マウス肝臓におけるHoxおよびParaHox遺伝子のパーフルオロ化学物質による制御

Regulation of Hox and ParaHox genes by perfluorochemicals in mouse liver.

• Yue Zhang
• Yuan Le
• Pengli Bu
• Xingguo Cheng

抄録

ホメオボックス（Hox）遺伝子は、植物や動物を含む生物の発生や形態の多様化に重要な役割を果たすホメオドメインタンパク質をコードしています。工業汚染物質としてよく知られており、ヒトや野生動物から普遍的に検出されているパーフルオロ化学物質（PFC）は、動物の発育を阻害します。さらに、PFCは、肝巨大症や脂質異常症などの多くの肝障害を引き起こします。ホメオドメインタンパク質は肝臓の再生に深く関与しています。Hox遺伝子は、標的臓器の発がん時には発がん遺伝子または腫瘍抑制遺伝子として機能します。しかし、これまでに PFC が Hox 遺伝子の発現を制御しているかどうかを調べた研究はありませんでした。本研究では、パーフルオロオクタン酸（PFOA）、パーフルオロノナン酸（PFNA）、パーフルオロデカン酸（PFDA）を含む PFC によるマウス肝臓における Hox（Hox-a～d サブファミリーを含む）および paraHox（GS ホメオボックス（Gsx）、膵臓および十二指腸ホメオボックス（Pdx）、尾部関連ホメオボックス（Cdx）ファミリーを含む）遺伝子の発現制御を明らかにすることを目的とした。46.4mg/kgのPFNAは、野生型およびCARヌルマウス肝臓ではHoxa5、b7、c5、d10およびPdx1のmRNA発現を誘導したが、PPARαヌルマウス肝臓では誘導されず、PPARα依存性を示した。PFOA、PFNA、PFDAはいずれも野生型マウスではHoxa5、b7、c5、d10、Pdx1、Zeb2のmRNA発現を誘導したが、PPARαヌルマウスでは誘導しなかった。また、Nrf2ヌルマウスの肝臓では、PFNAはHoxa5とPdx1のmRNA発現を増加させ続けたが、Hoxb7、c5、d10の発現は増加しなかった。さらに、古典的なPPARαアゴニストであるWy14643は、野生型マウスの肝臓ではHoxb7とc5のmRNA発現を誘導したが、PPARαヌルマウスの肝臓では誘導しなかった。しかし、Wy14643は、野生型でもPPARαヌルマウスでもHoxa5、d10、Pdx1のmRNA発現を誘導しなかった。マウスのCARアゴニストであるTCPOBOPは、Hoxb7, c5, d10のmRNA発現を増加させたが、Hoxa5やPdx1の発現は増加しなかった。さらに、PFNAはマウス肝臓の細胞質および核内Hoxb7タンパク質レベルを低下させた。一方、PFNAは細胞質のHoxc5蛋白質レベルを増加させたが、核内のHoxc5蛋白質レベルを減少させた。以上のことから、PFNAはHoxb7, c5, d10などのHox遺伝子のmRNA発現を誘導し、そのほとんどがPPARαやNrf2シグナルの活性化を介していることが示唆された。

Homeobox (Hox) genes encode homeodomain proteins, which play important roles in the development and morphological diversification of organisms including plants and animals. Perfluorinated chemicals (PFCs), which are well recognized industrial pollutants and universally detected in human and wildlife, interfere with animal development. In addition, PFCs produce a number of hepatic adverse effects, such as hepatomegaly and dyslipidemia. Homeodomain proteins profoundly contribute to liver regeneration. Hox genes serve as either oncogenes or tumor suppressor genes during target organ carcinogenesis. However, to date, no study investigated whether PFCs regulate expression of Hox genes. This study was designed to determine the regulation of Hox (including Hox-a to -d subfamily members) and paraHox [including GS homeobox (Gsx), pancreatic and duodenal homeobox (Pdx), and caudal-related homeobox (Cdx) family members] genes by PFCs including perfluorooctanoic acid (PFOA), perfluorononanoic acid (PFNA), and perfluorodecanoic acid (PFDA) in mouse liver. 46.4 mg/kg PFNA induced mRNA expression of Hoxa5, b7, c5, d10 and Pdx1 in wild-type and CAR-null mouse livers, but not in PPARα-null mouse livers, indicating a PPARα-dependent manner. PFOA, PFNA, and PFDA all induced mRNA expression of Hoxa5, b7, c5, d10, Pdx1 and Zeb2 in wild-type but not PPARα-null mouse livers. In addition, in Nrf2-null mouse livers, PFNA continued to increase mRNA expression of Hoxa5 and Pdx1, but not Hoxb7, c5 or d10. Furthermore, Wy14643, a classical PPARα agonist, induced mRNA expression of Hoxb7 and c5 in wild-type but not PPARα-null mouse livers. However, Wy14643 did not induce mRNA expression of Hoxa5, d10 or Pdx1 in either wild-type or PPARα-null mouse livers. TCPOBOP, a classical mouse CAR agonist, increased mRNA expression of Hoxb7, c5 and d10 but not Hoxa5 or Pdx1 in mouse livers. Moreover, PFNA decreased cytoplasmic and nuclear Hoxb7 protein levels in mouse livers. However, PFNA increased cytoplasmic Hoxc5 protein level but decreased nuclear Hoxc5 protein level in mouse livers. In conclusion, PFCs induced mRNA expression of several Hox genes such as Hoxb7, c5 and d10, mostly through the activation of PPARα and/or Nrf2 signaling.

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