DIVERSITY OUTBREDDIVERSITY OUTBREDマウスは、ベンゼンの曝露閾値とベンゼン誘発遺伝毒性に影響を与える遺伝的要因を特定します
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DIVERSITY OUTBREDマウスは、ベンゼンの曝露閾値とベンゼン誘発遺伝毒性に影響を与える遺伝的要因を特定します
By Peter Kelmenson
空気中の汚染物質であり発がん性物質であるベンゼンへの曝露は、さまざまな白血病、再生不良性貧血ならびに骨髄異形成症候群を含む複数の血液悪性腫瘍と関連があり、近交系およびF1ハイブリッドマウス系統は、曝露閾値評価試験に一般的に使用される動物モデルです。同じ近交系またはF1ハイブリッド系統のすべての個体は実質的に遺伝的に同一（アイソジェニック）であるため、毒性試験でそれらを使用すると、グループ内の差異が最小限に抑えられ、コホートごとに必要な動物数が減るため、一般に有益であると見なされます。ただし、アイソジェニックマウスでは、毒物の可能性がある化合物に対するヒト集団の遺伝的多様性や反応の変動性をモデル化できません。さらに、ある毒物に独特な反応を示すマウス系統を選択すると、試験結果を歪める可能性があり、信頼性の低い曝露閾値の推定につながる可能性があります。アイソジェニックマウスモデルにはこのような制限があるため、より遺伝的に多様なマウスを使用して毒性試験を実施することへの関心が高まっています。
Diversity Outbred（J:DO、 009376 ）は、8つの近交系ファウンダー系統（ A/J 、 C57BL/6J 、 129S1/SvImJ 、 NOD/ShiLtJ 、 NZO/HlLtJ 、 CAST/EiJ 、 PWK/PhJ 、 WSB/EiJ ）から開発された遺伝的ヘテロ性を維持したストック（Outbred系統）です。これらの系統は、遺伝的特徴および系統の特徴により選択され、8つの系統すべてのゲノムが完全に配列決定されています。全部合わせると、これらの系統から4500万に上る一塩基多型（SNP）と構造的変異がJ:DOコロニーにもたらされました。これはヒトに見られる遺伝的多様性とほぼ同レベルです。さらにJ:DOマウスを高解像度の遺伝子マッピングに使用すれば、毒物曝露に対する異なる反応の原因となるゲノム領域（最終的には単一の遺伝子）を見つけることができます。環境衛生の展望に関する2015年の報告書（ French et al. 2015 ）には、J:DOマウスから得られたベンゼン曝露閾値の推定値が、同質遺伝子のマウスモデルを使用した以前の試験よりも桁違いに低いことが示されています。また、ベンゼン誘発性遺伝毒性に対する耐性を司る候補遺伝子として2つの硫酸転移酵素を特定しています。
J:DOマウスは、ベンゼン曝露後の染色体損傷の用量依存的な増加を示します
Dr. Frenchらは、 J:DO雄マウスの2つのコホートを0、1、10、100 ppmで吸入によりベンゼンに曝露し、染色体損傷のマーカーとして小核網状赤血球（MN-RET）および小核赤血球（MN-ERC）を測定しました。MN-RETデータとMN-ERCデータは非常に類似しているため、MN-RETデータのみが報告されています。曝露前の網状赤血球1,000個あたりの平均MN-RET数（MN-RET / 1000）は2.17であり、4つの曝露群間または2つのコホート間で差は認められませんでした。4週間のベンゼン曝露後、0、1、10ppm曝露群のMN-RET/1000平均値に変化は見られませんでした。ただし100 ppm曝露群の平均は、14.6 MN-RET / 1000となり、573％という大幅な増加となりました。
骨髄では、MN-RET/1000の平均値はベンゼンの増加とともに増えました。また同様に、2つのコホート間の違いはありませんでした。米国環境保護庁の発がん性リスク評価ガイドラインで推奨されているベンチマーク濃度（BMC）法を使用した骨髄MN-RETデータのモデリングにより、MN-RET/1000平均値を0 ppm群より10％増加させるために必要なベンゼン曝露閾値（BCML10）を0.205 ppmと推定しました。同じ試験計画のF1ハイブリッドマウスを使用した以前に公開されたベンゼン吸入試験から得られたMN-RET/1000データのBMCモデリングでは、BCML10は3.66 ppmと推定されており、これは、J:DOマウスから計算されたものよりも1桁高い値です。
染色体損傷に対する耐性の候補遺伝子として同定された硫酸転移酵素
100ppmの曝露群（144匹のマウス）から成るJ:DOマウス群における曝露後MN-RETのSNPのジェノタイピングとリンケージマッピングにより、21個の遺伝子を包含する染色体10（Chr. 10）上の、単一の意味のある遺伝子座が同定されました。この遺伝子座は表現型分散（phenotypic variance）の48.7％を占めています。MN-RET/1000の平均値が低くなるのは、優勢型（dominant）で作用するCAST/EiJ対立遺伝子（allele）と関連しています。Chr. 10上の少なくとも1つのCAST/EiJ対立遺伝子を有するJ:DOの個体は、ベンゼンによって誘発される染色体損傷に対してより耐性があります。エクソンのコーディングにおけるCAST/EiJに特異的な遺伝子多型を特定し、ゲノム配列データを調べ、CAST/EiJに特異的な遺伝子発現の差異を見つけることにより、候補遺伝子リストをGm4794（遺伝子モデル4794）とSult3a1（硫酸転移酵素3a1）の2つに減らすことができました。両方の遺伝子は、他のJ:DOファウンダー系統よりもCAST/EiJマウスの肝臓でより高度に発現しています。Gm4794はSult3a1のパラログ（84％のアミノ酸配列が同一）であり、硫酸転移酵素ドメインを含み、タンパク質産物を生成します。
これらの結果は、毒性試験において、アイソジェニック系統と比較してJ:DOの感度が高いことを示しています。また毒物反応におけるの多様性の原因となる遺伝子を効率的にマッピングし、特定するうえで有用だということを示しています。そのような貴重な情報は、最終的には、毒物曝露の有害な影響を軽減するための新しい方法と治療法につながる可能性があります。これは、J:DOをトランスレーショナルバイオメディカル研究でどのように使用できるかを示す的確な例です。