１．病態メカニズムグループ
Pathomechanism Groupより鋭敏なメチル水銀毒性の予測マーカーの探索のため、メチル水銀中毒モデルラットにおける血中タ
ンパク質のポリチオール化について測定法の開発検討を行った。
(3) メチル水銀による神経障害性疼痛の発症およびその薬剤効果に関する基礎研究
これまで行ってきたメチル水銀中毒モデルラットにおける神経障害性疼痛の発症メカニズムについての研究をまとめ、論文投稿を行い、受理/掲載された。また、本モデルにおいて視床傷害が生じていることを発見し、薬剤 (ROCK阻害剤) の治療効果とともに研究結果をまとめ、論文投稿の準備を行った。
(4) 外部研究機関との共同研究
本研究センターで行っていないメチル水銀毒性の研究分野 (小胞体ストレス, エピゲノム) について外部研究機関と共同研究を行い、学会および研究会で発表を行うとともに論文投稿を行い、受理/掲載された。
(5) その他
執 筆 依 頼 さ れ て い る 学 術 書 (3rd Edition of
Handbook of Neurotoxicity) のメチル水銀神経毒性
チャプター部分について執筆を行い、受理/掲載された。

水銀による生体影響、毒性発現の分子メカニズムを解明し、その成果をメチル水銀中毒の初期病態の把握や毒性評価、毒性発現メカニズムに基づいた障害の防御、修復のための新たな治療法開発へと発展させることを目標とする。そのため、培養細胞系、モデル動物を用いて、メチル水銀の組織や個体の感受性差を明らかにするためのメチル水銀曝露がもたらす生体ストレス応答差やシグナル伝達系変動の差に関する検討、メチル水銀に対する生体応答差をもたらす因子に関する検討、メチル水銀による神経細胞
死やメチル水銀傷害後の神経機能改善に関する検討、メチル水銀曝露後の水銀排泄に対する食物繊維の影響等を生化学的、分子生物学的、病理学的な視点から遂行する。このようにして、メチル水銀の毒性発現メカニズムを明らかにしていくとともに、メチル水銀による毒性発現をブロックする薬剤や神経機能を改善する薬剤についても検討する。
当グループの各研究についての令和 3 年度概要
は以下のとおりである。
［研究課題名と研究概要］[2]食品成分によるメチル水銀の健康リスク軽減に関[1]メチル水銀による神経毒性メカニズムとその予防する研究 （基盤研究）

および治療に関する基礎研究 （プロジェクト研究）

永野匡昭 （基礎研究部）

藤村成剛 （基礎研究部）

本課題は、食物の機能を利用することにより、魚介(1) メチル水銀神経毒性の選択的細胞傷害に関する基礎研究
ラット脳から分離培養した“大脳皮質神経細胞”と“海馬神経細胞”の遺伝子発現について網羅的な解析を行い、メチル水銀毒性に耐性を示す海馬神経細胞 に 特 異 的 に 発 現 し て い る 因 子 (Transthyretin,
BDNF等) を見出した。また、メチル水銀以外の毒性物質（グルタミン酸等）に対する脆弱性/抵抗性についても解析し、海馬神経細胞がグルタミン酸毒性に対しては逆に脆弱性を示すことを明らかにした。以上の研究結果をまとめ、学会および研究会で発表を行うとともに論文投稿を行った。
(2) メチル水銀神経毒性の個体感受性およびバイオ
マーカーに関する基礎研究

類摂食によるメチル水銀（MeHg）の健康へのリスクを軽減することを目的としている。これまで我々は、小麦ふすまやフラクトオリゴ糖摂取が MeHg 投与後の組織中水銀濃度を減少させることを明らかとしてきた。
今年度は MeHg の健康リスクに対する食品成分の効果を評価するにあたり、実験条件の確立と併せて
小麦ふすまの効果について検討した。また、茶成分
や小麦ふすま成分と MeHg との結合について試験管内実験を行った。その結果、緑茶及び紅茶成分とMeHg との結合は認められなかった。一方、小麦ふすま成分であるリグニンについては、添加した MeHg の10%が結合していることを確認した。そのほか、小麦
ふすまは MeHg 投与後に摂取した場合においても、-9-

糞尿への水銀排泄を促し、脳を含むマウスの組織中水銀濃度を減少する知見を論文として発表した。

脳内にメチル水銀が曝露し神経細胞死が起こるまでの過程を捉えるため、メチル水銀毒性を簡便に見出すセンサーベクターを開発する。メチル水銀曝露[3]メチル水銀によるタンパク質機能変動とその防御による、タンパク質翻訳時のセレノシステイン挿入の因子に関する研究（基盤研究）

障害を利用し、メチル水銀依存的な蛍光シグナルが鵜木隆光（基礎研究部）

得られるセンサーベクターを遺伝子工学的な手法で高い求核性・抗酸化性を有する低分子化合物であ開発する。昨年度までにMeHgの毒性センサーKrab-

る活性イオウ分子（RSS）を介した MeHg 毒性防御機

U/Lucを開発した。本年度はセンサーの機能評価の構を明らかとしてきた。その一環として脳の発達時期

ため、既存のセンサーとの比較、他の毒性物質と及び部位特異的な RSS 分布と MeHg 傷害特異性の

MeHgの比較し、MeHgの毒性センサーとして十分な連関を示唆する研究成果をとりまとめ、論文が受理・シグナルを特異的に示し、正しく機能することが明ら掲載された。

かになった。

RSS 中のサルフェン硫黄はタンパク質のシステイン

さらに、MeHgの毒性センサーマウス作成のための残基にも易転移しポリイオウ化するが、神経細胞にお準 備と して、小脳 顆粒細胞の 初代培 養モ デ ルで

いて MeHg 曝露による当該修飾変動と毒性影響に着MeHgに対する反応性を確認した。センサーマウスの目した研究は皆無である。これを明らかとするために作成に必要な1ベクター化では、センサーの反応性

本年度はポリイオウ化タンパク質の定性・定量解析の低下問題が発生し、Krabによるオフターゲット抑制で要となる、アルキル化試薬を用いたプルダウンアッセ

あることをつきとめた。対策として新たなセンサーベクイの高感度化を目指し最適化を行った。ヒト神経芽細ターの作成に成功し、今後のMeHg毒性センサーマ

胞腫 SH-SY5Y 細胞における内在レベルでのタンパウス作成に筋道をつけた。

ク質ポリイオウ化修飾が検出された。RSS モデル化合(2) メチル水銀による毒性メカニズムに関する研究

物の添加により増加する当該修飾は、MeHg の添加

神経細胞を構成する特徴的な構造として、シナプにより減少したことから、RSS からタンパク質のシステ

スと軸索に注目する。昨年度までに、MeHgへの曝露

イン残基へと転移したサルフェン硫黄が MeHg によりによって小脳顆粒細胞の初代培養でシナプスのグル奪取されることが示唆された。

タミン酸受容体が異常な蓄積を示すことを見出してい本課題に関連した共同研究として、細胞内レドックた。本年度の研究では、MeHgの投与実験から、グル

スバランスの恒常性を維持する RSS 量調整機構とそ

タミン酸受容体の異常な蓄積には、グルタミン酸シグの破綻による細胞死の誘導を明らかとした。

ナルは関与しないこと、シナプス足場タンパク質の発現増大が観察されることなどを明らかにし、メカニズム[4]メチル水銀毒性センサーの開発と毒性機序の解の一部を解明した。また、さらに神経細胞を常時活性析 （基盤研究）化するHigh K+培養との比較から成熟化したシナプス
住岡暁夫 （基礎研究部）

で異常な蓄積が起こること、MeHg投与後の回復実験

メチル水銀(MeHg)の曝露は、脳内で酸化ストレスから受容体の異常な蓄積後細胞死に至ること、など

を誘導し様々な過程を経て神経細胞死を引き起こす。

を観察し、病理学的な意義を明らかにした。

そこで、MeHg により神経細胞死に至る後期毒性機

軸索タンパク質Tauの解析では、MeHgと他の酸化序について研究に取り組む。このために、MeHg 毒性

剤で毒性誘導の違いを検証し、MeHgより求核性がのセンサーベクターを開発するとともに、MeHg による低く細胞毒性も弱い酸化剤DEMがTauに対してはシナプスと軸索への障害作用を検証する。

MeHgより強い毒性を示すことを確認した。この結果(1) メチル水銀毒性のセンサーベクターの開発に関から、MeHgや他の酸化剤が標的特異性を有するとする研究予想される。そこで、次に酸化ストレスへの応答に機- 10 -

能するKeap1に対するMeHgの作用を検証し、他の酸化剤に比較してMeHgがkeap1の特異的なCys部位に作用することを発見するなど、MeHgの毒性メカニズ
ムについて重要な知見を得た。

- 11 -

■病態メカニズムグループ（プロジェクト研究）[1]メチル水銀による神経毒性メカニズムとその予防及び治療に関する基礎研究（PJ-21-01）
Fundamental research on neurotoxic mechanism of methylmercury and its prevention and treatment
treatment)［主任研究者］
藤村成剛（基礎研究部）
研究の総括、実験全般の実施［研究課題の概要］
現在まで解明されていないメチル水銀の神経毒性［共同研究者］

メカニズム（選択的細胞傷害及び個体感受性）につ永野匡昭, 住岡暁夫, 鵜木隆光（基礎研究部）

いて、培養神経細胞及びメチル水銀中毒モデル動

実験全般の技術協力

物を用いて実験的に明らかにする。

中村政明（臨床部）

また、明らかになった神経毒性メカニズムを元に、臨床サンプルを用いたバイオマーカー探索

その神経毒性を予防及び治療する薬剤等の効果に

中村 篤（臨床部）

ついて実験的に検証する。

メチル水銀中毒モデルにおける神経症状解析
臼杵扶佐子（鹿児島大学）［背景］

研究全般に対する助言

メチル水銀の主な標的器官は脳神経系であるが、上原 孝（岡山大学）

毒性感受性は脳の発達段階で異なるのみならず、同神経変性疾患におけるメチル水銀毒性の関与

年齢層においても部位や細胞によって異なる。例え解析ば、成人期においてメチル水銀曝露は、大脳皮質の栗田尚佳（岐阜薬科大学）

一部、小脳の顆粒細胞、後根神経節に細胞死を引き

神経発達期におけるメチル水銀によるエピジェ

起こすが、その他の神経細胞では病変は認められなネティックス変化解析

い。これまでの研究において小脳における細胞選択性に抗酸化酵素が重要な役割を果たしていること（文献 1）及び胎児性曝露における神経の脆弱性にシナ［区分］

プス形成不全が関与している事（文献 2）が示唆されプロジェクト研究ているが、全体的な解明にまでには至っていない。更
［重点項目］に、個体間でメチル水銀曝露量と重症度が必ずしもメチル水銀曝露の健康影響評価と治療への展開

相関しないことから、その感受性には個体差があると考えられる。このようなメチル水銀毒性の選択的細胞［グループ］

傷害及び個体感受性については未だ情報が不足し病態メカニズムており、メチル水銀中毒の診断、予防及び治療を行う
上での障害となっている。

［研究期間］

メチル水銀は再生困難な神経細胞を傷害するため、2020 年度－2024 年度（5 ヶ年）

重篤かつ不可逆的な神経機能障害をもたらす。しかしながら、メチル水銀毒性は、予防又は早期の進行［キーワード］抑制によりその毒性を軽減できる可能性がある（文献

メチ ル水銀（ Methylmercury ） 、選択的 細胞傷 害3-5）。また、一旦進行した神経症状についても薬剤等（Selective cytotoxicity）、個体感受性（Sensitivity ofの処置によってその神経症状を軽減できる可能性もindividuals ） 、 予 防 及 び 治 療 （ Prevension andある（文献3-6）。

- 12 -

のシナプス変化について研究結果をまとめ、論文化を行う。また、“大脳皮質神経細胞” と “［目的］
培養神経細胞及びメチル水銀中毒モデル動物か

海馬神経細胞” をラット脳から分離培養し、メら採取した選択的細胞傷害を示す細胞群を用いて、チル水銀毒性に対する脆弱性/抵抗性の違い

分子病理学的、生化学的、分子生物学的な手法によについて明らかにする。

り、細胞分化・細胞増殖等の細胞学的問題に関わる(2) メチル水銀神経毒性の個体感受性及びバイオ因子について検討し、メチル水銀の選択的細胞傷害マーカーに関する基礎研究について明らかにする。また、これらの知見を発展さラットを用いたメチル水銀毒性の予測マーカ

せて、個体のメチル水銀感受性を左右する因子を明ーについての研究結果をまとめ、論文化を行う。

らかにする。更に、薬剤等のメチル水銀毒性に対する(3) メチル水銀による神経障害性疼痛の発症及び効果を実験的に検証する。以上の研究によって、メチ

その薬剤効果に関する基礎研究

ル水銀中毒の診断、毒性防御及び治療に応用する

ラットを用いてメチル水銀曝露による神経障

ことを目指す。

害性疼痛発症メカニズムを明らかにし、その研更に、本研究では本研究センターでは行っていな究結果をまとめ、学会発表及び論文化を行う。

いメチル水銀毒性の研究領域（小胞体ストレス，次世

また、本モデルラットを用いて、薬剤（ガバペン代影響等）について、外部研究機関との共同研究をチン）による疼痛治療効果を明らかにする。

積極的に行い、論文発表及び学会発表に繋げる。

(4) 外部研究機関との共同研究
本研究センターで行っていないメチル水銀［期待される成果］

毒性の研究分野（小胞体ストレス, エピゲノム等）

メチル水銀の選択的細胞傷害メカニズム及び個体について外部研究機関と共同研究を行い、学感受性に関する知見により、メチル水銀中毒の診断への寄与が期待される。更に、明らかになった神経毒会発表及び論文化を行う。
2．2021 年度

性メカニズムを元に、その神経毒性を予防及び治療する薬剤等の効果について実験的に検証することによって、メチル水銀による神経障害を予防及び治療(1) メチル水銀神経毒性の選択的細胞傷害に関する基礎研究
ラット脳から分離培養した “大脳皮質神経細胞” と “海馬神経細胞” の遺伝子発現についする薬剤等の開発に繋がる可能性がある。
また、選択的細胞傷害と個体感受性の問題は、メチル水銀中毒だけではなく、他の神経向性中毒物質や環境ストレス因子、更には神経変性疾患の病態解明にも繋がることが期待される。更に、既に確立されて網羅的な解析を行う。以上の研究結果をまとめ、学会発表及び論文化を行う。
(2) メチル水銀神経毒性の個体感受性及びバイオマーカーに関する基礎研究1, 5）においてメチル水銀

より鋭敏なメチル水銀毒性の予測マーカー

以外の環境毒及び神経変成疾患原因物質に対するの探索のため、メチル水銀中毒モデルラットに薬剤の改善効果についても検討し、全般的な神経機おける血中タンパク質のポリチオール化と神経能障害の軽減に繋がることも期待できる。

症状の関係について明らかにする。

た神経毒性の評価系（文献(3) メチル水銀による神経障害性疼痛の発症 及［年次計画概要］

びその薬剤効果に関する基礎研究

1．2020 年度

これまで行ってきたメチル水銀中毒モデルラ(1) メチル水銀神経毒性の選択的細胞傷害に関する基礎研究

ッ トにおける神経障害性疼痛発生についての研究結果をまとめ、学会発表及び論文化を行う。

メチル水銀妊娠期曝露ラットにおける母体脳- 13 -

また、本薬剤（ROCK阻害剤及びガバペンチン）

の予防/治療効果についても研究結果をまとめ、結果をまとめ、学会発表及び論文化を行う。

学会発表を行う。

(4) 外部研究機関との共同研究(4) 外部研究機関との共同研究

本研究センターで行っていないメチル水銀

本研究センターで行っていないメチル水銀

毒性の研究分野（小胞体ストレス, エピゲノム）

毒性の研究分野（小胞体ストレス, エピゲノム等）

について外部研究機関と共同研究を行い、学について外部研究機関と共同研究を行い、学会発表及び論文化を行う。
4．2023 年度

会発表及び論文化を行う。
(5) その他(1) メチル水銀神経毒性の選択的細胞傷害に関す

執筆依頼されている学術書（3rd Edition ofる基礎研究

Handbook of Neurotoxicity）のメチル水銀神経

メチル水銀以外の毒性物質（酸化ストレス物

毒性チャプター部分について執筆を行う。

質, 興奮性アミノ酸等）に対する脆弱性/抵抗性

3．2022 年度の比較及び特異的阻害剤（抗酸化物質, 興奮(1) メチル水銀神経毒性の選択的細胞傷害に関す性アミノ酸受容体拮抗剤等）の効果についてもる基礎研究

解析し、両細胞のメチル水銀毒性に対する脆論文投稿中の網羅的遺伝子発現解析につ

弱性/抵抗性の違いについてのメカニズムを明いて受理に向けた対応を行う。更に、海馬神経

らかにする。以上の研究結果をまとめ、学会発細胞に特異的に発現している因子表を行う。

（Transthyretin, BDNF等）について詳細な機能(2) メチル水銀神経毒性の個体感受性及びバイオ解析（siRNAによる細胞からの除去等）を行い、マーカーに関する基礎研究

メチル水銀毒性における役割を確定する。また、より鋭敏なメチル水銀毒性の予測マーカー

メチル水銀以外の毒性物質（酸化ストレス物質,の探索のため、LC/MSを用いてメチル水銀中

興奮性アミノ酸等）に対する脆弱性/抵抗性の毒モデルラットにおける血中タンパク質のポリチ

比較及び特異的阻害剤（抗酸化物質, 興奮性オール化と神経症状の関係について明らかに

アミノ酸受容体拮抗剤等）の効果についても解する。

析し、両細胞のメチル水銀毒性に対する脆弱(3) メチル水銀による神経障害性疼痛の発症及び性/抵抗性の違いについてのメカニズムを明ら

その薬剤効果に関する基礎研究

かにする。

これまで行ってきたメチル水銀曝露による視(2) メチル水銀神経毒性の個体感受性及びバイオ

床傷害とメチル水銀中毒モデルラットにおけるマーカーに関する基礎研究

神経障害性疼痛に対する薬剤（ROCK阻害剤

より鋭敏なメチル水銀毒性の予測マーカー

及びガバペンチン）の治療効果について研究の探索のため、LC/MSを用いてメチル水銀中

結果をまとめ、学会発表及び論文化を行う。

毒モデルラットにおける血中タンパク質のポリチ(4) 外部研究機関との共同研究

オール化と神経症状の関係について明らかに

本研究センターで行っていないメチル水銀する。

毒性の研究分野（小胞体ストレス, エピゲノム等）(3) メチル水銀による神経障害性疼痛の発症及びについて外部研究機関と共同研究を行い、学その薬剤効果に関する基礎研究

会発表及び論文化を行う。

これまで行ってきたメチル水銀曝露による視5．2024 年度

床傷害とメチル水銀中毒モデルラットにおける神経障害性疼痛に対する薬剤（ROCK阻害剤
及びガバペンチン）の治療効果について研究- 14 -(1) メチル水銀神経毒性の選択的細胞傷害に関する基礎研究
メチル水銀以外の毒性物質（酸化ストレス物

質, 興奮性アミノ酸等）に対する脆弱性/抵抗性討を行った。

の比較及び特異的阻害剤（抗酸化物質, 興奮

3. メチル水銀による神経障害性疼痛の発症及びその性アミノ酸受容体拮抗剤等）の効果についても薬剤効果に関する基礎研究

解析し、両細胞のメチル水銀毒性に対する脆［令和元年度－3 年度 科学研究費補助金・基盤研究

弱性/抵抗性の違いについてのメカニズムを明(C), 課題番号 19K07077 (代表)］らかにする。以上の研究結果をまとめ、学会発

これまで行ってきたメチル水銀中毒モデルラットに表を行う。以上の研究結果をまとめ、論文化をおける神経障害性疼痛の発症メカニズムについての行う。

研究をまとめ、論文投稿を行い、受理/掲載された（論(2) メチル水銀神経毒性の個体感受性及びバイオマーカーに関する基礎研究

文発表 4）。また、本モデルにおいて視床傷害が生じていることを発見し、薬剤（ROCK阻害剤）の治療効

臨床サンプルにおける血中タンパク質のポリチオール化について明らかにする。以上の研果とともに研究結果をまとめ、論文投稿を行った。
4. 外部研究機関との共同研究

究結果をまとめ、学会発表及び論文化を行う。

本研究センターで行っていないメチル水銀毒性の(3) メチル水銀による神経障害性疼痛の発症及び研究分野（小胞体ストレス, エピゲノム）について外部

その薬剤効果に関する基礎研究研究機関と共同研究を行い、学会及び研究会で発

本研究は前年度に終了予定。

表（学会等発表 12,13）を行うとともに論文投稿を行い、受理/掲載された（論文発表5,6）。

(4) 外部研究機関との共同研究
本研究センターで行っていないメチル水銀

5. その他

毒性の研究分野（小胞体ストレス, エピゲノム等）

執 筆 依 頼 さ れ て い る 学 術 書 （ 3rd Edition ofについて外部研究機関と共同研究を行い、学

Handbook of Neurotoxicity）のメチル水銀神経毒性チ会発表及び論文化を行う。

ャプター部分について執筆を行い、受理/掲載された（論文発表7）。

［2021年度の研究実施成果］
1. メチル水銀神経毒性の選択的細胞傷害に関する

［備考］

基礎研究

本課題研究の一部は、以下の科学研究費助成事

ラット脳から分離培養した“大脳皮質神経細胞”と“業に採択され、外部研究費を得ている。

海馬神経細胞”の遺伝子発現について網羅的な解➢ 課題名 「環境毒性物質による神経/筋機能障害に析を行い、メチル水銀毒性に耐性を示す海馬神経細対する神経軸索/筋線維再生治療の実験的研究」,

胞 に 特 異 的 に 発 現 し て い る 因 子 （ Transthyretin,

令和元年－3 年度 科学研究費・基盤研究 （C）

BDNF等）を見出した。また、メチル水銀以外の毒性（代表）, 課題番号: 19K07077

物質（グルタミン酸等）に対する脆弱性/抵抗性につい➢ 課題名「メチル水銀中毒に対する個体感受性の違ても解析し、海馬神経細胞がグルタミン酸毒性に対しいを客観的に判定できるバイオマーカーの開発」,ては逆に脆弱性を示すことを明らかにした。以上の研令和 4－6 年度 科学研究費補助金・基盤研究 （B）

究結果をまとめ、学会及び研究会で発表（学会等発（代表） , 課題番号: 22H03768

表8~11）を行うとともに論文投稿を行った。
2. メチル水銀神経毒性の個体感受性及びバイオマ［研究期間の論文発表］
1) Fujimura M, Usuki F (2020) Pregnant rats exposedーカーに関する基礎研究
より鋭敏なメチル水銀毒性の予測マーカーの探索

to low level methylmercury exhibit cerebellarのため、メチル水銀中毒モデルラットにおける血中タ

synaptic and neuritic remodeling during the perinatal

ンパク質のポリチオール化について測定法の開発検

period. Arch. Toxicol., 94, 1335-1347.

- 15 -

2) Fujimura M, Usuki F, Unoki T (2020) Decreased
plasmathiol

precedesはラット足底部に神経障害性疼痛の 1 種である疼

methylmercury

痛閾値低下（アロディニア）を引き起こす. メタルバ

intoxication model. Food. Chem. Toxicol., 146,

イオサイエンス研究会 2020, Web meeting, 2020. 11.

neurologicalantioxidant
signs

in

a

capacity3) 藤村成剛, 臼杵扶佐子, 中村篤: メチル水銀曝露

rat

111810.

4) 藤村成剛, 臼杵扶佐子, 中村篤, 中野治郎, 沖3) Fujimura M*: Usuki F* (2020) Methylmercury-

田実, 樋口逸郎: 局所振動刺激はラットにおいて

mediated oxidative stress and activation of the

メカノストレス因子を誘導し筋萎縮からの回復を促

cellular protective system. Antioxidants (Basel), 9,進する. 令和 2 年度メチル水銀研究ミーティング,

1004. *Co-first author.

Web meeting, 2021.1.

4) Fujimura M, Usuki F, Nakamura A: Methylmercury5) 平岡秀樹, 岩脇隆夫, 熊谷嘉人, 藤村成剛, 上induces hyperalgesia/allodynia through spinal cord

原孝: メチル水銀による部位特異的神経障害におdorsal horn neuronal activation and subsequent

ける小胞体ストレスの寄与. 第 47 回日本毒性学会

somatosensory cortical circuit formation in rats. Arch.

学術年会, Web meeting, 2020. 6.

Toxicol. 2021; 95, 2151-2162.

6) 野川斐奈，郷すずな, 栗田尚佳, 藤村成剛, 位田
雅俊, 保住功 : 環境化学物質曝露の神経分化に

5) Hiraoka H, Nomura R, Takasugi N, Akai R, Iwawaki
T,KumagaiY,

FujimuraM,

UeharaT:

及ぼす影響と DNA メチル化の関与. メタルバイオ

Spatiotemporal analysis of the UPR transition

サイエンス研究会 2020, Web meeting, 2020. 11.

induced by methylmercury in the mouse brain. Arch.

7) 野村亮輔, 平岡秀樹, 藤村成剛, 熊谷嘉人,上原

Toxicol. 2021; 95: 1241-1250.

孝: in vivo メチル水銀曝露による中枢小胞体ストレ6) Go S, Kurita H, Hatano M, Matsumoto K, Nogawa

ス応答変化. 令和 2 年度メチル水銀研究ミーティ

H, Fujimura M, Inden M, Hozumi I: DNA
methyltransferase- and histone deacetylase-mediatedepigenetic

alterations

methylmercury

inducedexposure

ング, Web meeting, 2021.1.
8) 藤村成剛, 鵜木隆光: 培養大脳皮質神経細胞とby

low-level

海馬神経細胞の遺伝子発現プロファイリングの比

disrupt

neuronal

較 -メチル水銀毒性に対する脆弱性/抵抗性に関

development. Arch. Toxicol. 2021: 95: 1227-1239.

する考察-. メタルバイオサイエンス研究会 2021,

7) Fujimura M*, Usuki F*: Methylmercury and cellular2021. 10.

signal transduction systems. In: Kostrzewa R.M.

9) 藤村成剛, 鵜木隆光: 培養大脳皮質神経細胞と(eds) Handbook of Neurotoxicity. Springer, Cham.,

海馬神経細胞を用いたメチル水銀毒性の比較検

2022; pp 16. *Co-first author.

討. 第 44 回日本分子生物学会, 2021. 12.
10) 藤村成剛, 鵜木隆光: 培養大脳皮質神経細胞と［研究期間の学会発表］

海馬神経細胞を用いたメチル水銀毒性と遺伝子

1) Fujimura M, Usuki F, Nakamura A: Methylmercury

発現プロファイルの比較検討. 令和 3 年度メチル

induces

allodynia

inflammatory

throughmicroglia

inactivation
spinal

cord

of
and

水銀研究ミーティング, 2022. 2.
11) Fujimura M, Unoki T: BDNF

specificallysubsequent stimulation in somatosensory cortex od

expressed in hippocampal neurons is involved in its

rats. 60th Society of Toxicology, Virtual event, 2021.

resistance to methylmercury neurotoxicity. 61st3.

Society of Toxicology, Virtual event, 2022. 3.

2) 藤村成剛, 臼杵扶佐子: メチル水銀による神経細12) 野村亮輔, 藤村成剛, 熊谷嘉人, 上原孝: 高濃胞過剰活性化と部位特異的な神経変性. 第 47 回

度メチル水銀曝露によるマウス中枢小胞体ストレス

日本毒性学会学術年会, Web meeting, 2020. 6.

惹起. 令和 3 年度メチル水銀研究ミーティング,- 16 -

2022. 2.
13) 栗田尚佳, 郷すずな, 藤村成剛, 位田雅俊, 保
住功: メチル水銀曝露の神経分化に及ぼす影響と DNA メチル化の関与. フォーラム 2021 衛生薬学・環境トキシコロジー, 2021. 9.
［文献］
1) Fujimura M, Usuki F (2014) Low in situ expressionof antioxidative enzymes in rat cerebellar granularcells susceptible to methylmercury. Arch. Toxicol.,88, 109-113.
2) Fujimura M, Cheng J, Zhao W (2012) Perinatal
exposure to low dose of methylmercury induces
dysfunction of motor coordination with decreases ofsynaptophysin expression in the cerebellar granulecells of rats. Brain Res., 1464, 1-7.
3) Fujimura M, Usuki F, Kawamura M, Izumo S (2011)
Inhibition of the Rho/ROCK pathway preventsneuronal degeneration in vitro and in vivo following
methylmercury exposure. Toxicol. Appl. Pharmacol.,250, 1-9.
4) Fujimura M, Usuki F (2015) Methylmercury causes
neuronal cell death through the suppression of the
TrkA pathway: In vitro and in vivo effects of TrkA
pathway activators. Toxicol. Appl. Pharmacol., 282,259-266.
5) Fujimura M, Usuki F (2015) Low concentrations ofmethylmercury

inhibitneuralprogenitor

cellproliferation associated with up-regulation of
glycogen synthase kinase 3β and subsequentdegradation of cyclin E in rats. Toxicol. Appl.
Pharmacol., 288, 19-25.
6) Usuki F, Tohyama S (2011) Vibration therapy of theplantar fascia improves spasticity of the lower limbs
of a patient with fetal-type Minamata disease in thechronic stage. BMJ Case Rep., pii: bcr0820114695.

- 17 -

■病態メカニズムグループ（基盤研究）[2]食品成分によるメチル水銀の健康リスク軽減に関する研究（RS-21-01）
Study on reducing the health risk of methylmercury by food ingredients［主任研究者］

する我が国においても妊婦を対象とした魚介類等の永野匡昭（基礎研究部）

摂食に対して勧告が行われた。これらの魚介類等に研究の総括、実験全般の実施

はクジラ・イルカやマグロ等も含まれており、我が国にはこれらをよく食べる地域も存在する。一方、世界には海洋哺乳動物や魚の摂食を介した MeHg に対して［共同研究者］

リスクが高い集団が存在する 1) ことが報告されている。

藤村成剛（基礎研究部）
研究全般に対する助言

このように、水銀は世界規模での環境汚染物質である 。 水 銀 に 特 化 し た 国 際 会 議 International

瀬子義幸（元山梨県富士山科学研究所）

Conference on Mercury as Global Pollutant 2019 にお腸内細菌によるメチル水銀代謝に関する助言

いて取り上げられていたテーマの 1 つに「Genetics,
gastointestinal and nutrient factors impaching effects［区分］and uptake of mercury」があり、本研究課題はこれに基盤研究当てはまる。MeHg の蓄積と排泄に対する食品成分［重点項目］の影響に関する先行研究として、小麦ふすま（bran）

メチル水銀曝露の健康影響評価と治療への展開

による水銀排泄速度の増大や組織中水銀濃度の減少 2) がある。そのメカニズムについては腸内細菌による MeHg 代謝の活性化と推察されているが、確証が［グループ］
病態メカニズム

得られていない。
これまでに我々は、MeHg 単回経口投与後のマウ［研究期間］

ス組織中水銀濃度に対する効果について検討してき2020 年度－2024 年度（5 ヶ年）た。その結果、bran の効果は尿及び糞中への水銀排泄促進によるものであり、糞中への水銀排泄メカニズ
ムは腸内細菌による MeHg 代謝の活性化以外である［キーワード］メ チ ル水 銀 （ Methylmercury ） 、 食 品 成 分 （ foodingredients）、排泄（Excretion）

ことが示唆された。また、難消化性多糖類のうち、フラクトオリゴ糖（FOS）は MeHg 単回経口投与後の糞中への水銀排泄を促し、脳を含む組織中水銀濃度を減少させる 3) ことを明らかとした。更に、FOS による水銀［研究課題の概要］
食物の機能からメチル水銀（MeHg）の健康へのリスクを軽減することを目的として、試験管内で有効な排泄メカニズムは、おそらく腸内細菌の MeHg 代謝の活性化によることが示唆された。

食品成分を探索し、その有効性について実験動物を用いて検証する。

［目的］
本研究の目的は、水銀の排泄を促す食品成分又［背景］

はその排泄メカニズムを利用したメチル水銀のリスク

現代の MeHg 曝露は、主に魚介類の摂食によるも低減について検討し、基礎的知見を得ることである。

のである。第 61 回 FAO/WHO 合同食品添加物専門家会議における MeHg の再評価以降、魚食文化を有- 18 -

4. 2023 年度［期待される成果］
MeHg の吸収を抑える、又は MeHg の排泄を促す(1) （継続）「組織中水銀濃度に対する bran と FOS

成分を含む食品を摂取することにより、魚介類のメリッの併用効果」に関する論文作成

トは生かし、魚介類摂食による MeHg の健康へのリス(2) 2021−2022 年度に得られた知見「MeHg の健康クを軽減させるための食べ合わせやレシピの提案にリスクに対する bran の効果」に関する論文作成

繋がることが期待される。その結果、健康の維持・増(3) MeHg の蓄積と排泄/健康リスクに対する食品成進を図るうえで食生活の助けとなり、人々の安心と安分の効果を検討する。
5. 2024 年度

全に貢献できると考える。

(1) （継続）MeHg の健康リスクに対する食品成分の［年次計画概要］

効果を検討するとともに、論文を作成する。

1. 2020 年度(2) 「小麦ふすま前投与による水銀排泄作用」に関(1) MeHg と結合する食品成分の探索を試験管内でする論文作成実施する。
(2) 組織中水銀濃度に対する bran と FOS の併用効

［2021 年度の研究実施成果の概要］
1. 組織中水銀濃度に対する FOS と bran との併用効

果(3) 前中期計画で得られた知見「MeHg 単回投与後果の bran の効果」に関する論文作成

糞尿サンプルを得る目的で再度実験を行ったとこ(4) 前中期計画 2015 で得られた糞サンプルの水銀
測定

ろ、昨年度認められた FOS と bran の併用摂取による相加効果は確認できなかった。結果の相違原因を考

2. 2021 年度

え、来年度、再確認したい。

(1) （継続）組織中水銀濃度に対する bran と FOS の
2. MeHg の健康リスク（毒性）に対する bran の効果

併用効果

体重及び小脳性運動失調の評価試験 4) を指標と(2) MeHg の健康リスクに対する bran 又は FOS の効
果（毒性用量）して、標記の実験条件を検討し確立した。今後は、こ体重と脳組織病理を指標とし、MeHg の健康リスのモデルを用いて MeHg 毒性に対する食品成分のクに対する bran 又は FOS の効果について実験

効果について検討を行う。

動物を用いて検討する。
(3) （継続）前中期計画で得られた知見「MeHg 単回

3. 茶成分と MeHg の結合実験

投与後の bran の効果」に関する論文作成

試験管内実験において、紅茶及び緑茶の浸出液

3. 2022 年度

乾燥粉末が MeHg の bioaccessibility（ある化学物質(1) （継続）組織中水銀濃度に対する bran と FOS のを含む食べ物を模擬的に消化させた後、食物から人併用効果

工消化液に放出され、その結果、腸管粘膜で吸収さ(2) （継続）MeHg の健康リスクに対する bran の効果れうる量）を減少させる 5,6) ことが報告されている。そ（毒性用量）

こで、飲用する濃度の茶成分と MeHg が結合し不溶

脳病理学的検査を行う。

性塩を形成するのか検討を行った。緑茶飲料又は紅(3) 2020 年度 (4) で測定した「低濃度 MeHg 連続

茶浸出液に MeHg 溶液を添加し（最終濃度は 5.21

投与時の bran 又は FOS の効果」に関する論文

g Hg/ml）上清中水銀濃度を測定したところ、対照液

作成と茶液中の水銀濃度は変わらなかった（データは示し(4) 「組織中水銀濃度に対する bran と FOS の併用効果」に関する論文作成ていない）。以上の結果から、飲用する濃度では緑茶
又は紅茶成分と MeHg の不溶性塩は形成されないこ- 19 -

とがわかった。

［研究期間の学会発表］
1) 永野匡昭, 藤村成剛：メチル水銀連続投与後の組

4. リグニン（bran 成分）と MeHg の結合実験

織中水銀濃度に対する食品成分の影響．生命金

最近、我々は bran が MeHg 投与後に摂取した場

属 に 関 す る 合 同 年 会 (ConMetal 2020), Web
meeting, 2020. 11.

合でも、脳中水銀濃度を有意に減少することを報告
7)した 。そのメカニズムは糞尿への水銀の排泄促進で

2) 永野匡昭, 藤村成剛: メチル水銀の蓄積と排泄にあり、排泄への寄与は糞便の方が大きい。Bran には対するフラクトオリゴ糖の効果. メタルバイオサイエ

8)

リグニンが約 5%含まれており 、リグニンは試験管内実験において Hg(II)を吸着する

9)

ンス研究会 2021, 横浜. 2021. 10.

ことが明らかとなっている。そこで、マウス 1 匹が摂餌した 30% bran 配合［文献］

飼料に含まれるリグニン量を含む人工腸液に MeHg

1) United Nations Environment Programme. (2019)（マウス 1 匹に投与した量）を添加し、リグニンがMeHg を吸着するか検討した。その結果、添加した

Global Mercury Assessment 2018, 1-58.
2) Rowland IR, Mallet AK, Flynn J, et al. (1986) The

MeHg の 10%がリグニンと吸着している可能性が示唆

effectされた（図 1）。

concentration and chemical form of mercury afterofvariousdietary

fibresontissuemethylmercury exposure in mice. Arch. Toxicol., 59,
94-98.
3) Nagano M, Fujimura M, Tada Y, Seko Y. (2021)
Dietary fructooligosaccharides reduces mercury
levels in the brain of mice exposed to methylmercury.
Biol. Pharm. Bull., 44, 522-527.
4) Guyenet SJ, Furrer SA, Damian VM, et al. (2010) A
simple composite phenotype scoring system forevaluating mouse models of cerebellar ataxia. J. Vis.
Exp. Doi: 10.3791/1787.
5) Shim SM, Ferruzzi MG, Kim YC, et al. (2009)
図 1. リグニンと MeHg の結合実験．

Impact

データは平均値標準偏差、none に対する有意差

ofphytochemical-rich

foods

on

bioaccessibility of mercury from fish. Food Chem.,（*p < 0.05 by Student’s t-test）

112, 46-50.
6) Girard C, Charette T, Leclerc M, et al. (2018)［研究期間の論文発表］

Cooking and co-ingested polyphenols reduce in vitro

1) Nagano M, Fujimura M, Tada Y, Seko Y. (2021)

methylmercury bioaccessibility from fish and may

Dietary fructooligosaccharides reduce mercury

alter exposure in humans. Sci. Total Environ., 616-

levels in the brain of mice exposed to methylmercury.

617, 863-874.
7) Nagano M, Fujimura M. (2021) Intake of wheat bran

Biol. Pharm. Bull., 44, 522-527.
2) Nagano M, Fujimura M. (2021) Intake of wheat bran

after administration of methylmercury reduces

after administration of methylmercury reduces

mercury accumulation in mice. Fundam. Toxicol.

mercury accumulation in mice. Fundam. Toxicol.

Sci., 8, 243-248.

Sci., 8, 243-248.

8) Kamal-Eldin A, Laerke HN, Knudsen KE, et al.
(2009)- 20 -

Physical,microscopic

andchemicalcharacterization of industrial rye and wheat bransfrom the Nordic countries. Food Nutr. Res., 53. Doi:
10.3402/fnr.v53i0.1912.

9) Lv J, Luo L, Zhang J, et al. (2012) Adsorption of
mercuryonlignin:combined

surfacecomplexation modeling and X-ray absorption
spectroscopy studies. Environ. Pollut., 162, 255261.

- 21 -

■病態メカニズムグループ（基盤研究）[3]メチル水銀によるタンパク質機能変動とその防御因子に関する研究（RS-21-02）
Research on the methylmercury-induced alteration of protein function and its protective factors［主任研究者］［背景］
MeHg は化学的に親電子性を有し、タンパク質や

鵜木隆光（基礎研究部）
研究の総括、実験全般の実施

核 酸の 求 核置 換基 と 容易 に共 有 結合 する た め 、MeHg による生体高分子の化学修飾が毒性発現に寄［共同研究者］与するとされている。また、MeHg 曝露に際し、酸化ス

藤村成剛（基礎研究部）

トレスを伴う細胞内レドックス（酸化還元）バランスの破研究全般に対する助言、動物実験のサポート

綻が細胞傷害をもたらす。
このような MeHg 毒性に対し、細胞内に豊富に存熊谷嘉人（筑波大学）
研究全般に対する助言在するグルタチオン (GSH) は抱合体形成により細秋山雅博（慶応義塾大学）

胞外排出を促進する。また、硫化水素 (生理的条件研究全般に対する助言

で多くは HS-として存在すると考えられる) は解毒代謝物としてビスメチル水銀スルフィド [(MeHg)2S]の生成に寄与する 1)。一方で近年、生体内ではイオウ転

［区分］
基盤研究

移酵素を介しシステインへ過剰なイオウ原子がサルフェン硫黄として挿入されたシステインパースルフィド(CysSSH) が産生され、CysSSH を起点とし GSSH と［重点項目］
メチル水銀曝露の健康影響評価と治療への展開

いった多彩な分子群が産生されることが明らかとなった 2)。これら活性イオウ分子 (Reactive sulfur species;
RSS) と称される分子群は高い求核性・抗酸化性を［グループ］

有し、(MeHg)2S 生成を介した不活化や細胞内レドッ

病態メカニズム

クスバランスの維持を通じて MeHg による細胞傷害の防御因子としての機能が示唆される 3)。実際に我々［研究期間］
2020 年度－2024 年度（5 ヶ年）

は MeHg 毒性防御への RSS の重要性を個体レベルで明らかとした 4,5)。
一方でこれら RSS 中のサルフェン硫黄は他のイオ［キーワード］メチル水銀 (Methylmercury)、レドックスバランス

ウ原子に可逆的に結合する特性を有し、それ故にタ(Redox balance)、酸化ストレス (Oxidative stress)、活

ンパク質のシステイン残基への転移によって当該部

性イオウ分子 (Reactive sulfur species)、サルフェン

位をポリイオウ化することが明らかとなった。さらに驚く

硫黄 (Sulfane sulfur)

べきことに、タンパク質翻訳時にポリイオウ化が行われる機序も発見された 6)。このサルフェン硫黄を介し［研究課題の概要］

たポリイオウ化による修飾形態が有する生理的意義

メチル水銀 (MeHg) 曝露による生体影響をサルフは未解明な点が多いが、システイン残基の過酸化や

ェン硫黄を介したレドックス制御という観点から解析し、MeHg 付加を防ぐ可逆性担保機構としての重要性がMeHg の毒性機序及びその防御因子について明らか示され 3,7)、MeHg 毒性との連関も明らかにされ始めてとする。

いる 8)。

- 22 -

(2) ポリイオウ化タンパク質への MeHg 曝露影響

［目的］
ポリイオウ化を介したタンパク質の機能制御に焦点

脳内ポリイオウ化タンパク質の MeHg 標的部位をを当て、神経細胞における特異的分子のポリイオウ

同定し、タンパク質機能に与える影響を考察する。

化被修飾状態の変動がもたらす機能変化をシグナル(3) 外部研究機関との共同研究

毒性や細胞機能と紐づける試みにより、MeHg 毒性

外部研究機関との共同研究を円滑に進めて、論機序とその防御因子の解明を目指す。

文発表及び学会発表に繋げる。
4. 2023 年度［期待される成果］(1) 脳内ポリイオウ化タンパク質の機能解析

サルフェン硫黄を介したレドックス制御という新たな脳内ポリイオウ化タンパク質の疑似ポリイオウ化

観点から知見を得ることで MeHg による毒性機序の理

変異体を用い、MeHg 曝露による神経細胞機能解に貢献するとともに、リスク評価及び毒性防御への変動への影響を解析する。
(2) タンパク質のポリイオウ化と MeHg 毒性防御解析寄与が期待される。

RSS 投与や RSS 産生酵素の発現により培養神［年次計画概要］

経細胞におけるポリイオウ化タンパク質の増加を

1. 2020 年度解析する。併せて MeHg 曝露による細胞機能変(1) ポリイオウ化タンパク質の定性的解析

動および細胞死の軽減を解析する。

タンパク質のポリイオウ化修飾状態をゲルシフト(3) 外部研究機関との共同研究

アッセイにより解析する。

外部研究機関との共同研究を円滑に進めて、論(2) ポリイオウ化タンパク質の定量的解析

文発表及び学会発表に繋げる。

タンパク質のポリイオウ化修飾状態をプルダウン

5. 2024 年度

アッセイにより解析する。

(1) 前年度の解析を継続し、得られた知見を整理す(3) 外部研究機関との共同研究る。

外部研究機関との共同研究を円滑に進めて、論(2) 外部研究機関との共同研究

文発表及び学会発表に繋げる。

外部研究機関との共同研究を円滑に進めて、論2. 2021 年度

文発表及び学会発表に繋げる。

(1) ポリイオウ化タンパク質解析系の改良
細胞内在性レベルでのポリイオウ化タンパク質の［2021 年度の研究実施成果］

検出が可能となるよう解析系を改良する。

解析系の最適化のためにアルキル化試薬、バッフ(2) 細胞内在性タンパク質のポリイオウ化変動解析

ァー組成、脱塩過程等の至適化を行った。ヒト神経芽培養株化細胞をサルフェン硫黄ドナーや MeHg

細胞腫 SH-SY5Y 細胞抽出液を試料とし、脱塩処理に曝露し、細胞内在性タンパク質のポリイオウ化にて分取した高分子画分を得た。これを RSS モデル

修飾変動を解析する。

化合物 Na2S3 にて処理し脱塩後、MeHg と反応させ(3) 外部研究機関との共同研究

再度脱塩した。得られた画分中のチオールをビオチ[(+)-Biotinyl-

外部研究機関との共同研究を円滑に進めて、論ン 標 識 ア ル キ ル 化 試 薬

文発表及び学会発表に繋げる。

iodoacetamidyl-3,6-dioxaoctanediamine] に よ り 標 識

3. 2022 年度した。脱塩後、ストレプトアビジン付加超常磁性ビーズ(1) 脳内ポリイオウ化タンパク質の探索にて被標識タンパク質をプルダウンし、還元剤処理に

実験動物脳及びその初代培養神経細胞等を試

よりポリイオウ化タンパク質を回収した。回収した総ポ料とし、プルダウンアッセイにより得たポリイオウ

リイオウ化タンパク質は SDS-PAGE 後に蛍光染色に化タンパク質の同定を行う。

より検出した。その結果、内在レベルでのタンパク質- 23 -

ポリイオウ化修飾が検出され、Na2S3 の添加により増Toxicol. Sci. 7, 161-166.

加する当該修飾は、MeHg の添加により減少したこと

2) Akiyama M, Unoki T, Yoshida E, Ding Y, Yamakawa

から、RSS からタンパク質のチオール基へと転移した

H, Shinkai Y, Ishii I, Kumagai Y (2020) Repression

サルフェン硫黄が MeHg により奪取されることが示唆

of mercury accumulation and adverse effects ofされた。培地中への Na2S3 又は MeHg の添加によりmethylmercury

曝露を行った SH-SY5Y 細胞を用いて同様の解析を

cystathionine γ-lyase to produce reactive sulfur

行った。その結果、細胞内ポリイオウ化タンパク質のspecies in mouse brain. Toxicol. Lett. 330, 128-133.

蛍光染色強度は Na2S3 曝露により増加した一方、

3) Fujimura M, Usuki F, Unoki T (2020) Decreased
thiol

exposureisantioxidant

mediated

MeHg 曝露による明確な減少は認められなかった。しplasmaかし被ポリイオウ化修飾が報告されている GAPDH を

neurologicalウェスタンブロットにより検出したところ、MeHg 曝露細intoxication model. Food Chem. Toxicol. 146,

胞についてそのポリイオウ化の減少が確認された。こ111810.

signs

in

a

capacitybyrat

precedesmethylmercuryのことは MeHg によりサルフェン硫黄を奪取されるポリ

4) Unoki T, Akiyama M, Shinkai Y, Kumagai Y,

イオウ化タンパク質には特異性が存在する可能性を

Fujimura M (2022) Spatio-temporal distribution of

示唆するものの、さらなる解析が必要である。

reactive

sulfurspeciesduringmethylmercury

exposure in the rat brain. J. Toxicol. Sci. 47, 31-37.

本課題に関連し、活性イオウ分子を含めサルフェン硫黄を介した MeHg からの生体防御機構について得られた知見をとりまとめ、論文発表及び学会発表を［研究期間の学会発表］

行った（論文発表 4、学会発表 3, 4）。また、共同研究と

1) 鵜木隆光, 秋山雅博, 新開泰弘, 熊谷嘉人, 藤

して RSS の細胞内量調整機構とその破綻による細胞

村成剛: 活性イオウ分子を介した新電子ストレス防死の誘導を明らかとした。即ち、RSS は高い求核性か

御. 第 47 回日本毒性学会学術年会, Web 開催,

ら MeHg 等環境中親電子物質による毒性の防御に寄2020. 7.

与する一方、過剰な RSS はトランスポーターを介して

2) 鵜木隆光, 秋山雅博, 熊谷嘉人, 藤村成剛: 活

細胞外へと排出され、その細胞内量が厳密に制御さ性イオウ分子の脳内分布とメチル水銀感受性の連れることでレドックスバランスの恒常性が維持されるこ関. 生命金属に関する合同年会 2020, Web 開催,とが示唆された。

2020. 11.
3) 鵜木隆光, 秋山雅博, 新開泰弘, 石井功, 熊谷
嘉人: RSS 産生酵素 CSE はマウスへのメチル水銀［備考］
本研究の一部は日本学術振興会 科学研究費助曝露による脳中水銀蓄積と中毒症状を抑制する.

成事業において基盤研究（C）（研究課題名：メチル

第 48 回日本毒性学会学術年会, 神戸/Web ハイ

水銀によるレドックス制御因子の変動を起点とした神

ブリッド開催, 2021. 7.

経機能変化の素過程解明, 2021-2023 年度）及び若4) 鵜木隆光, 秋山雅博, 新開泰弘, 石井功, 熊谷

手研究 （課題名：活性イオウ分子に着目したメチル

嘉人: RSS 産生酵素 CSE はマウスへのメチル水

水銀の選択的細胞傷害に関する研究, 2019-2021 年

銀曝露による脳中水銀蓄積と中毒症状を抑制する.

度）に採択され、研究費を得ている。

フォーラム 2021 衛生薬学・環境トキシコロジー,
Web 開催, 2021. 9.

［研究期間の論文発表］
1) Akiyama M, Unoki T, Kumagai Y (2020) Combined［文献］

exposure to environmental electrophiles enhances

1) Yoshida E, Toyama T, Shinkai Y, Sawa T, Akaike T,

cytotoxicity and consumption of persulfide. Fundam.

Kumagai Y (2011) Detoxification of Methylmercury- 24 -

byHydrogenSulfide-Producing

Enzymein

Nishiyama K, Shinkai Y, Numaga-Tomita T,

Mammalian Cells. Chem. Res. Toxicol., 24, 1633-

Yamazaki D, Kanda Y, Akaike T, Kumagai Y,

1635.

Nishida M (2019) Depolysulfidation of Drp1

2) Ida T, Sawa T, Ihara H, Tsuchiya Y, Watanabe Y,

induced by low-dose methylmercury exposure

Kumagai Y, Suematsu M, Motohashi H, Fujii S,

increases cardiac vulnerability to hemodynamic

Matsunaga T, Yamamoto M, Ono K, Devarie-Baez

overload. Sci. Signal., 12, 587.

NO, Xian M, Fukuto JM, Akaike T (2014) Reactive
cysteine persulfides and S-polythiolation regulateoxidative stress and redox signaling. Proc. Natl.
Acad. Sci. USA, 111, 7606-7611.
3) Abiko Y, Yoshida E, Ishii I, Fukuto JM, Akaike T,
Kumagai Y (2015) Involvement of Reactive
Persulfides in Biological Bismethylmercury Sulfide
Formation. Chem. Res. Toxicol., 28, 1301-1306.
4) Akiyama M, Unoki T, Shinkai Y, Ishii I, Ida T,
Akaike T, Yamamoto M, Kumagai Y (2019)
Environmental electrophile-mediated toxicity inmice lacking Nrf2, CSE, or both. Environ. Health
Perspect., 127, 67002.
5) Unoki T, Akiyama M, Kumagai Y (2020) Nrf2
Activation and Its Coordination with the Protective
Defense Systems in Response to Electrophilic Stress.
Int. J. Mol. Sci., 21, 545.
6) Akaike T, Ida T, Wei FY, Nishida M, Kumagai Y,
Alam MM, Ihara H, Sawa T, Matsunaga T,
Kasamatsu S, Nishimura A, Morita M, Tomizawa K,
Nishimura A, Watanabe S, Inaba K, Shima H,
Tanuma N, Jung M, Fujii S, Watanabe Y, Ohmuraya
M, Nagy P, Feelisch M, Fukuto JM, Motohashi H(2017) Cysteinyl-tRNA synthetase governs cysteine
polysulfidation and mitochondrial bioenergetics. Nat.
Commun., 8, 1177.
7) Dóka É, Ida T, Dagnell M, Abiko Y, Luong NC,
Balog N, Takata T, Espinosa B, Nishimura A, Cheng
Q, Funato Y, Miki H, Fukuto JM, Prigge JR, Schmidt
EE, Arnér ESJ, Kumagai Y, Akaike T, Nagy P (2020)
Control of protein function through oxidation andreduction of persulfidated states. Sci. Adv., 6,
eaax8358.
8) Nishimura A, Shimoda K, Tanaka T, Toyama T,- 25 -

■病態メカニズムグループ（基盤研究）[4]メチル水銀毒性センサーの開発と毒性機序の解析 （RS-21-03）
Development of sensor for methylmercury toxicity and research on the mechanism of
methylmercury neurotoxicity
MeHg の毒性機序は、酸化ストレス傷害をトリガーと［主任研究者］
住岡暁夫（基礎研究部）する。しかし、酸化ストレス傷害の作用は多岐にわた研究の総括、実験全般の実施

るため、MeHg 曝露が中枢神経系で神経細胞死をもたらす経路や、MeHg の病変部位の特異性を説明す
る分子メカニズムなど、未だ不明な点が多い (図 1)。

［共同研究者］
藤村成剛（基礎研究部）
研究全般に対する助言とサポート
［区分］
基盤研究
［重点項目］
メチル水銀曝露の健康影響評価と治療への発展［グループ］
病態メカニズム

図 1. MeHg の毒性経路の概念図［研究期間］

脳内の MeHg はセレノプロテインに作用し、酸化ストレス2020 年度－2024 年度（5 ヶ年）を誘導し、様々な過程を経て神経細胞死を引き起こす。

［キーワード］メチル水銀(Methylmercury)、シナプス(Synapse)、
軸索(Axon)、生体イメージング(Bioimaging)

し、動物実験において MeHg の作用には個体差があ

メチル水銀（MeHg）の曝露は神経細胞死を引き起こすが、脳組織内での細胞特異性や発達時期による違いを担うメカニズムは不明である。しかし、個体へのMeHg 曝露実験では、MeHg が脳に到達し神経細胞死にいたるまでの時期を捉え解析を行うことは困難である。そこで、MeHg 毒性のセンサーベクターを開発し、毒性を可視化するとともに、MeHg による神経細［背景］

るにあたり、MeHg が脳に移行してから神経細胞死にいたるまでの適切な時期に観察する必要がある。しか［研究課題の概要］

胞への障害作用を検証する。

MeHg 曝露が神経細胞死をもたらす経路を解析す

り、MeHg の脳への移行は採取した組織中の Hg 量を測定し評価するため、煩雑な手間と時間的・空間的分解能の低さが問題になる。そこで、MeHg によるセレノシステインの翻訳障害 1）を利用して、MeHg による障害を可視化するセンサーベクターを開発する。
脳の高次機能は神経回路網による情報伝達で維持されている。この情報伝達は、軸索と神経細胞間を繋ぐシナプスで行われる。そこで、MeHg による神経細胞への毒性の解析にあたって、神経細胞の機能を担うシナプスと軸索に注目して解析を行う。

- 26 -

興奮毒性によるシナプスの異常は酸化ストレスとのする軸索タンパク質の異常を観察することで、MeHg

2)による神経機能障害への知見が得られると期待でき関連性が報告されている。興味深いことに、興奮毒性の主要な因子であるグルタミン酸受容体は、サブる。

ユニット毎に特異的な脳内の発現分布・発生時期を示し 3)ており、MeHg の細胞選択性と関連する可能性［年次計画概要］

がある。そこで、MeHg によるシナプスの興奮毒性経

1. 2021 年度

路への作用を検証する。

2020 年度までの計画で、MeHg 依存的に蛍光シグナルを増大させる毒性センサーKrab-U/Luc を開発した。（図 1）。センサーベクターの機能評価と、毒性センサーマウス作成のための準備を進める。センサー
ベクターの機能評価では、他の毒性センサーベクタ
ーとの比較や、他の毒物曝露時のセンサーベクターの反応性の評価を行う。毒性センサーマウス作成のための準備では、現在の転写因子とルシフェラーゼ
発現の２つのベクターから、マウス作成のための選択
遺伝子を含む 1 ベクターへの統合や、小脳顆粒細胞
での遺伝子発現系で MeHg への反応性を評価する。

神経細胞内で情報伝達を担う軸索のマーカータン
パク質として微小管重合タンパク質 Tau が知られている。Tau の病変は ALS やアルツハイマー病などの様々な神経変性疾患の原因と考えられている。興味深いことに、MeHg は微小管の重合を阻害し、マウスへの MeHg 曝露は Tau 蛋白質のリン酸化修飾の増大を引き起こす 4-5）。そこで、MeHg による軸索のタンパ
ク質への作用を検証する。
本計画は 2018-2019 年度に実施した「メチル水銀
による中枢神経系における後期毒性機序の研究」で提案した研究案から、成果の得られた計画を中心に発展させた継続課題である。
［目的］
MeHg の細胞選択性や発達時期依存性のメカニズ
ムを明らかにしたい。その際に適切な解析時期を把図 1 MeHg 毒性センサーKarb-U/Luc

握する必要があり、この問題を解決するため MeHg 毒平常時は転写抑制因子 Krab によって Luc 遺伝子の発現は性のセンサーベクターを開発する。並びに、神経細抑制される。MeHg への曝露でセレノシステインの挿入が障胞の情報伝達を担うシナプスと軸索に注目し、MeHg

害を受け Krab が欠損し、Luc 遺伝子の発現が誘導される。

の神経細胞への毒性機序を研究する。
2020 年度までの計画で、軸索に注目した研究では軸索のマーカー蛋白質 Tau の毒性評価系を確立した［期待される成果］
MeHg 毒性のセンサーベクターの開発によって、こので、MeHg や他の酸化剤の毒性誘導能を評価する。

れまで困難であった細胞やマウスの生体を用いたリシナプスに注目した研究では、小脳顆粒細胞を用いアルタイムの MeHg 障害の観察が可能になる。このセた実験で MeHg への曝露によって興奮性シナプスへ

ンサーベクターを利用した MeHg 毒性の可視化マウの AMPA 型グルタミン酸受容体の異常な蓄積が観察

スによって、神経細胞死へ至るまでのメカニズムの理されたのでこのメカニズムを解析する。

解とこれまで見落とされていた障害の発見などが期［2021 年度の研究実施成果］

待できる。
MeHg と神経細胞の興奮毒性の主要な因子である

1. メチル水銀毒性のセンサーベクターの開発に関す

グルタミン酸受容体のサブユニット発現との関連を明る研究らかにすることで、MeHg の選択的神経傷害メカニズ

昨年度までに MeHg の毒性センサーKrab-U/Luc

ムへの知見が得られる。そして、Tau 蛋白質を代表とを開発した。センサーベクターを遺伝子導入した細胞- 27 -

へ MeHg の投与量と時間をふったところ、高い直線的して、小脳顆粒細胞の初代培養モデルでセンサーベ

な用量依存性と曝露時間依存性が確認できた（図 2）。

クターを遺伝子導入し、MeHg に対する反応性を確センサーの機能評価では、ER ストレスセンサー・酸化

認した。センサーマウスの作成に必要な 1 ベクター化

ストレスセンサーと比較し、既存のセンサーに比べてでは、作成したベクターの培養細胞での発現系でKrab-U/Luc で強いシグナルとバック比が示された。ま

MeHg への反応性が失われていた。原因を調査した

た、他の毒性物質として、tunicamycin (ER ストレス)、

ところ、1 ベクターによる発現系では、Krab （転写抑H2O2 、DEM、4-HNE、PGJ2 (酸化剤)、Mn2+ 、Pb2+ 、制因子）の発現の顕著な抑制が観察された。さらに、

2+

2+

Co 、Cd(金属イオン)と比較し、Krab-U/Luc が欠損変異体を利用した検証から、Luciferase の発現

MeHg で特異的なシグナルをしめすことを確認し、制御用に使用した Tre と Krab によるオフターゲット抑MeHg の毒性センサーとして正しく機能することが明制であることが分かった。対策として、オフターゲット

らかになった。

抑制の阻害または利用、別のセンサーベクターの設計を試み、新たなセンサーベクターの作成に成功した。以上の通り、今後の MeHg 毒性センサーマウス作
成に筋道をつけた。
2. メチル水銀による神経細胞の興奮毒性経路に対する作用に関する研究2020 年度までの計画で、軸索に注目した研究では軸索のマーカー蛋白質 Tau の毒性評価系を確立した。
そこで、MeHg や他の酸化剤による毒性誘導能を検証したところ、酸化剤 DEM は Tau 依存的な毒性を誘

図 2 Krab-U/Luc の MeHg 投与量依存性

導したが、MeHg による毒性誘導は観察されなかった。

MeHg への曝露量をふったところ、Krab-U/Luc
は直線的なシグナル増大を示した。

この結果は、MeHg の求電子性の高さと矛盾するのもので、MeHｇの標的特異性を示唆している。そこで、
酸化ストレス応答因子である Nrf2/keap1 経路の keap1

Luc. activity
30000000

変異体を用いて MeHg の標的特異性を検証したところ、既存の酸化剤に分類されない特異性が観察され20000000

た。以上の通り、MeHg の細胞特異性を担うメカニズ
ムにつながると期待できる知見が得られた。

10000000

シナプスに注目した研究では、2020 年度までの計
画で、小脳顆粒細胞を用いた実験で MeHg への曝露

0MeHg (-) MeHg (+)

によって興奮性シナプスへの AMPA 型グルタミン酸

Krab-Sec / Luc

受容体の異常な蓄積が観察された。本年度の研究で

図 3 Krab-U/Luc と ERAI-Luc の比較

は、MeHg の投与実験から、グルタミン酸受容体の異培養細胞系で、Krab-U/Luc センサーと小胞体ストレスセンサーERAI-Luc を比較した。既存のセンサーと比べて十分なシグナル強度とバック比が Krab-U/Luc で観察された常な蓄積には、グルタミン酸シグナルは関与しないこ

MeHg の毒性センサーマウス作成のための準備ととの比較から成熟化したシナプスで異常な蓄積が起と、シナプス足場タンパク質の発現増大が観察されることなどを明らかにし、メカニズムの一部を解明した。
また、さらに神経細胞を常時活性化する High K+培養
こること、MeHg 投与後の回復実験から受容体の異常- 28 -

な蓄積後細胞死に至ること、などを観察し、病理学的networks in mouse glioma cells and in vitro tubulin

な意義を明らかにした。

polymerization.

Toxicology

Pharmacology 73, 218-231.
［備考］
なし［研究期間の論文発表］なし［研究期間の学会発表］
1） Sumioka A, Fujimura M and Usuki F (2021)
Development of sensors for methylmercury toxicity.
Annual meeting of JSOT, online2） 住岡暁夫, 藤村成剛 (2021) メチル水銀毒性センサーの開発. メチル水銀研究ミーティング, オンラ
イン［文献］
1) Usuki F, Yamashita A, and Fujimura M. (2011) Posttranscriptional defects of antioxidant selenoenzymes
cause

oxidative

stressunder

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2) Bondy S C, and LeBel C P. (1993) The relationshipbetween excitotoxicity and oxidative stress in thecentral nervous system. Free Radic Biol Med. 14,
633-642. Review.
3) Tomita S, Chen L, Kawasaki Y, Petralia R S,
Wenthold R J, Nicoll R A and Bredt D S. (2003)
Functional Studies and Distribution Define a Familyof Transmembrane Ampa Receptor Regulatory
Proteins. Journal of Cell Biology 161, 805-816.
4) Fujimura M, Usuki F, Sawada M and Takashima A(2009) Methylmercury Induces Neuropathological
Changes with Tau Hyperphosphorylation Mainly
through the Activation of the C-Jun-N-Terminal
Kinase Pathway in the Cerebral Cortex, but Not intheHippocampus

of

the

Mouse

Brain.

Neurotoxicology 30, 1000-1007.
5) Miura K, Inokawa M, and Imura N (1984) Effects ofmethylmercury and some metal ions on microtubule- 29 -

andApplied