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神経活性医薬品の低濃度環境下でのミジンコ個体の脂質プロファイルの変化
Changes in lipid profiles in Daphnia magna individuals exposed to low environmental levels of neuroactive pharmaceuticals.
PMID: 32446052 DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.139029.
抄録
水生生物種における化学物質の脂質に対する破壊的影響は、ほとんどが肥満動物と脊椎動物に限られている。最近の研究では、抗うつ薬、抗不安薬、抗てんかん薬、β-アドレナリン薬など、異なる作用機序を持つ薬剤が、低濃度の環境中で、一般的な神経系や脂質代謝経路をアップレギュレートし、甲殻類のミジンコの生殖を促進したことが報告されている。逆に、セロトニンを欠くトリプトファンヒドロラーゼ酵素遺伝子（TRH）の CRISPR 変異体は、脂質代謝が低下し、生殖能力が低下するという相反する表現型を持っていた。脂質代謝は D. magna の生殖に強く関与している。本研究の目的は、上記の神経活性化学物質が共通の脂質基を破壊し、セロトニンを欠失した個体と同様の相反するリピドミクス効果を示すかどうかを検証することである。本研究では、超高速液体クロマトグラフィー/飛行時間型質量分析法（UHPLC/TOFMS）を用いて、低濃度（0.1μg/L）および高濃度（1μg/L）の神経活性化学物質（カルバマゼピン、ジアゼパム、フルオキセチン、プロプラノロール）と3つのCRISPR TRH変異体クローンがミジンコ成体のグリセロリン脂質とグリセロ脂質の動態をどのように破壊するかを調べました。リピドミクス解析の結果、グリセロリン脂質の3種類、グリセロリン脂質の11種類、ステロール類の1種類、スフィンゴ脂質の1種類に相当する267種類の脂質が同定され、そのうち132種類と125種類の脂質が薬剤処理によって、あるいはクローン間で変化した。ほとんどの薬剤処理は生殖を促進したが、セロトニンを欠く変異クローンはそれ以下の範囲で生殖した。カルバマゼピンを除いて、ほとんどの薬剤はトリアシルグリセロールを増加させ、モノアシルグリセロール、リゾリン脂質、スフィンゴミエリン、コレステロールエステルを減少させた。セロトニンを欠失した変異クローンでは対照的なリピドミクスパターンが観察された。このように、リピドミクスデータは、報告されているトランスクリプトームとリピドミクスの変化の間に密接な関連があることを示しており、これらの変化はセロトニンや他の神経シグナル伝達経路に関連している可能性が高い。
Disruptive effects of chemicals on lipids in aquatic species are mostly limited to obesogens and vertebrates. Recent studies reported that antidepressants, anxiolytic, antiepileptic and β-adrenergic pharmaceuticals, with putative distinct mechanisms of action at low environmental relevant concentrations, up-regulated common neurological and lipid metabolic pathways and enhanced similarly reproduction in the crustacean Daphnia magna. Conversely CRISPR mutants for the tryptophan hydrolase enzyme gene (TRH) that lack serotonin had the opposed phenotype: the lipid metabolism down-regulated and impaired reproduction. Lipid metabolism is strongly linked to reproduction in D. magna. The aim of this study is to test if the above mentioned neuro-active chemicals disrupted common lipid groups and showed also the opposed lipidomic effects as those individuals lacking serotonin. This study used ultra-high performance liquid chromatography/time-of-flight mass spectrometry (UHPLC/TOFMS) to study how neuro-active chemicals (carbamazepine, diazepam, fluoxetine and propranolol) at low (0.1 μg/L) and higher concentrations (1 μg/L) and three CRISPR TRH mutant clones disrupt the dynamics of glycerophospholipids and glycerolipids in Daphnia adults. Lipidomic analysis identified 267 individual lipids corresponding to three classes of glycerolipids, eleven of glycerophospholipids, one of sterols and one of sphingolipids, of which 132 and 125 changed according to the chemical treatments or across clones, respectively. Most pharmaceutical treatments enhanced reproduction whereas mutated clones lacking serotonin reproduced to a lesser extent. Except for carbamazepine, most of the tested pharmaceuticals increased some triacylglycerol species and decreased monoacylglycerols, lysophospholipids, sphingomyelins and cholesterol esters in exposed females. Opposed lipidomic pattern was observed in mutated clones lacking serotonin. Lipidomic data, thus, indicate a close link between reported transcriptomic and lipidomic changes, which are likely related to serotonin and other neurological signalling pathways.
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