孵化したばかりの日本のメダカにおける転写応答は、希釈アスファルト曝露後の発生奇形と関連している

Transcriptional responses in newly-hatched Japanese medaka (Oryzias latipes) associated with developmental malformations following diluted bitumen exposure.

• Barry N Madison
• Sarah J Wallace
• Jing Zhang
• Peter V Hodson
• Valerie S Langlois

抄録

日本のメダカの胚を、発生奇形のEC50を超える濃度で2種類の希釈ビチューメン（Dilbit）の水収容画分（WAF）と化学的に増強されたWAFに曝露した。これらの処理法では、発生奇形（例えば、青嚢病（BSD））の有無に基づいて魚をグループ分けし、新規のトランスクリプトーム応答を解析した。マイクロアレイ解析の結果、ディルビット照射した奇形胚においては、BSDを伴わないディルビット照射魚やディルビットを伴わない対照魚では明らかにならなかった新規なバイオマーカーや遺伝子ネットワークが同定された。上位の異なる発現遺伝子（DEG）には、すべてのディルビット処理魚（奇形魚と非奇形魚）のチトクロームP450転写物（cyp1）のほか、線維芽細胞増殖因子（fgf7）、AHRリプレッサー（ahrr）、スクアレンモノオキシゲナーゼ（sqle）が含まれていた。BSDを発症しなかったディルビット暴露魚では、唯一報告されている個々のDEGは真核生物の翻訳開始因子3サブユニットD（eif3d）であった。しかし、概日時計や抗酸化反応に対するメラトニンの効果、エストロゲンとアンドロゲンの代謝、多くの受容体シグナル伝達経路など、他の多くの経路が濃縮されていた。ヘッジホッグ、ステロイド生合成、Wnt シグナルに関連する経路は、ディルビット暴露の低濃度と高濃度の間で有意に変化した。ディルビットを分散させた場合と比較して10倍以上の濃度では、分散媒コントロールによる泳嚢発達への影響が観察され、この比較対象の魚類に特有の多くの遺伝子標的が影響を受けていた。このことから、分散媒の毒性効果はディルビットとは別のメカニズムが関与している可能性があるが、同様の表現型反応を引き起こす可能性があることが示唆された。本研究では、水生生態系の健康に対するディルビットのリスクを評価するために使用できる、視覚的奇形の有無にかかわらず、ディルビットに曝露された魚の新規バイオマーカーを同定した。

Japanese medaka embryos were exposed to water accommodated fractions (WAF) and chemically-enhanced WAF of two types of diluted bitumen (dilbit) at concentrations bracketing the EC50s for developmental malformations. Within these treatments, fish were grouped based on the presence or absence of developmental malformations (e.g., blue sac disease (BSD)), and analyzed for novel transcriptomic responses. Microarray analyses identified novel biomarkers and gene networks in dilbit-exposed malformed embryos that were not evident in dilbit-exposed fish without BSD or in controls without dilbit. The top differentially expressed genes (DEGs) included cytochrome P450 transcripts (cyp1) in fish from all dilbit treatments (malformed and non-malformed fish), as well as: fibroblast growth factor (fgf7), AHR repressor (ahrr), and squalene monooxygenase (sqle). In dilbit-exposed fish that did not develop BSD, the only reported individual DEG was eukaryotic translation initiation factor 3 subunit D (eif3d). However, a number of other pathways were enriched, including melatonin effects on circadian clock and the antioxidant response, estrogen and androgen metabolism as well as many receptor signaling pathways. Pathways associated with hedgehog, steroid biosynthesis, and Wnt signaling were significantly altered between low and high concentrations of dilbit exposure. An effect of the dispersant control on swim bladder development was observed at concentrations 10-fold higher than those used to disperse dilbit, and a number of gene targets unique to fish in this comparison were affected. This suggests that the toxic effects of dispersant may involve alternative mechanisms to dilbit, but cause similar phenotypic responses. This study identified novel biomarkers in fish exposed to dilbit, with or without visual malformations, that can be used to assess the risks of dilbit to aquatic ecosystem health.

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