マウス胚性幹細胞のRNAディープシーケンシング解析により同定された化学物質の有害性スクリーニングのためのマイクロRNAバイオマーカー

MicroRNA biomarkers for chemical hazard screening identified by RNA deep sequencing analysis in mouse embryonic stem cells.

• Hiroshi Aoki
• Hidenori Tani
• Kaoru Nakamura
• Hiroaki Sato
• Masaki Torimura
• Tetsuya Nakazato

抄録

我々は、日本の汚染物質排出・移動登録簿の「第一種指定化学物質」に記載されている9つの化学物質（ビス(2-エチルヘキシル)フタル酸塩、p-クレゾール、p-ジクロロベンゼン、フェノール、ピロカテコール、クロロホルム、トリ-n-ブチルリン酸塩、トリクロロエチレン、ベンゼン）に曝露したマウス胚性幹細胞（mESCs）を用いて、microRNA（miRNA）の応答を調べました。ディープシークエンシング解析（RNA-seq）を用いて、一般的な化学物質毒性（すなわち、これら9つの化学物質をグループ化したもの）に対して実質的な応答を示すいくつかのmiRNAと、ベンゼンに対して実質的かつ特異的な応答を示すいくつかのmiRNAバイオマーカーを同定しました。これらのmiRNAの機能を、予測された標的遺伝子のGene Ontologyに基づいて調べたところ、細胞内プロセスの制御を示していた。これまでに同定されたmiRNAに加えて、ベンゼンを刺激として応答してアップレギュレーションまたはダウンレギュレーションされるロングノンコーディングRNA（ncRNA）やmRNAについても、これまでの研究で報告されている結果と比較した。また、miRNAの発現変化は、長鎖ncRNAやmRNAの発現変化よりも小さいことが観察された。以上の結果から、有毒化学物質の刺激がmiRNAの発現を制御していることが明らかになった。今回同定されたmiRNAを含むmiRNAをバイオマーカーとして利用することは、特定の化学物質の潜在的な毒性を予測したり、化学物質の有害性にさらされたヒトを特定したりすることに貢献すると考えられます。

We investigated the responses of microRNAs (miRNAs) using mouse embryonic stem cells (mESCs) exposed to nine chemicals (bis(2-ethylhexyl)phthalate, p-cresol, p-dichlorobenzene, phenol, pyrocatecol, chloroform, tri-n-butyl phosphate, trichloroethylene, and benzene), which are listed as "Class I Designated Chemical Substances" from the Japan Pollutant Release and Transfer Register. Using deep sequencing analysis (RNA-seq), several miRNAs were identified that show a substantial response to general chemical toxicity (i.e., to these nine chemicals considered as a group) and several miRNA biomarkers that show a substantial and specific response to benzene. The functions of the identified miRNAs were investigated in accordance with Gene Ontology terms of their predicted target genes, indicating regulation of cellular processes. We compared the results with those for the long non-coding RNAs (ncRNAs) and mRNAs reported in our previous studies in addition to previously identified miRNAs that are either up- or down-regulated in response to the benzene as stimuli. We also observed that the changes in expression of miRNAs were smaller than those for long ncRNAs and mRNAs. Taken together the current and previous results revealed that toxic chemical stimuli regulate the expression of miRNAs. We believe that the use of miRNAs, including the thus identified miRNAs, as biomarkers contribute to predicting the potential toxicity of particular chemicals or identifying human individuals that have been exposed to chemical hazards.

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