OECDでの議論はAdverse Outcome Pathways と環境モニタリング：
化学物質曝露からハザード予測へ
In vitro試験の適用

井口泰泉
自然科学研究機構・基礎生物学研究所・
岡崎統合バイオサイエンスセンター

Introductionp,p’-DDE

DDTは感受性の高い鳥類の集団を減少させた。ハクトウワシやペリカンなど。
野生生物の環境毒性学分野では良く知られた例
化学物質の環境影響に対応する大きな動機付けとなり、EPAのミッションの一つでもあるRegulatory Toxicologyの中心課題
ヒトの健康や野生生物集団への影響が出る前に同じような影響を及ぼす可能性のある物質をどのように見出せば良いか

従来の毒性学
鳥類生殖試験
Avian reproduction study(OPPTS 850.2300; OECD 206)$>250,000>30 weeks to performもしも、化学物質が悪影響を及ぼす過程を理解し、悪影響に向かう、悪影響に関連した生物学的応答・活性がわかれば、ハザードの証明やリスクに基づいた決定に新たなデータを利用する可能性が生まれる
プロスタグランジン
合成酵素の阻害(cox-1 or 2 andperoxidase)

ToxRefDB

eggshell glandmucosaでのプロ
スタグランジン
E2 濃度の低下

gap

shell-gland
lumenへの2+
Ca および HCO3
輸送の阻害

卵殻の厚み
の減少

ToxCastHigh throughput toxicology
300 Chemicals• > 600 in vitro assays• days• ≈ $ 20,000

1

卵殻の破損
繁殖ができない

“毒性試験を動物試験からin vitro試験に変え、できればヒト由来の細胞、細胞株あるいは細胞のコンポーネントを用いて生物学的な変化を明らかにする”“予測可能な、ハイスループットを用いる”“複数の試験を組み合わせて、単なる影響だけでな
く、毒性影響に関連するクリテイカルなエンドポンにつながるメカニズムを評価する”

EU: 動物愛護の観点から動物実験反対（魚類から）
In vivo から In vitro へ

5

ToxCast> 600 assays, >2000 chemicals,

Introduction

Introduction

21世紀の毒性試験

早く、金をかけないで効率的にpathway-basedなデータを出す
数千物質の活性を数百のpathwaysにまとめる

ToxCast

一般に使われている物質の大半は10年で試験可能と思われる
1

Example
So What?

•Can we expect
this perturbation
lead to an adverse
outcome?

AOPは概念的な枠組みであり、リスク評価に関連させるために生物レベルで分かっているMolecular initiating event とadverse outcomeを、直接関連させてあらわしてみる取り組み (Ankley et al. 2010, Environ. Toxicol. Chem., 29: 730-741.)
毒性物質
化学物資の
物性

高分子間
相互作用

細胞応答

器官応答

個体の応答

集団の応答

受容体・リガンド
相互作用

遺伝子の活
性化

生理的変化

死亡

組織構造

DNA への結合タンパク産生

ホメオスタシスのかく乱

発生異常

Recruitment

タンパクの酸化シグナルの変化

組織・発生・機能
の変化

生殖の低下

絶滅

• 何が分かっているかの理解が可能• この知見を使ってリスクに基づいた決定をサポートできるExample
プロスタグランジン
合成酵素の阻害(cox-1 or 2 andperoxidase)

eggshell glandmucosaでのプロ
スタグランジン
E2 濃度の低下

gap

shell-gland
lumenへの2+
Ca および HCO3
輸送の阻害

Ah-ha

卵殻の厚み
の減少

卵殻の破損
繁殖ができないExample
Introduction
プロスタグラン
ジン合成酵素の阻害(cox-1 or 2 andperoxidase)

eggshell glandmucosaでのプロ
スタグランジンE2
濃度の低下

gap

shell-gland
lumenへのCa2+ および HCO3
輸送の阻害

卵殻の厚み
の減少

卵殻の破損
繁殖ができない•代替試験: 毒性試験で、迅速に測定でき、より安価なエンドポイント。
•バイオマーカー: 野生生物で測定できるバイオマーカー ― 初期の警告あるいは診断に利用。
•悪影響の強さ、定量的な予測の確からしさに使えるか。

•診断の可能性: 観察された生物応答からの因果関係 － 原因物質やその排出源にさかのぼる。

分類群: このAOPはどこまでの種に応用できるか?
Introduction
モデル動物の、どのエンドポイントやキーイベントのデータ
が野生生物に使えるか？
プロスタグラン
ジン合成酵素の阻害(cox-1 or 2 andperoxidase)

eggshell glandmucosaでのプロ
スタグランジンE2
濃度の低下

Example
Introduction•ハイスループットスクリーニングは作用メカニズムデータを出すだけではない。
•毒性学では毒性の背景となるメカニズムを数十年研究している。

•文献では多くのメカニズムデータが報告されていおり、規制にも利用されている。
•Biomarkers•Omics•QSAR and Read-Across•High content imaging•In vitro•代替モデル動物 (e.g., ゼブラフィッシュ, ショウジョウバエ, センチュウ)

Introduction
ExampleAnalytesdetected
環境水
のサン
プル

STITCH
CTD

extract

予測された物質/
遺伝子/物質・パスウエイ /相互作用のネットワーク

Toxcast/Tox21
extract•ハザードの予測•分類群の妥当性•モニタリングするエンド
ポイントの妥当性
AOP Knowledge-base(aopkb.org)

21 世紀の 規制のための判断
Example
データはある….
科学論文の全てを網羅したライブラリーが入手可能

21世紀のチャレンジ….

それらのデータおよび既存知見を、規制の判断にどのように有効に利用するか?

AOPs はその解決に利用可能

Example
AOP Concept in Ecotoxicology
1992
Mid 90s

SETAC Pellston workshop on biomarkers – identified need for linkages
across levels of organization to support use of biomarkers in ERA.
Schmieder, Bradbury, Veith, others in ecotox community – concept tosupport application of QSARs and biomarkers in ERA.

2004

Bradbury et al. (ES&T Dec. 1, 2004) – publication of the concept as ameans to support greater use of in silico and in vitro approaches in risk
assessment – termed “Toxicity Pathway”

2004

Schmieder et al. (ES&T 38:6333-6342) – published a “toxicity pathway”
linking ER binding to potential population-level consequences.

2007

NRC report on Toxicity Testing in the 21st Century – advocated paradigm
similar to Bradbury et al – defined “toxicity pathway” as “cellular response
pathways that, when sufficiently perturbed, are expected to result in adverse health effects”

2009,
2010

Use of AOP term at McKim conferences – introduction of AOP terminology into
OECD QSAR tool-box discussions

2010

MED working group published definition of “Adverse
Outcome Pathways”, describe application in Ecotox andEcological Risk Assessment. ET&C 2010.

Example
Regulatory
Application
最近まで, AOP 開発は限定的であった

プロスタグランジン
合成酵素の阻害(cox-1 or 2 andperoxidase)

eggshell glandmucosaでのプロ
スタグランジン
E2 濃度の低下

gap

shell-gland
lumenへの2+
Ca および HCO3
輸送の阻害

卵殻の厚み
の減少

卵殻の破損
繁殖ができない•どのようすれば、規制判断を支持するために、選択した関連が正しく・正当化できるか？
•生物学的/毒性学的に応用できるドメインは？
•分類群, 発達段階, 標的器官, 曝露経路
•どのようにしたら組織的に透明性を持って表すことができるか？

AOP and MOA
AOPの原理• AOP : 特定の悪影響につながる生物学的な変動で、それがどのように起こるかをあらわす。
• MOA : 既存のデータにより、このAOPが特定の物質と関連することを示す。
• AOPの中のKEs は、測定できるエンドポイントであり、その物質によってAOPが引き起こされることを確証するために使用される。
• MOA の解析により、特定のAOPsがと特定の物質の関連が証明できる
ので、別の物質が同じような生物学的な変動を起こす場合には全てのKEの解析をすることなく、そのAOPが応用できる。

Principles of AOP Development
AOPs は化学物質特異的なものではない• 特定の1物質の影響を表示すのではない。
• 設定したMIEをひきおこし、その後に生物学的な悪影響を及ぼすことにつながる全ての物質にあてはまるものであること。
• AOPをあらわすには物質特異的な情報は必要ない。
• Applying those motifs in a predictive context requires understanding chemical-specificproperties (e.g., potency, ADME) that dictate the magnitude and duration of perturbation
at the MIE.

Volz et al. 2011. Toxicol. Sci. 123: 349-358
Russom et al. 2014. Environ. Toxicol. Chem. 33: 2157-2169

Principles of AOP Development

AOPs はモジュール

Key Events(KEs)•観察/確証•観察できる生物応答 (定量可)•必須 (十分でなくても良い)•説明・解釈•観察/測定方法•動物分類への応用

Building an AOP•Molecular initiating event (MIE) –物質との相互作用を示す、
生物体内での最初の特異的な分子的なキーイベントで悪影響につながる、AOPの始まり。

•Adverse Outcome (AO) – 特異的なキーイベントであり、規制に用いる毒性試験でも受け入れられているエンドポイント
で悪影響を表す。

Principles of AOP Development

AOPs はモジュール
Two Primary Building Blocks

Key Event の関連性 (KERs)
Key
event up

Key event
down•Functional unit of inference/extrapolation•Define a directed relationship•State of KEup provides some ability to predict or infer state of KEdown•Supported by plausibility and evidence•Quantitative understandingAssembling Weight of Evidence
Modified BH Considerations

Conclusions

Biological Plausibility

KER は現在の生物学的な理解と一致していること– plausible.
ストレッサーがなくなれば影響は可逆的(e.g., Villeneuve et al. 2009; EHP 117: 624-631)
Dose response ‒ キーイベントは影響と関連する濃度と同じか低い濃度で起こっているか?
Temporality ‒ キーイベントは仮説としてたてた順に観察できるか?
Incidence ‒ 影響が起こる頻度はキーイベントの頻度より低いか?

Essentiality of Key events

Concordance of Empirical
Observations
Consistency

同じパターンの影響は数種の試験生物で見られる (e.g., fatheadminnow, zebrafish, medaka)

Analogy

類似の影響は既知の3種類のアロマターゼ阻害剤で観察される(FAD, LET, PRO)

Adapted from Meek et al. 2014, J. Appl. Toxicol.

プロスタグランジン
合成酵素の阻害(cox-1 or 2 andperoxidase)

eggshell glandmucosaでのプロ
スタグランジン
E2 濃度の低下

Introduction
Exampleshell-gland
gap

lumenへの2+
Ca および HCO3
輸送の阻害

卵殻の厚み
の減少

理由が明らかな、卵殻の薄化を引き起こすことが予測できる一連の物質

卵殻の破損
繁殖ができないPrinciples of AOP Development
AOPs は悪影響を評価するための実用的なユニットで作られている
プロスタグランジン
合成酵素の阻害(cox-1 or 2 andperoxidase)

eggshell glandmucosaでのプロ
スタグランジン
E2 濃度の低下

gap

shell-gland
lumenへの2+
Ca および HCO3
輸送の阻害

卵殻の厚み
の減少

卵殻の破損
繁殖ができない•AOP はMIEから一連のKE (Key Events) を元にAO（Adverse Outcome）に直線的につながる過程•AOP は複雑な生物応答を実用的に単純化している• “リガンド” – 機能的な予測のユニット
One set of directions from point A to point B,
not the map of all possible routes

Principles of AOP Development
実際の応用では, AOP のネットワークは予測のための機能的なユニット

複数のAOPsでKey events が共通
KERs は複数のAOPsで共通
AR

アゴニズム

アロマターゼ阻害

CYP17,CYP11A
阻害

ER
アンタゴニズム

視床下部
神経(-) Feedback

蕎膜細胞/
顆粒膜細胞
T & E2
合成低下

顆粒膜細胞
E2
合成低下

蕎膜細胞/
顆粒膜細胞
T & E2 合成低下

血中
E2減少

血中
E2減少

血中
E2減少

肝細胞
VTG
産生低下

卵巣
卵の
発達障害

メス
排卵・産卵数の減少

肝細胞
VTG
産生低下

卵巣
卵の
発達障害

メス
排卵・産卵数の減少

肝細胞
VTG
産生低下

卵巣
卵の
発達障害

メス
排卵・産卵数の減少

肝細胞
VTG
産生低下

卵巣
卵の
発達障害

メス
排卵・産卵数の減少

集団
減少

集団
減少

集団
減少

集団
減少

Principles of AOP Development

より実際的には, AOP のネットワークは予測のための機能的なユニット

AR

アゴニズム

アロマターゼ阻害

視床下部
神経(-) Feedback

顆粒膜細胞
E2
合成低下

血中
E2減少

肝細胞
VTG
産生低下

卵巣
卵の
発達障害

メス
排卵・産卵数減少

集団減少

CYP17,CYP11A
阻害

ER
アンタゴニズム•AOPsのモジュールを作成することで、相互作用の複雑さが表せるようになる•AOPs はシステム生物学に合致

Principles of AOP Development

より実際的には, AOP のネットワークは予測のための機能的なユニット
Chemicals with multiple
biological activities

Exposure to multiple chemicals

AOPs は単一の物質ではなく、相互作用を見ている

DiuronImidacloprid
LinuronTerbuthylazine
2,4-D
MCPP
Propachlor ESA
Butalbital
Diclofenac
Furosemide
Gemfibrozil
Ibuprofen
Naproxen
Phenobarbital
Phenytoin
Sulfamethoxazole
Triclosan
Acebutolol
Albuterol
Amitriptyline

Principles of AOP Development

5. AOPs は生きた文書である•AOPs は既存の知見をまとめている•生物の観察手法の進歩により:•KEsの新たな可能性•KEs の測定がより精緻で正確になる•新たな実験結果が報告されるにつれて:•KERsを支持する証拠の重みがより大きくなる•新たなAOPs やAOP ネットワークの枝が見つかる•“完璧な AOP”を目指しているのではない•応用して見て使えるか、使えないかだけ

AOP-KB
Need foran AOP-KB

https://aopkb.org/
AOPs must be accessible
AOPs are modular•KEs and KERs are shared by multiple AOPs
•No need to re-write the same descriptions over and over•Reusability (best practices)

AOPs are living documents•KE and KER descriptions can be expected to evolve over time
•As descriptions are updated and expanded – all AOP descriptions
they link to update automatically•AOP networks for prediction•Entry of structured information in KB allows for de-facto
assembly of AOP networks.

AOPs と環境モニタリング
環境モニタリングに使うにはどうするか？
Toxcast, Tox21, HTS, pathway-based approaches はそれぞれが新しい化学物
質評価手法である
考え方としては環境モニタリングには、全てが同じ価値をもつ

環境中の複合物質をどのように評価するか
Key questions:(1) 問題の場所にどんな汚染物質があるか？

(2) それらの汚染物質とどのようなハザードが関連しているか？
(3) 曝露されいる集団で、そのハザードが起きているという証拠はあるか？
(4) 観察されている影響が、どの汚染物質（群）で引き起こされているらしいか？

Exposure to multiple chemicals

DiuronImidacloprid
LinuronTerbuthylazine
2,4-D
MCPP
Propachlor ESA
Butalbital
Diclofenac
Furosemide
Gemfibrozil
Ibuprofen
Naproxen
Phenobarbital
Phenytoin
SulfamethoxazoeTriclosan
Acebutolol
Albuterol
Amitriptyline

Case Study(1) 懸念される調査地点にはどんな汚染物質が検出されるか？

Chemical (µg/L)
1,4-Dichlorobenzene
1-Methylnaphthalene
2,6-Dimethylnaphthalene
2-Methylnaphthalene
3,4-Dichlorophenyl isocyanate
4-Nonylphenol diethoxylate (NP2EO)
4-Nonylphenol monoethoxylate (NP1EO)
4-tert-Octylphenol
4-tert-Octylphenol diethoxylate (OP1EO)
4-tert-Octylphenol monoethoxylate (OP2EO)
Acetophenone
Anthracene
Anthraquinone
Benzophenone
beta-Sitosterolbis(2-ethylhexyl) Phthalate
Bisphenol A
Caffeine
Camphor
Cholesterol
Cotinine
Diethyl phthalate
Fluoranthene
Isophorone
Menthol

Erie
Pier
<0.08
0.01
0.01
0.01
0.02
0.2
<1.6
<0.4
<0.2
<0.6
<0.4
0.0032
<0.04
0.06
0.3
<2
0.07
0.03
0.03
0.3
0.03
0.7
0.01
0.008
<0.32

WLSSD
Proximal
0.02
0.02
<0.04
0.03
0.04
1.1
0.28
0.1
0.2
0.1
0.3
<0.02
0.04
0.19
<4.8
<2
0.62
0.62
<0.08
0.4
0.18
0.7
<0.02
0.068
0.23

WLSSD
Distal
<0.08
0.02
<0.04
0.03
0.02
1.7
<1.6
<0.4
0.1
<0.6
0.3
<0.02
<0.04
0.11
0.9
<2
2.75
0.25
<0.08
0.6
<0.08
<0.4
<0.02
0.059
<0.32

Rice’s
Point
<0.08
0.02
<0.04
0.03
<0.32
<1.6
<1.6
<0.4
<0.2
<0.6
<0.4
<0.02
<0.04
<0.08
0.6
1
0.03
0.04
<0.08
0.6
<0.08
<0.4
<0.02
<0.050<0.32

４日間コンポジットサンプルの化学分析とケージに入れた魚の分析
約 150 物質の分析• 下水処理水中の指標物質• ステロイドホルモン• 医薬品

新規汚染物質からの挑戦• 懸念される新たな汚染物質• 農薬• 身の回りの製品 Personal care products• 医薬品• 工業物質• 毒性データが限られているか全く無い物質が環境に出ている• ほとんどの評価は毒性であり、作用機序特異的
慢性毒性や亜致死作用ではない

35

生物影響予測:

水の
サンプル

被検出物質

extract

STITCHCTD

これらの汚染物質はどんなハザードと関連しているか？

物質－遺伝子/物質－パスウエイ関連ネットワークの予測

AOP Knowledge-base(aopkb.org)

PFCs•ハザードの予測•生物分類群との関連性•モニタりングのエンドポイント

生物影響予測

アンドロゲン
受容体
アゴニズム

視床下部神
経
(-) フィード
バック

莢膜/
顆粒膜細胞
T & E2
合成の減少

血中
E2
濃度の低
下

肝細胞
VTG
産生低下

卵巣
卵細胞発
達障害

メス
産卵数・
排卵の低下

Population
減少

1.12
Adverse outcome pathways linking aromatase inhibition, androgen
receptor agonism, estrogen receptor antagonism, or steroidogenesis
inhibition, to impaired reproduction in small repeat-spawning fish species.
Dan Villeneuve, US EPA
Androgen receptor antagonism leading to adverse effects in the male foetus (mammals)
Androgen receptor antagonism leading to reproductive dysfunction (not completed)
Androgen receptor agonism leading to reproductive dysfunction
Aromatase inhibition leading to reproductive dysfunction (in fish)
Estrogen receptor agonism leading to reproductive dysfunction (still in progress)
Estrogen receptor antagonism leading to reproductive dysfunction
Taisen Iguchi (NIBB, Japan), Tom Knudsen (USEPA), Bette Meek (U. Ottawa, Canada)833877 AR antagonism leading to foetal feminisation
Androgen receptor antagonism leading to adverse effects in the male foetus (mammals)Life Stage Applicability
Sex Applicability
Wntinhibitor(Dkk2 etc.)

Male

FoetalMale

Wnt/cateninmaleAndrogenConstitutive
active-catenin

FemaleWnt
inhibitor(Dkk2 etc.)

genetic
femaleWnt/catenin

Miyagawa et al., Mol. Endocrinol., 2009.

fem
ale

AOP: 23 – アンドロゲン受容体アゴニストによる生殖機能障害
AR agonism leading to reproductive dysfunction
分子

細胞

組織

17βトレンボロン(trb-acetate)AR
結合

視床下部-下垂体系の負のフィードバック

Ankley et al. 2003 ET&C 22:1350-1360

器官

器官系

個体

ステロイド産生およびビテロゲ
ニン産生の低下

産卵数の
低下

集団

生態系
集団の個
体数の
減少曲線

What evidence exists that these hazards are occurringin exposed populations?

AOP: 23 アンドロゲン曝露影響
Phenotypic Marker of Androgen Exposure
曝露された集団にどんな悪影響が及んでいる証拠はあるか？
17βトレンボロン(trb-acetate)AR
結合

AR-依存性の体細胞増殖

Ankley et al. 2003 ET&C 22:1350-1360

メスでの結節および脂肪体形成Androgen receptor agonism leading to reproductive dysfunction
Life Stage

Adult, reproductively mature
Taxonomic applicability
Need to add
Sex applicability
FemaleAromatase inhibition leading to reproductive dysfunction (in fish)
Life Stage Applicability
Adult reproductively mature

Sex applicability
FemaleEvidence
StrongTaxonomic Applicability

Name

Scientific Name

Evidence

MedakaOryzias latipes

Moderate

Zebrafish

Danio rerio

Moderate

Fathead minnow

Pimephales promelas

Strong

Estrogen receptor antagonism leading to reproductive dysfunction
Life stage applicability
Adult, reproductively mature(strong evidence)
Sex applicability
Female (strong evidence)Estrogen receptor antagonism leading to reproductive dysfunction
Key Events
Event
Cumulative fecundity and spawning, Reduction
Plasma VTG concentrations, Reduction
Transcription and translation of VTG in liver, Reduction
VTG uptake into oocytes and oocyte growth/development, Reduction
Adverse Outcome
Population trajectory, Decrease

Support for Essentiality

何を見逃しているか？

Tang JYM, McCarty S, Glenn E, Neale PA, Warne
MS, Escher BI. 2013. Water Res. 47: 3300-3314

一般的に、影響に基づいたモニタりングは生物活性のうちの比較的見やすいものだけを評価してきたに過ぎない:• エストロゲン活性• ダイオキシン受容体を介した活性• アンドロゲン活性• 一般細胞毒性• 変異原性• 酸化ストレスBiochemical Assays

ToxCastTM Assays
Cellular Assays(Primarily Human / Rat)••

Protein families– GPCR– NR– Kinase– Phosphatase– Protease– Other enzyme– Ion channel– Transporter
Assay formats– Receptor binding– Enzyme activity– Co-activator recruitment•

Cell lines– HepG2 human hepatoblastoma– A549 human lung carcinoma– HEK 293 human embryonic kidney– T47D human breast carcinoma– PC12 rat neuronal•Primary cells– Human vascular endothelial cells– Human monocytes– Human keratinocytes– Human fibroblasts– Human proximal tubule kidney cells– Human small airway epithelial cells– Rat hepatocytes– Mouse embryonic stem cells~600 Total
Endpoints
Model Organisms••

Zebrafish embryo development •C. elegans growth

Assay formats– Cytotoxicity– Reporter gene
– Gene expression– Protein expression– High-content imaging

47

Attagene (Attagene Inc., Morrisville, NC)
Assay Battery• Factorial cellular biosensor system (HepG2 cell line)• Combined libraries of cis- and trans-regulatedtranscription factor reporter constructs• Multiplexed for simultaneous
evaluation of TF activities• 81 different assay features
evaluated with 160 +measurement endpoints48

生物影響調査
Attagene batteryof Toxcast Assays

水の
サンプ
ル

抽出

“未知”
物質の複合
Complex mixture

AOP Knowledge-base(aopkb.org)
バイオセンサーシステム(HepG2 cell line)
81 種類のアッセイ
160以上のエンドポ
イントの評価•ハザードの予測•生物分類群との関連性•モニタりングのエンドポイント

生物影響調査

調査地点では既知あるいは未知の汚染物質がどんなハザードと関連しているか？

AOPsはパスウエイーに基づいた活性とハザードとの連携
濃度依存性の生物反応に基づいた関連性の予測
標的受容体

細胞

アゴニズム
と
AHR1,
AHR2活性
化

心筋細胞
増加の変
化

器官

胚・稚魚

成魚

心臓奇形

低酸素に
よる発生
異常の増
加

成長不全
と
生殖低下

心臓血管
系異常

ER-mediated Reproductive Impairment AOP
with In vitro assay and QSAR focus areas
QSAR
Focus area

実験データに基づいた関連性の確立
Volz et al. 2011, Toxicol. Sci. 123(2): 349-358

In vitro Assay
Xenobiotic

Focus area

MOLECULARInteractions

CELLULAR
Responses

ERbinding

chg. gene,mRNA,
proteinexpression

曝露された集団でこのようなハザードが起きている
どのような証拠があるのか？
Incr. Toxicological
Understanding

TISSUE/ORGAN
Responses

INDIVIDUAL
Responseschg.
hormones;
induc.VTG;
ova-testischg. 2’ sex;
decr. spawn;
sex reversal

Levels of Biological Organization

POPULATION
Responses

skewedsex ratios;
decr. yr.
class

Incr. Risk Assessment
Relevance

Schmieder et al. – case study; OECD Workshop on using mechanistic information in forming
chemical categories….

生物影響調査

T47D-kBluc
エストロゲン活性in vitro試験 と in vivo試験の結果が合うか？
エストロゲン応答の結果は野外でのin vivo 影響に反映できない.

観察された影響を引き起こしているのはどの汚染物質らしいか？
どのくらいの活性に既知物質あるいは調べた新規物質が関与しているのか？
曝露濃度と作用濃度の両方のファクターが必要

𝐸𝑥𝑝𝑜𝑠𝑢𝑟𝑒 (𝑑𝑜𝑠𝑒 𝑢𝑀)
𝐸𝐴𝑅 (𝑢𝑛𝑖𝑡𝑙𝑒𝑠𝑠) =𝐴𝑐𝑡𝑖𝑣𝑖𝑡𝑦 (𝐴𝐶50 𝑢𝑀)

𝐸𝐴𝑅 𝑚𝑖𝑥 (𝑢𝑛𝑖𝑡𝑙𝑒𝑠𝑠) =𝐸𝑥𝑝𝑜𝑠𝑢𝑟𝑒 (𝑑𝑜𝑠𝑒 𝑢𝑀)
𝐴𝑐𝑡𝑖𝑣𝑖𝑡𝑦 (𝐴𝐶50 𝑢𝑀)
Becker et al. 2015, Regulat. Toxicol. Pharmacol. 398-408.

ハイスループットによる毒性評価
High Throughput Toxicology
数千物質を百程
度のパスウエイに基づいたアッセイ
で評価
濃度反応のデータ

Thousands ofchemicalscharacterized in
100s of pathwaybased bioassays.
Concentrationresponse data.

Organisms
exposed in situ
Unsupervised,‘omics’ endpoints

Site assessment
workflow

Surveillance

In vitro analysis surface
water samples/extracts
High content
screening(e.g., ToxCast)

Evidence of pathway
perturbation
Adverse outcome
pathway
.006

.004

.002

0

-.002

5

Arbitrary Y / Arbitrary X
File # 1 = 05_CONTROLR

4

3

2

1

Overlay Y-Zoom SCROLL
Res=None

Supervised
endpoints anchored
to AOP

Hazard prediction

Hazard verification
Corrective action
Monitoring

Supervised
endpoints anchored
to AOP

Verification of hazard
reduction

Supervised in vitro
screening

まとめ
AOP-KB
Need foran AOP-KB
AOPは知見を元に、曝露から悪影響までのパスウエイを繋ぐ体系的なフレームワークである。
AOP knowledge-base は、透明性のあるAOP情報蓄積の中心となり、アクセス・検索可能
で、体系的に組織化しており、使い道は多くある
生物影響を元にした化学物質影響のモニタリングでの、ハザードの同定およびエンドポイ
ントの選択。
アプローチごとに仮定や限界がある。
ハイスループットデータは、生物影響予測や生物影響の監視などの環境モニタリングにも利用できる。
AOP knowledgeとカップルさせて、ハザードを予想させる汚染物質、あるいは観察された生物影響の原因の特定につなげられる可能性がある。

Resources
References
Additional
Information
Users’ handbook
supplement to OECD
guidance document fordeveloping andassessing AOPs.

https://aopkb.org/common/AOP_Handbook.pdf

Villeneuve et al. 2014. Adverse outcome pathway (AOP) development I: strategies andprinciples. Toxicol. Sci. 142(2): 312-320. doi: 10.1093/toxsci/kfu199.
Villeneuve et al. 2014. Adverse outcome pathway (AOP) development II: best practices.
Toxicol. Sci. 142(2): 321-330. doi: 10.1093/toxsci/kfu200.