ける（遺伝子によって影響が異なる）。

結果 —環境化学物質が甲状腺ホルモンによって誘導される転写後期伸長の目印に及ぼす影響遺伝子A

5’

転写後期伸長の目印

3’

遺伝子B

5’

3’

Effects of IOX and TBBPA on
trimethylation of histone H3K36 andphosphorylation of RNAPIIS2 on the(A) thrb and (B) thibz genesCells weretreated with or without 2nM T3, in thepresence or absence of 1︎M IOX orTBBPA. Signals of ChIP weredetected by qPCR following
immunoprecipitation with antibodies
against H3K36me3 (I–IV) and
RNAPIIS2P (V–VIII). Primers used in
qPCR are primer sets A1 and B1 (Iand V), A2 and B2 (II and VI), A3 andB3 (III and VII), and A4 and B4 (IV and
VIII; see Supplementary table 1 andFig. 1) in Figures 5A and B,
respectively. Each value is the mean
± SEM (n = 3). Distinct letters denotesignificantly different means and were
determined by a one-way analysis ofvariance and Fisher’s least significant
difference test for multiple
comparisons (p < 0.05).

甲状腺ホルモンによって誘導される、転写後期伸長の目印は環境化学物質による影響を受ける（遺伝子によっても化学物質によっても影響が異なる）。

環境化学物質のエピジェネティックな影響

転写開始

初期伸長

IOX, TBBPA

後期伸長

転写終結

IOX, TBBPATBBPAIOX, TBBPA

TBBPA
IOX
遺伝子Aへの影響
遺伝子Bへの影響
遺伝子A、Bへの影響

Post-translational modifications ofhistone and RNAPII occur duringtranscription including initiation, early
elongation, progressive elongation,and termination. TH stimulates
coregulator switch from corepressor
complexes with histone deacetylase
activity to coactivator complexes
histone acetylase activity, which
induces H4Ac and RNAPII
recruitment in 5′ regulatory regions of
direct T3-response genes. TH alsoenhances the amounts of RNAPIIS5P
with H3K4me3 in 5′ regulatory
regions and the amounts of
RNAPIIS2P with H3K36me3 incoding regions. Anti-TH actions of
the chemicals in the thrb and thibz
genes represent as black downward
arrows. *, TBBPA was effective, but
IOX not; +, TBBPA and IOX wereeffective in the thrb gene, but not in
the thibz gene; and #, TBBPA waseffective in the thrb and thibz genes,
but IOX was effective in the thrb genealone. GTFs, general transcription
factors; TR, TH receptor; and TRE,
TH-response element.

甲状腺ホルモンによって誘導される、転写開始の目印は環境化学物質による影響を受けない。初期伸長、後期伸長の目印への影響は、化学物質によっても、遺伝子によっても、領域によっても異なる。

甲状腺系が撹乱される影響は？
•Thyroid hormones•

THs exert biological effects inmost tissues. In general, THs
control metabolism (basic
metabolic rate, lipid andcarbohydrate metabolism,
body heat production, andoxygen consumption), growthin children and young
animals, and development(fetal and neonatal brain, andanimal metamorphosis). THs
affect cardiovascular, nervous
and reproductive systems.
出典：Handbook of Hormones•

甲状腺ホルモン•

甲状腺ホルモンは、ほとんどの組織で生物学的作用を発揮する。 一般に、甲状腺ホルモンは代謝（基礎代謝率、脂質および炭水化物代謝、体内の熱産生および酸素消費）、小児および年齢の若い動物の成長、および発育（胎児および新生児の脳および動物の変態）を制御する。 甲状腺ホルモンは心血管系、神経系および生殖系にも影響する。

胎児・新生児期における脳発達

脳発達がピークを迎える時期は血液脳関門が未発達である。
脳内に侵入した化学---------------------->

物質によって脳発達が影響を受ける。

周産期

発達障害---------------------->---------------------------------------------------------------->
出典：木村-黒田, 2014より改変

胎児・新生児期における脳発達

脳発達がピークを迎える時期は血液脳関門が未発達である。
脳内に侵入した化学---------------------->

物質によって脳発達が影響を受ける。

周産期

発達障害---------------------->---------------------------------------------------------------->
出典：木村-黒田, 2014より改変

発達障害とは何か
広汎性発達障害

自閉症スペクトラム障害

特定不能の広汎性発達障害

自閉性障害

アスペルガー
障害

崩壊性障害
レット障害

DSM-IV-TR

障害の併存

コミュニ
ケーショ
ン障害

注意欠陥多動性障害
学習障害

DSM-5

発達障害とは何か•

DSM-5における自閉症スペクトラム障害•

スペクトラムとは何か？
••「連続体」の意味であり、明確に境界を定めることができない。

様々な障害を併存するケースが多い。
•

例えば、知的障害を伴う自閉症スペクトラム障害、など。

発達障害とは何か

連続しているため明確に定型発達と自閉症を区別することができない領域

出典：黒田, 2013

自閉症発生率は増加しているか
診断基準の変更、発近年の日本における達障害の一般認知が調査では、自閉症ス

進んだことによる、ペクトラム障害受診率の増加などに（ASD)と診断されよって見かけ上増加

た子供は、男子

している可能性もあ3.74%、女子る。

1.47%、全体では

しかし、それを明確

2.64%である。

に否定する論文が報告された。
つまり、発達障害は
近年増加の一途をたどっている。

出典：木村-黒田, 2014

発達障害に関する研究動向〜各年に発表される関連論文の数〜
自閉症スペクトラム障害
注意欠陥多動性障害
内分泌撹乱
環境化学物質偶然だろうか？

胎児・新生児期における脳発達

偶然だろうか？

出典：木村-黒田, 2014

発達障害発症の原因は何か•

周産期に脳は著しく発達する。

•

重要なのは、いかにシナプスが正常に形成されるか、である。異なるシナプス形成が阻害されると、異なる障害を誘起すると考えられている。

•---------------------->

このような脳発達は、脳内の環境とそれによって制御される遺伝子
発現に大きく依存している。
---------------------->•

環境と遺伝子発現の相互作用は、まさしくエピジェネティクスである。

---------------------------------------------------------------->

出典：木村-黒田, 2014より改変

発達障害発症の原因は何か•

周産期に脳は著しく発達する。

•

重要なのは、いかにシナプスが正常に形成されるか、である。異なるシナプス形成が阻害されると、異なる障害を誘起すると考えられている。

•---------------------->

このような脳発達は、脳内の環境とそれによって制御される遺伝子
発現に大きく依存している。
---------------------->•

環境と遺伝子発現の相互作用は、まさしくエピジェネティクスである。

---------------------------------------------------------------->

出典：木村-黒田, 2014より改変

発達障害発症の原因は何か•

周産期に脳は著しく発達する。

•

重要なのは、いかにシナプスが正常に形成されるか、である。異なるシナプス形成が阻害されると、異なる障害を誘起すると考えられている。

•---------------------->

このような脳発達は、脳内の環境とそれによって制御される遺伝子
発現に大きく依存している。
---------------------->•

環境と遺伝子発現の相互作用は、まさしくエピジェネティクスである。

---------------------------------------------------------------->

化学物質が高次脳機能に及ぼす影響〜発達障害に関連すると思われる事例〜•

親ラットにサリドマイド（抗てんかん薬）を投与すると仔ラットの学習能力が低下する。

•

バルプロ酸は知的障害を引き起こす（ヒストン脱アセチル化酵素阻害剤）•

有機リン系農薬が自閉症、注意欠陥多動性障害（ADHD)、IQ低下による知的障害の原因となる。

•

水銀化合物が自閉症、ADHD発症に関与している（血中の甲状腺ホルモン量と負の相関）。

•

PCBに暴露されると子のIQが6〜7歳時で5ポイント低下する。知的障害、多動性の原因となる。

•

血中PCB濃度が高いサルから産まれた子ザルは社会行動や母子間の行為に異常が生じる。

•

ネオニコチノイド系農薬によって働きバチに異常行動が生じる。

化学物質が高次脳機能に及ぼす影響〜発達障害に関連すると思われる事例〜••

親ラットにサリドマイド（抗てんかん薬）を投与すると仔ラットの学習能力が低下する。

このような影響が、エピジェネティクスを背景として
バルプロ酸は知的障害を引き起こす（ヒストン脱アセチル化酵素阻害剤）

起こることは重要な問題を孕んでいる。
•

有機リン系農薬が自閉症、注意欠陥多動性障害（ADHD)、IQ低下による知的障害の原因となる。

•

DNAのメチル化やヒストンタンパク質のアセチル化、水銀化合物が自閉症、ADHD発症に関与している（血中の甲状腺ホルモン量と負の相

メチル化、リン酸化などのエピジェネティックな制御関）。
•

は、化学修飾であり、胎児期にいったん起こると多く
PCBに暴露されると子のIQが6〜7歳時で5ポイント低下する。知的障害、多動性の原因となる。
が一生引き継がれるため影響が大きい。

•

血中PCB濃度が高いサルから産まれた子ザルは社会行動や母子間の行為に異常が生じる。
DNAのメチル化は領域によっては、さらに次世代まで•引き継がれる可能性がある。
ネオニコチノイド系農薬によって働きバチに異常行動が生じる。

発達障害が発症する原因は？
•

脳発達（シナプスの正常な形成など）が、遺伝子発現と脳内環境に依存するのならば、その原因となる遺伝子が存在するはずだろう。

発達障害が発症する原因は？
広汎性発達障害•

自閉症様症状を併発するレット症候
群の原因遺伝子は、DNAのメチル化

特定不能の広汎性発達障害

自閉性障害を抑制して遺伝子発現を撹乱するエ
ピジェネティックな異常に関係する遺伝子であることが明らかになった。

アスペルガー障害•

知的障害をおこす脆弱X症候群の原因
遺伝子はシナプス形成に関わる遺伝子であることが明らかになった。

崩壊性障害
レット障害
•

DSM-IV-TR

では広い意味での発達障害の原因となる遺伝子は明らかになっているのか？

自閉症スペクトラム障害の原因遺伝子は？
•シナプス結合の接着や言語発達に関わるタンパク質をコードする遺伝子が有望とされた時期があったが、自閉症に普遍的ではなく、「原因」遺伝子とはいえなかった。

•

現在のところ、「原因」遺伝子だけでなく、有力な「関連」遺伝子も見つかっていない。

•「関連」遺伝子の数は、数百から数千にのぼると考えられている。

自閉症スペクトラム障害の関連遺伝子は？
•関連遺伝子などに関する情報を提供しているデータベースが存在する。

•

SFARIには現在、約860種の関連遺伝子が登録されている。

自閉症スペクトラム障害の関連遺伝子は？
•••シナプス関連因子•

細胞接着因子•シナプス接着因子

神経伝達・ホルモン関連因子•

神経伝達物質受容体•

ホルモン受容体（甲状腺ホルモン受容体、オキシトシン受容体含む）

細胞内シグナル伝達・代謝系因子••

細胞増殖関連因子

エピジェネティック・転写調節因子•

DNAメチル化関連因子

自閉症スペクトラム障害の関連遺伝子は？
•

CHD8
•

胎児期にクロマチン構造を制御する役割を持
つタンパク質である。

•

ヒトの自閉症患者で変
異が多い。

•

マウスでこの遺伝子に変異を起こすと自閉症とよく似た症状を呈する。

出典：Katayama et al., 2016 Nature自閉症スペクトラム障害の関連遺伝子は？
•••シナプス関連因子•

細胞接着因子

子群も「ある因子」によって転写の調節を受けていると考えられる。

•

シナプス接着因子

エピジェネティック・転写調節因子は、発症メカ

神経伝達・ホルモン関連因子

ニズムを考えたとき最も上位の階層に位置し、その他の因子を調節しているのではないか？
今後の研究に期待がかかる。

•

神経伝達物質受容体•

ホルモン受容体（甲状腺ホルモン受容体、オキシトシン受容体含む）

細胞内シグナル伝達・代謝系因子••

シナプス関連因子、神経伝達・ホルモン関連因子、
細胞内シグナル伝達・代謝系因子、いずれの遺伝

細胞増殖関連因子

エピジェネティック・転写調節因子•

DNAメチル化関連因子

両生類を用いた研究の可能性•

両生類の変態期は哺乳類の周産期に
相当する。

•

変態は甲状腺ホルモンによって容易に誘起可能であるため、ホルモン作用、ホルモン撹乱作用を検討しやすい。

•

水槽にホルモンや化学物質を添加することで容易に曝露が可能である（哺乳類の場合、胎生であるので、仔に対する直接的な評価は難しい）。

•

実際に以前の研究で、変態期両生類の脳内で、ホルモンによって変動す---------------------->---------------------->---------------------------------------------------------------->る遺伝子発現を水酸化PCBが撹乱したことを報告した（細胞の分化や移動、接着、つまり脳発達に関与する遺伝子群など）。
出典：木村-黒田, 2014より改変

治療・予防の可能性•

クレチン症（先天性甲状腺機能低下症）•

甲状腺ホルモンが生まれつき不足して起きる疾患である。

•

母親のヨウ素摂取不足が原因？

•

放置すると知的障害を併発する。

•

甲状腺ホルモンを投与（内服）することによって治療が可能である。

治療・予防の可能性•

クレチン症：ヨード（ヨウ素）剤の投与によって予防が可能。

•

毒性を持つ化学物質の摂取を避けることによる予防：
農薬など（日本は農薬の規制が甘い）•

PCBやダイオキシンなど残留性の高いものは注意：ク
ジラやイルカの肉（特に脂身）は要注意

環境ホルモンは未来を奪ったか？
•

当初は生殖系に影響を及ぼすものとして注目された。

•

野外生物において、そういった実例が多く報告された•「内分泌撹乱」作用を有するとして命名された環境ホルモンであるが、近年あまり耳にしなくなった。

•

そういった化学物質が内分泌を撹乱する作用だけでないことが明らかになってきた。

環境ホルモンは未来を奪ったか？
•

エピジェネティックな撹乱作用が注目されるようになってきた。

•

発達障害など、直接的な原因を探りにくいところに影響を及ぼしている可能性がある。

•

エピジェネティックな作用は世代をまたぐ可能性がある。

環境ホルモンは未来を奪ったか？（私見）•

人々の気づきにくいところで、ひっそりと未来を奪いつつある、次のフェーズに移行している。

•

環境要因（特に環境中の化学物質や喫煙などの生活習
慣）に左右されるのであれば、自己防衛できる部分もある。

誰もが生きやすい社会に•

2016年7月26日•

津久井やまゆり園：知的障害者福祉施設•

19人が死亡、26人が重軽傷•

第二次世界大戦後の日本で発生した殺人事件としては犠牲者が最も多い•

犯人は「障害者なんていなくなればいい」と供述（優生思想）相模原障害者施設殺傷事件

誰もが生きやすい社会に