人工化学物質への曝露は、老化、免疫系、代謝を制御する遺伝子に影響を与えます

人工化学物質への曝露は、老化、免疫系、代謝を制御する遺伝子に影響を与えます
人体のほとんどの遺伝子は、人工の化学物質によって破壊される可能性があります。
GöranAndersson/ゲッティイメージズ

今日、人間は何千もの人工化学物質にさらされています。 しかし、人々の健康への影響はまだ完全には理解されていません。

2020年に登録された化学物質の数に達した 167万人。 人々は毎日、食品、水、汚染された空気、薬物、化粧品、その他の人工物質を通じてそれらにさらされています。 未満 これらの化学物質の1%が毒性についてテストされました、およびテストされたものは、私たちの体のほぼすべての生物学的プロセスを破壊する能力を示しています。 累積曝露がどのように私たちの健康を形作るかを推測できますか?

私は環境毒物学者です 人工化学物質が私たちの健康に及ぼす影響を研究しています。 開発することにしました 計算アプローチ すべての化学物質に対するすべての遺伝子の感度を客観的に比較し、最も脆弱な生物学的プロセスを特定します。

偏りのないアプローチ

私たちの研究のために、私の研究仲間と私はからのデータを使用しました 比較トキシコゲノムデータベース。 比較トキシコゲノミックデータベースは、化学物質が遺伝子の活性をどのように変化させるかについての何千もの公開された研究から情報を収集します。 遺伝子は、組織の構築から栄養素の代謝まで、細胞内で幅広い機能を実行するタンパク質をコードするDNAのセクションです。 化学物質が遺伝子に影響を与えると、タンパク質の生成が増加または減少します。


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分子生物学の最新の方法は、化学的傷害に応答してゲノム内のすべての遺伝子の活性の変化を検出することができます。 私は、さまざまな研究から変更された遺伝子のリストをオーバーレイして、各遺伝子が影響を受けた回数を計算するアプローチを開発しました。 結果として得られる数値は、一般的に化学物質に対する遺伝子の感受性を反映しています。

私の研究グループは、マウス、ラット、ヒト、およびそれらの細胞に関する2,169の研究を使用して、化学物質への曝露に対する17,338の遺伝子の感受性をランク付けしました。 これらの研究では、処方薬から環境汚染物質に至るまで、1,239種類の化学物質の影響をテストしました。

次のステップでは、1,000を超える化学物質のこのサンプルが、人々がさらされるすべてのクラスの人工化学物質を確実に表すのに十分な大きさであることを確認するためのテストを実行しました。 そのために、このリストの半分について遺伝子の感度を測定し、次に別のリストについて、より少ない数の化学物質でも確実に感度の高い遺伝子を識別できるかどうかをテストしました。 結果は心強いものでした–遺伝子感受性の値はXNUMXつの試験でほぼ同じでした。

細胞防御システムは化学物質に反応します

私たちの細胞は、化学的傷害にさらされたときに完全に無力ではありません。 実際、彼らは 化学物質によって引き起こされるストレスや損傷に対処するための戦略を持っている。 私たちのデータは、これらのセーフガードが曝露に応じてアクティブになることを確認しています。

この防衛線には、有毒な化学物質を排除し、酸化ストレス(細胞内の反応性ラジカルの蓄積)を軽減し、損傷したDNAとタンパク質を修復し、損傷の大きい細胞を特定して死を引き起こし、癌化を防ぐ酵素が含まれています。

人工化学物質への曝露は、世界中の肥満率を押し上げる可能性がありますか?人工化学物質への曝露は、世界中の肥満率を押し上げる可能性がありますか? Chutima Sonma / EyeEm /ゲッティイメージズ

脂質と炭水化物の代謝は脆弱です

驚いたことに、細胞代謝の調節に関与する分子ネットワークが化学物質への曝露に最も敏感であることがわかりました。 それらのXNUMXつは PPARシグナル伝達。 PPARは、脂質とブドウ糖のエネルギーバランスと代謝を調節するタンパク質のグループです。

PPAR活性の上昇または下降は、 肥満、メタボリックシンドローム、糖尿病、脂肪肝疾患。 一部の能力 環境化学物質 PPARに影響を与えることは以前に示されていました。 しかし、非常に広範囲の化合物に対するPPARの感受性が見られるとは予想していませんでした。

また、インスリンを分泌し、グルコース代謝に重要な役割を果たす膵臓ベータ細​​胞の発達に関与する遺伝子が、リストにある化学物質の大部分によって抑制されていることも発見しました。 ベータ細胞の機能不全は糖尿病を引き起こします。 したがって、累積的な化学物質への曝露は、糖尿病の重大な危険因子である可能性があります。

今日、代謝性疾患の流行は主要な公衆衛生問題です。 の有病率 肥満は1975年から2016年の間にほぼXNUMX倍になりました。 約 アメリカ人の40%は彼らの人生の間に2型糖尿病を発症します, 33%-88%は脂肪肝を持っています. 内分泌破壊特性を持ついくつかの化学物質について、曝露と代謝性疾患との関係が以前に示されました。 しかし、この流行における最も広範囲の人工化学物質の役割は、これまで認識されていませんでしたが、重要である可能性があります。

成長、老化および免疫システム

成長に関与する1つのホルモン-成長ホルモン(GH)とインスリン様成長因子(IGFXNUMX)-も化学物質への曝露の影響を受けます。

IGF1はホルモンです 主に肝臓から分泌される。 それはの主要な規制当局として認識されています 体の成長。 さらに、複数のマウス実験は、GH-IGF1シグナル伝達の低下を示しています 寿命が長くなります。 この経路はまた、細胞が エネルギーを使って体が必要とする新しい分子を作る、またはそれらが既存の分子を分解して、生物が使用するエネルギーを放出するかどうか。 成長と老化のこの中心的な調節因子に影響を与える化学物質の能力は、新しい発見です。 GH-IGF1の感受性が原因である可能性のある健康上の問題はまだ明らかにされていません。

私たちの分析は、免疫応答を制御する遺伝子も化学物質に非常に敏感であることを示しています。

機能不全の免疫システムのXNUMXつの主要な結果は、アレルギーと自己免疫です。 両方の条件の有病率は上昇傾向に従います。 食物アレルギーは 米国の子供たちの間で3.4年から5.1年の間に1997%から2011% 皮膚アレルギーはから増加しました 同期間に7.4%から12.5%。 別の研究は 自己免疫疾患の血液マーカーが5%増加 1988年から2012年の間にアメリカ人で。

すべての分子経路は化学物質に敏感です

全体として、ほとんどすべての既知の経路が化学物質の影響を受ける可能性があることがわかりました。 その発見は、規制毒物学に重大な影響を及ぼします。

人工化学物質の数が増え続ける中、 社会は発展する必要があります 迅速で費用効果の高い方法 毒性試験の。

未解決のまま残っている重要な質問のXNUMXつは、規制当局が重要な分子回路を傷つけたり破壊したりする化学物質を承認しないことを確認するために、どの経路をテストでカバーする必要があるかです。 私たちのデータは、例外なくすべての既知の分子経路をカバーするテストを開発する必要があることを示唆しています。

私たちの研究は、代謝の健康、免疫系、発達および老化に対する化学物質曝露の役割を含む、毒物学的研究の新しい優先事項を概説しています。会話

著者について

アレクサンドル・スヴォーロフ助教、 マサチューセッツ大学アマースト校

この記事はから再公開されます 会話 クリエイティブコモンズライセンスの下で 読む 原著.

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