KR100789726B1 - Methods for detection and toxicity evaluation of environmental toxic substances using amphibian ovarian follicles - Google Patents

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Abstract

A method for detecting an environmental toxic substance and evaluating the toxicity thereof is provided to objectively and scientifically detect the substance influencing on propagation of animals simply, economically and ultimately by using amphibian ovarian follicles, thereby providing basic materials capable of determining the influence made by the substance on human health. A method for detecting an environmental toxic substance or evaluating the toxicity of the environmental toxic substance comprises the steps of:(a) culturing amphibian ovarian follicles in the presence of a steroid generation promoting agent and a candidate material; and (b) quantifying the steroid generated from the follicles to determine whether the candidate material is an environmental toxic substance or to evaluate the toxicity of the environmental toxic substance. A kit used for the method comprises amphibian ovarian follicles, a culture medium for culturing the amphibian ovarian follicles, and a quantifying tool of steroid generated from the amphibian ovarian follicles.

Description

양서류 여포를 이용한 환경유해물질의 검출 및 독성 평가방법{Methods for detection and toxicity evaluation of environmental toxic substances using amphibian ovarian follicles}Methods for detection and toxicity evaluation of environmental toxic substances using amphibian ovarian follicles}

도 1은 스테로이드 생성효소를 지표로 이용한 환경유해물질의 검출 및 독성 평가 모델을 도식적으로 나타낸 도면이고;1 is a diagram showing a model for detecting and toxicological evaluation of environmentally harmful substances using steroid synthase as an indicator;

도 2는 양서류 여포의 배양계를 이용한 환경유해물질의 검출방법을 도식적으로 나타낸 도면이며;2 is a diagram schematically showing a method for detecting environmentally harmful substances using a culture system of amphibian follicles;

도 3은 양서류 여포의 배양계를 이용한 환경유해물질 독성의 가역성 또는 비가역성 판정방법을 도식적으로 나타낸 도면이고;3 is a diagram schematically illustrating a reversible or irreversible determination method of environmentally harmful substances toxicity using a culture system of amphibian follicles;

도 4는 양서류 여포의 배양계를 이용한 환경유해물질이 작용하는 스테로이드 생성효소의 동정방법을 도식적으로 나타낸 도면이며;4 is a diagram schematically showing a method for identifying steroid-producing enzymes acting on environmentally harmful substances using the culture system of amphibian follicles;

도 5는 유기주석, 중금속 및 이미다졸 계열 항진균제의 P450scc 효소 활성 억제효과를 보여주는 그래프이고;5 is a graph showing the inhibitory effect of P450 scc enzyme activity of organotin, heavy metals and imidazole series antifungals;

도 6은 유기주석, 중금속 및 이미다졸 계열 항진균제 독성의 가역성 또는 비가역성 판정결과를 보여주는 그래프이며;6 is a graph showing the results of reversible or irreversible determination of organotin, heavy metal and imidazole series antifungal toxicity;

도 7은 유기주석이 작용하는 스테로이드 생성효소의 동정결과를 보여주는 그 래프이고;7 is a graph showing the results of identification of steroid synthase with organotin;

도 8은 이미다졸 계열의 항진균제가 작용하는 스테로이드 생성효소의 동정결과를 보여주는 그래프이며;Figure 8 is a graph showing the results of identification of steroid synthase acting imidazole series antifungal agent;

도 9는 중금속이 작용하는 스테로이드 생성효소의 동정결과를 보여주는 그래프이다. 9 is a graph showing the results of identification of steroid synthase with heavy metals.

본 발명은 양서류 여포(amphibian ovarian follicles)를 이용한 환경유해물질의 검출 및 독성 평가방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 양서류 여포를 스테로이드 생성 촉진제 및 후보물질 존재 하에 배양하고, 여포로부터 생성된 스테로이드를 정량하여 후보물질이 환경유해물질인지 여부를 판정하고/거나 그의 독성을 평가하는 단계를 포함하는, 환경유해물질의 검출 및 독성 평가방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for detecting environmental toxicity using amphibian ovarian follicles and to evaluate toxicity, and more particularly, to culture amphibian follicles in the presence of steroid production promoters and candidates, Quantitatively determining whether a candidate is an environmentally hazardous substance and / or evaluating its toxicity.

척추동물의 생식활동의 조절은 시상하부-뇌하수체-생식소에서 생성되는 호르몬의 상호작용으로 이루어진다. 특히, 생식소에서 생성되는 스테로이드 호르몬은 배우자 형성에 직접적인 영향을 미칠 뿐만 아니라 2차 성징의 발달 및 유지, 생식활동 등에도 많은 영향을 미친다. 현대 인류의 산업 활동으로 생긴 많은 화학물질 중 많은 종류가 사람 및 야생동물의 정상적인 호르몬의 작용을 저해하거나 방해하는 것으로 알려져 있다. 미국 환경보호청(EPA)은 체내 호르몬의 생성, 방출, 이 동, 대사, 결합, 작용 또는 배설을 간섭하는 체외 물질을 내분비계 장애물질(endocrine disrupters)로 지정하고 있다. 지금까지 알려진 내분비계 장애물질은 농약류, 잔류성 유기할로겐 화학물질, 플라스틱 관련 물질, 중금속류 등으로, 자연환경이나 생체 내에서 쉽게 분해되지 않고 잔류하는 성질을 가져 먹이사슬을 통해 축적될 수 있으므로 그 피해가 장기화, 광역화될 수 있는 성질을 가지고 있다. 미국 환경보호청은 독극물 및 질환등록국(ATSDR)과 함께 1997년부터 2년 마다 인간에 대한 노출 빈도, 독성, 잠재성 등을 고려하여 인간에게 유해성이 높은 유해물질 순위(CERCLA Priority List)를 제시하고 있다. 지금까지 행해진 4회의 평가에서 275개의 주요 유해물질 중 상위에는 중금속(비소(As), 납(Pb), 수은(Hg) 및 카드늄(Cd))과 내분비계 장애물질(PCBs, PHAs, 벤조(A)피렌)이 항상 포함되어 있었다. 따라서 이들 물질 및 이들의 독성을 평가할 수 있는 다양한 지표 및 방법의 개발이 시급히 요구되고 있다.Regulation of reproductive activity in vertebrates consists of the interaction of hormones produced in the hypothalamus-pituitary-gonad. In particular, steroid hormones produced in the gonads not only directly affect the formation of spouses, but also affect the development and maintenance of secondary sexual characteristics, reproductive activity, and the like. Many of the chemicals produced by the industrial activities of modern humans are known to inhibit or interfere with the normal hormonal activity of humans and wildlife. The US Environmental Protection Agency (EPA) designates extracorporeal substances that interfere with the production, release, transport, metabolism, binding, action, or excretion of hormones in the body as endocrine disruptors. Endocrine obstructions known to date are pesticides, persistent organic halogen chemicals, plastic-related substances, heavy metals, etc., because they do not easily decompose in the natural environment or in vivo, and may accumulate through the food chain. It has the property of prolonging and widening. The US Environmental Protection Agency, together with the Toxic and Disease Registrar (ATSDR), presents the CERCLA Priority List every two years since 1997, taking into account human exposure frequency, toxicity, and potential. have. Among the 475 assessments conducted so far, the top 275 major hazardous substances were heavy metals (arsenic (As), lead (Pb), mercury (Hg) and cadmium (Cd)) and endocrine disruptors (PCBs, PHAs, benzo (A) Pyrene) was always included. Therefore, there is an urgent need to develop various indicators and methods for evaluating these substances and their toxicity.

이러한 요구에 맞춰, 선진국에서는 내분비계 장애물질 및 중금속에 대한 연구가 독성 파악과 작용기작 규명, 및 위해도 파악을 위한 평가 모델 및 방법 개발에 중점을 두고 있다. 최근 유해물질의 검출 및 독성평가는 생화학적, 분자생물학적 지표(biomarker)를 주로 이용하는데, 이는 개체수준에서의 연구보다 훨씬 신속하고 정확하게 유해물질을 검출할 수 있을 뿐만 아니라, 작용기전을 아울러 밝힐 수 있어 개체수준 및 생태환경으로의 해석이 가능하기 때문이다. 이러한 이유로 선진국에서는 스테로이드 생성효소 및 그의 유전자, 스테로이드 수용체 및 그의 표적 유전자를 독성 평가의 지표로 가장 많이 사용하고 있다. 스테로이드 생성효소 중 P450scc, 3β-HSD(hydroxysteroid dehydrogenase), P450arom의 활성 및 그 유전자 발현을 지표로 하여 내분비계 장애물질, 농약 등 다양한 종류의 유해물질들의 독성을 평가하고 있다. 이는 이들이 스테로이드의 생성과정 중 조절효소로서 역할을 하거나 에스트로겐의 생성을 주도하는 효소이기 때문이다(도 1 참조).In response to these demands, research on endocrine disruptors and heavy metals in developed countries has focused on developing assessment models and methods for identifying toxicity, identifying mechanisms of action, and identifying risks. In recent years, the detection and toxicity assessment of harmful substances mainly use biochemical and molecular biological markers, which not only can detect harmful substances much more quickly and accurately than studies at the individual level, but also reveal the mechanism of action. This is because it can be interpreted into individual level and ecological environment. For this reason, developed countries use steroid synthase and its genes, steroid receptors and their target genes most often as indicators of toxicity evaluation. Among the steroid-producing enzymes, P450 scc , 3β-HSD (hydroxysteroid dehydrogenase), and P450 arom activity and gene expression are used as indicators to evaluate the toxicity of various harmful substances such as endocrine disruptors and pesticides. This is because these are enzymes that act as regulators or lead the production of estrogens during the production of steroids (see Figure 1).

내분비계 장애물질을 포함한 환경유해물질들의 독성평가는 궁극적으로 생물학적 검정방법을 사용할 수밖에 없는데, 대부분의 바이오어세이(bioassays)는 세포배양 수준에서 이루어지나 세포주의 유지와 배양에 많은 경비가 들어 경제성이 떨어지는 문제점이 있었다.Toxicological assessment of environmentally harmful substances, including endocrine disruptors, ultimately requires the use of biological assays. Most bioassays are at the level of cell culture, but they are expensive to maintain and culture. There was a problem falling.

한편, 현재 국내에서 유해물질의 독성평가에 대한 연구가 많이 진행되고는 있지만, 주로 생태환경, 동물 및 인체 내에 축적되는 물질의 정량분석 등 유해물질 자체에 대한 연구가 진행되고 있다. 국내의 내분비계 장애물질에 대한 연구는 다른 유해물질에 비해 비교적 많이 이루어져 있는 상태이나, 물질의 생산 및 소비되는 종류와 양에 비하면 상대적으로 그 연구의 양이 적다. 또한, 연구가 단지 생식독성의 유무를 가리기 위한 경향이 있으며, 물질의 표적세포나 작용기전에 대한 연구는 매우 제한적으로 이루어지고 있다. 이는 국내의 내분비계 장애물질 검출 및 그 독성 평가가 주로 검출 및 물질 자체 독성 평가방법인 시험관 내 시험(E-스크린 테스트, ER 경쟁적 결합 어세이 등)에 의존해왔기 때문이다. 따라서, 국내에서 사용되고 있는 방법은 제노에스트로겐(xenoestrogen)의 검출에는 유용하게 이용될 수 있지만, 유해물질들이 호르몬 수용체를 매개로 하지 않거나, 안드로겐(androgen) 및 프로게스틴(progestin) 성격을 갖고 있는 물질의 검출에는 매우 취약한 부분을 드러내고 있다. 이와 같이, 선진 외국에서 개발한 몇 가지 지표를 이용하여 물질 자체의 검출 및 독성을 파악하는 연구가 이루어지고 있을 뿐, 우리 실정에 맞고 객관성 있는 지표나 독성평가 기술의 개발은 이루어지지 않았다. 따라서, 독성 평가가 필요한 물질을 신속 정확하게 검출하고, 생체 독성 평가가 가능한 객관성 있는 생화학적, 분자생물학적 지표의 개발이 가장 시급한 과제라 할 것이다.On the other hand, there are many studies on the toxicity evaluation of harmful substances in Korea, but mainly on the harmful substances themselves, such as quantitative analysis of substances accumulated in the eco-environment, animals and the human body. Although studies on endocrine obstructions in Korea are relatively more conducted than other harmful substances, the amount of research is relatively small compared to the types and amounts of substances produced and consumed. In addition, research tends to cover the presence or absence of reproductive toxicity, and research on the target cells and mechanism of action of the substance is very limited. This is because the detection of endocrine disruptors in Korea and its toxicity evaluation have been mainly dependent on in vitro tests (E-screen test, ER competitive binding assay, etc.), which are methods of detection and self-toxicity evaluation. Therefore, the method used in Korea can be usefully used for the detection of xenoestrogen, but the detection of substances whose harmful substances do not mediate hormone receptors, orandrogen and progestin characteristics. Reveals a very vulnerable part. As such, only a few studies developed in advanced foreign countries have been conducted to identify and detect the toxicity of the substance itself. However, there has been no development of objective indicators or toxicity assessment techniques suitable for our situation. Therefore, the development of objective biochemical and molecular biological indicators capable of quickly and accurately detecting substances requiring toxicity evaluation and evaluating biotoxicity is the most urgent task.

본 발명자들은 이미 부틸주석(butyltin) 계열의 물질 중 TBT(tributyltin) 및 DBT(dibutyltin)가 콜레스테롤을 프레그네놀론(pregnenolone)으로 전환시키는 P450SCC 효소를 매우 민감하게 억제한다는 사실을 밝힌 바 있다. 한편 TBT는 프레그네놀론을 프로게스테론으로 전환시키는 3β-HSD와 테스토스테론을 에스트라디올로 전환시키는 아로마타제(aromatase)를 저해하는 효과를 나타내었다. 또한 각종 중금속을 비롯한 다른 유기 유해물질들도 민감도는 떨어지나 비슷한 경향을 나타내었다. 따라서 이들 스테로이드 생성과정의 초기 단계인 P450SCC, 3β-HSD와 마지막 단계인 아로마타제가 각종 유해물질들의 표적이 될 수 있음을 확인하였다. 또한 일부의 피레스로이드(pyrethroid) 계열의 살충제들(델타메트린, 테트라메트린, 메톡시클로르)은 매우 낮은 농도(약 0.01 μM)에서 3β-HSD의 활성을 오히려 촉진하며, 프탈레이트 계열의 화합물들(디프로필프탈레이트, 디부틸프탈레이트)은 17α-하이드록실라제 효소의 활성을 촉진하는 것을 확인하였다. 이에, 본 발명자들은 스테로이드 생성과 대사에 관련된 효소를 생물지표로 이용하여 중금속, 항진균제, 살충제, 내분비계 장애물질 등과 같은 다양한 유해물질을 검출, 평가할 수 있는 방법을 정립하기 위하여, 지속적인 연구를 수행하였다. 그 결과, 양서류, 특히 개구리 여포의 배양계를 이용함으로써, 간단하고 경제적으로 상기 목적을 달성할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The inventors have already revealed that TBT (tributyltin) and DBT (dibutyltin) in the butyltin series of substances very sensitively inhibit the P450 SCC enzyme for converting cholesterol into pregnenolone. On the other hand, TBT has been shown to inhibit 3β-HSD, which converts pregnenolone to progesterone, and aromatase, which converts testosterone to estradiol. In addition, various heavy metals and other organic harmful substances showed a similar tendency with less sensitivity. Therefore, it was confirmed that P450 SCC , 3β-HSD, and aromatase, which are the initial stages of the steroid production process, could be the targets of various harmful substances. In addition, some pyrethroid insecticides (deltamethrin, tetramethrin, methcyclocyclo) rather promote the activity of 3β-HSD at very low concentrations (about 0.01 μM), and phthalate compounds (Dipropyl phthalate, dibutyl phthalate) was confirmed to promote the activity of 17α-hydroxylase enzyme. Therefore, the present inventors conducted continuous research to establish a method for detecting and evaluating various harmful substances such as heavy metals, antifungal agents, insecticides, endocrine disruptors, etc. using enzymes related to steroid production and metabolism as biomarkers. . As a result, it was confirmed that the above object can be achieved simply and economically by using an amphibian, in particular, a frog follicle culture system, and the present invention has been completed.

따라서 본 발명의 제1목적은 양서류 여포의 배양계를 이용하여, 환경유해물질을 검출하는 방법을 제공하기 위한 것이다.Accordingly, a first object of the present invention is to provide a method for detecting environmentally harmful substances using a culture system of amphibian follicles.

본 발명의 제2목적은 양서류 여포의 배양계를 이용하여, 환경유해물질의 독성을 평가하는 방법을 제공하기 위한 것이다.A second object of the present invention is to provide a method for evaluating the toxicity of environmentally harmful substances using a culture system of amphibian follicles.

본 발명의 제3목적은 양서류 여포의 배양계를 이용하여, 환경유해물질 독성의 가역성 또는 비가역성을 판정하는 방법을 제공하기 위한 것이다.A third object of the present invention is to provide a method for determining the reversibility or irreversibility of environmentally harmful substance toxicity using a culture system of amphibian follicles.

본 발명의 제4목적은 양서류 여포의 배양계를 이용하여, 환경유해물질이 작용하는 스테로이드 생성효소를 동정하는 방법을 제공하기 위한 것이다.A fourth object of the present invention is to provide a method for identifying steroid-producing enzymes acting on environmentally harmful substances using a culture system of amphibian follicles.

본 발명의 제5목적은 상기 방법들에 사용하기 위한 키트를 제공하기 위한 것이다.A fifth object of the present invention is to provide a kit for use in the above methods.

본 발명의 제1면은The first aspect of the present invention

1) 양서류 여포를 스테로이드 생성 촉진제 및 후보물질 존재 하에 배양하고;1) Amphibian follicles are cultured in the presence of steroid production promoters and candidates;

2) 단계 1)의 여포로부터 생성된 스테로이드를 정량하여 후보물질이 환경유해물질인지 여부를 판정하는:2) quantifying the steroid generated from the follicle of step 1) to determine whether the candidate is an environmentally harmful substance:

단계를 포함하는, 환경유해물질의 검출방법에 관한 것이다.It relates to a method for detecting environmentally harmful substances, comprising the step.

본 발명의 제2면은The second aspect of the present invention

1) 양서류 여포를 스테로이드 생성 촉진제 및 환경유해물질 존재 하에 배양하고;1) Amphibian follicles are cultured in the presence of steroid production promoters and environmentally harmful substances;

2) 단계 1)의 여포로부터 생성된 스테로이드를 정량하여 환경유해물질의 독성을 평가하는:2) To evaluate the toxicity of environmentally harmful substances by quantifying the steroid produced from the follicle of step 1):

단계를 포함하는, 환경유해물질의 독성 평가방법에 관한 것이다.It relates to a method for evaluating the toxicity of environmentally harmful substances, including the step.

본 발명의 제3면은The third aspect of the present invention

1) 양서류 여포를 환경유해물질 존재 하에 배양한 후, 환경유해물질을 제거하고;1) cultivating amphibian follicles in the presence of environmentally harmful substances, and then removing the environmentally harmful substances;

2) 단계 1)의 여포를 스테로이드 생성 촉진제 존재 하에 배양하고;2) incubating the follicles of step 1) in the presence of a steroid production promoter;

3) 단계 2)의 여포로부터 생성된 스테로이드를 정량하여 환경유해물질의 독성이 가역적인지 비가역적인지를 판정하는:3) Quantifying the steroid produced from the follicles of step 2) to determine whether the toxicity of the environmentally harmful substance is reversible or irreversible:

단계를 포함하는, 환경유해물질 독성의 가역성 또는 비가역성 판정방법에 관한 것이다.It relates to a method for determining the reversibility or irreversibility of the environmental toxicity, comprising the step.

본 발명의 제4면은The fourth aspect of the present invention

1) 양서류 여포를 환경유해물질 및 전구(precursor) 스테로이드 존재 하에 배양하고;1) Amphibian follicles are cultured in the presence of environmentally harmful and precursor steroids;

2) 단계 1)의 여포로부터 생성된 산물 스테로이드를 정량하여 환경유해물질이 작용하는 스테로이드 생성효소를 동정하는:2) Identifying the steroid-producing enzymes acting as environmentally harmful substances by quantifying the product steroid generated from the follicle of step 1):

단계를 포함하는, 환경유해물질이 작용하는 스테로이드 생성효소의 동정방법에 관한 것이다.It relates to a method for identifying a steroid-producing enzyme acts on environmentally harmful substances, including the step.

본 발명의 제5면은The fifth aspect of the present invention

1) 양서류 여포;1) amphibian follicles;

2) 여포를 배양하기 위한 배지; 및2) medium for culturing follicles; And

3) 여포로부터 생성된 스테로이드의 정량수단:3) Means of Quantifying Steroids Generated from Follicle:

을 포함하는, 상기 방법에 사용하기 위한 키트에 관한 것이다.It relates to a kit for use in the method, comprising.

본 발명에 있어서, 양서류는 개구리인 것이 바람직하고, 환경유해물질은 중금속, 항진균제, 살충제 또는 내분비계 장애물질, 특히 부틸주석, 이미다졸 계열의 항진균제, 피레스로이드 계열의 살충제 또는 프탈레이트일 수 있다. 본 발명에 있어서, 스테로이드 생성 촉진제로는 개구리 뇌하수체 추출물(Frog Pituitary Homogenate; FPH) 또는 전구 스테로이드를 사용할 수 있다.In the present invention, the amphibian is preferably a frog, and the environmentally harmful substance may be a heavy metal, an antifungal agent, an insecticide or an endocrine barrier, in particular butyltin, an imidazole-based antifungal agent, a pyrethroid-based insecticide or phthalate. In the present invention, a frog pituitary extract (Frog Pituitary Homogenate (FPH)) or a prosteroid may be used as a steroid generator.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

난소 내의 여포에서 생성, 분비되는 스테로이드 호르몬들은 난자의 성장, 성숙, 배란을 조절하는데 결정적인 역할을 할 뿐 아니라, 동물의 생식주기를 조절하는 데에도 중요한 역할을 한다. 또한 생식부속기관의 발달, 유지 등에도 관여함으로써 생식활동에 근본적인 조절자 역할을 한다. 이러한 여포의 스테로이드 호르몬 생성은 콜레스테롤을 초기 전구물질로 하여 일련의 효소작용으로 단계적으로 에스트라디올(estradiol)까지 만들어진다(도 1 참조). 따라서 여포의 모든 스테로이드 생성효소의 활성이 정밀하게 유지될 때 동물의 생식활동이 정상적으로 이루어질 수 있다.Steroid hormones produced and secreted by follicles in the ovary play a crucial role in regulating the growth, maturation and ovulation of the ovum, as well as in the reproductive cycle of animals. It also plays a fundamental role in reproductive activity by engaging in the development and maintenance of reproductive organs. Steroid hormone production of these follicles is made up of estradiol in stages by a series of enzymatic reactions using cholesterol as an initial precursor (see Figure 1). Therefore, when the activity of all steroid-producing enzymes in the follicles is precisely maintained, the reproductive activity of the animal can be normally performed.

한편, 양서류, 예를 들어 개구리의 난소에서 적출한 여포는 무기염류를 함유하는 간단한 배양액에서도 생존이 가능할 뿐 아니라, 단순한 배양조건 하에서도 각종 스테로이드들을 다량 생성할 수 있는 능력을 갖고 있다. 즉, 개구리의 여포는 스테로이드 생성에 관련된 효소들, 예를 들어, 3β-HSD, 17α-하이드록실라제, C17,20-리아제(lyase), 17β-HSD 및 아로마타제를 모두 함유하고 있다. 본 발명자들은 내분비계 장애물질들이 여포의 스테로이드 생성을 강력하게 억제하는 것을 발견하고, 이에 기초하여 환경유해물질의 검출 및 독성 평가방법을 개발 정립하였다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 하기 방법들을 포함한다:On the other hand, the follicles extracted from amphibians, such as frog ovaries, can survive in simple cultures containing inorganic salts, and have the ability to produce large amounts of various steroids even under simple culture conditions. That is, the frog's follicle contains all of the enzymes involved in steroid production, such as 3β-HSD, 17α-hydroxylase, C 17,20 -lyase, 17β-HSD and aromatase. The present inventors have found that endocrine disruptors strongly inhibit the steroid production of follicles, and based on this, developed and established a method for detecting environmentally harmful substances and evaluating toxicity. More specifically, the present invention includes the following methods:

1) 여포의 스테로이드 생성에 영향을 미치는 환경유해물질 검출 및 독성 평가방법1) Detection of environmentally harmful substances and evaluation of toxicity that affect steroid production of follicles

2) 환경유해물질 독성의 가역성 또는 비가역성 판정방법2) Reversible or irreversible determination method of environmentally harmful substances

3) 환경유해물질이 작용하는 스테로이드 생성효소 동정방법3) Identification method of steroid-producing enzyme acting environmentally harmful substances

1-a) 유해 후보물질들의 검출 1-a) Detection of Hazardous Candidates

여포는 난자와 이를 둘러싸고 있는 여포세포들로 이루어져 있는데, 스테로이드의 생성은 뇌하수체호르몬의 자극으로 체세포들, 즉 여포세포와 협막세포층에 의해 이루어진다. 본 발명에서는, 양서류, 특히 개구리 여포를 뇌하수체호르몬과 후 보물질로 동시에 처리하여 일정시간, 예를 들어 12 시간, 인공배양한 후, 배양액으로 분비된 프레그네놀론을, 예를 들어 방사선면역측정(RIA) 방법으로, 정량분석함으로써, 여포의 스테로이드 생성을 억제하는 유해물질들을 일차적으로 검출한다(도 2 참조).The follicle consists of an egg and follicle cells surrounding it. The production of steroids is caused by the somatic cells, ie follicle cells and capillary cell layers, by stimulation of the pituitary hormone. In the present invention, amphibians, in particular frog follicles are treated simultaneously with pituitary hormone and the candidate material for a predetermined time, for example, 12 hours, artificial culture, and then secreted into the culture solution of pregnenolone, for example, radioimmunoassay ( RIA) method, by quantitative analysis, primarily detects harmful substances that inhibit steroid production of follicles (see FIG. 2).

1-b) 검출된 유해물질의 독성 평가 1-b) Toxicity Evaluation of Detected Hazardous Substances

일차적으로 검출된 유해물질 및 유사 화합물의 독성을 비교 평가하기 위하여 이들의 초기 독성농도(ED20) 및 ED50 농도를 구한다. 이를 위하여 여포를 뇌하수체호르몬과 유해물질을 농도별로 첨가한 배양액에서 일정시간 인공배양한 후 배양액으로 분비된 프로그네놀론을, 예를 들어 RIA 방법으로, 정량 분석한다. 이로부터 얻어진 결과로부터, 예를 들어 프리즘(그라패드)(Prism(Grapad)) 프로그램을 이용하여, 유해물질 및 그 화합물이 영향을 미치는 초기 독성농도 및 ED50 농도를 구한다.In order to evaluate the toxicity of the first detected harmful substances and similar compounds, their initial toxicity concentrations (ED 20 ) and ED 50 concentrations are determined. For this purpose, the follicles are artificially cultured in a culture solution containing pituitary hormones and harmful substances for different concentrations, and then quantitatively analyzed for progenolone secreted into the culture medium, for example, by RIA method. From the results obtained therefrom, for example, the Prix (Grapad) program is used to determine the initial toxicity and ED 50 concentration at which the harmful substances and the compounds are affected.

2) 유해물질 독성의 가역성 또는 비가역성 판정 2) Reversible or irreversible determination of toxic substance toxicity

환경유해물질의 독성이 가역적인지 또는 비가역적인지를 알아내는 것은 매우 중요하다. 이는 유해물질에 어느 정도의 노출 기간이 허용될 수 있는지의 여부를 판정하는 중요한 기준이 될 수 있기 때문이다. 따라서 본 발명에서는 유해물질 독성의 가역성 여부를 판정할 수 있는 방법을 제공한다. 이를 위하여 양서류 여포를 환경유해물질에 일정 시간 노출시킨 후, 여포를 기본 배양액으로 옮겨 반복 세척하여 유해물질들을 완전히 제거한 후, 뇌하수체호르몬이 처리된 배양액에 옮겨 일정 시간 배양하여, 여포로부터 생성된 프로게스테론을, 예를 들어 RIA 방법으로, 정량한다(도 3 참조).It is very important to find out whether the toxicity of environmentally hazardous substances is reversible or irreversible. This is because it can be an important criterion for determining whether or not a certain period of exposure to hazardous substances can be tolerated. Therefore, the present invention provides a method for determining whether or not the reversibility of the toxic substance toxicity. To this end, the amphibian follicles are exposed to environmentally harmful substances for a certain time, the follicles are transferred to the basic culture solution, and the follicles are repeatedly washed to completely remove the harmful substances. , For example, by RIA method (see FIG. 3).

3) 유해물질이 작용하는 스테로이드 생성효소 검출 3) Detection of steroid synthase with harmful substances

부신과 생식소에 존재하는 스테로이드 생성효소의 아미노산 서열은 확인된 모든 종에서 유사하며, 특히 스테로이드 결합부위는 서열이 거의 동일한 것으로 알려져 있다. 이는 유해물질이 스테로이드 생성효소에 작용한다면 특정 종에 국한되지 않고 여러 종에 광범위하게 영향을 미칠 수 있음을 시사한다. 본 발명에서는 유해물질이 스테로이드 생성효소의 활성에 직접적으로 영향을 미치는지를 밝히고, 영향을 미친다면 어느 단계의 스테로이드 생성효소에 민감하게 작용하는지를 확인한다. 이를 위하여 배양액에 전구 스테로이드를 가하고 배양 중인 여포들이 이들을 산물 스테로이드로 전환시킬 수 있는지 여부를 조사함으로써 간접적으로 여포 내 스테로이드 생성효소의 활성을 조사한다. 여포를 유해물질들과 각 스테로이드 생성효소의 전구 스테로이드가 함유되어 있는 배양액에서 일정시간 배양한 후 배양액으로 분비된 산물 스테로이드를, 예를 들어 RIA 방법으로, 정량 분석한다. 각 효소의 활성에 영향을 미치는 유해물질의 농도를 상호 비교하여 유해물질에 민감한 스테로이드 생성효소를 선정한다(도 4 참조).The amino acid sequences of the steroid synthase present in the adrenal glands and gonads are similar in all identified species, and in particular the steroid binding sites are known to be nearly identical in sequence. This suggests that if a toxic substance acts on steroid-producing enzymes, it could affect a wide range of species without being limited to that species. In the present invention, it is revealed whether the harmful substance directly affects the activity of the steroid-producing enzyme, and if it affects, it checks which stage the steroid-producing enzyme is sensitive to. To this end, pro-steroids are added to the culture and the activity of the steroid-producing enzymes in the follicles is indirectly examined by examining whether the follicles in the culture can be converted to product steroids. The follicles are cultured for a certain period of time in a culture medium containing the harmful substances and the prosteroids of each steroid generating enzyme, and then the product steroid secreted into the culture medium is quantitatively analyzed, for example, by RIA method. Steroid synthase sensitive to the harmful substances is selected by comparing the concentrations of the harmful substances affecting the activity of each enzyme (see FIG. 4).

이하, 본 발명을 실시예에 의해 보다 구체적으로 설명하나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위를 어떤 식으로든 제한하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, which are intended to aid the understanding of the present invention but do not limit the scope of the present invention in any way.

실시예 1: 여포의 스테로이드 생성에 영향을 미치는 환경유해물질 검출 및 독성 평가Example 1 Detection of Toxic Chemicals and Toxicity Evaluation Affecting Steroid Production in Follicles

암컷 황소개구리를 채집하여 두부 절개로 도살한 후, 해부현미경 하에서 난소를 적출하였다. 적출된 난소를 배양접시로 옮기고 양서류 링거(Amphibian Ringer; AR) 용액(6.6 g NaCl/ℓ; 0.15 g CaCl2/ℓ; 0.15 g KCl/ℓ)으로 잘 세척한 후, 두 개의 미세핀셋으로 난소로부터 개개의 여포를 분리해내었다. 분리해낸 여포들을 각각 1 ㎖의 배양액이 들어있는 다공배양접시(24 웰 페트리디쉬)의 각 웰에 10 개씩 넣은 후, 배양접시를 진탕배양기(24 ℃, 80 rpm)에 옮겨 18 시간 배양하였다. 이때 배양액으로는, AR 용액에 나트륨 페니실린 G(30 ㎎/ℓ), 황산스트렙토마이신(50 ㎎/ℓ) 및 중탄산나트륨 완충액(200 ㎎ NaHC03/ℓ)를 사용 직전에 첨가하여 사용하였다. 뇌하수체 추출물(FPH)로는, 절개한 개구리의 두부로부터 즉시 미세핀셋으로 뇌하수체를 적출한 후 냉동기(-70 ℃)에서 보관하다가 일정 수가 모이면 뇌하수체들을 모아서 4 ℃를 유지하는 AR 용액(gland/㎖)으로 옮긴 후 유리 균질화기(glass homogenizer)로 균질화하였다. 균질화된 시료를 4 ℃에서 20 분간 원심분리(8,000 rpm)하여 고형물질들을 제거한 후, 1 ㎖씩 분주하여 냉동고에 보관하다가 필요 시 녹여서 사용하였다. 여포들을 배양할 때에는 여포들의 스테로이드의 생성을 촉진하기 위하여 FPH(0.1 gland/㎖) 또는 전구 스테로이드(100 ng/㎖)를 첨가하였다. 환경유해물질의 영향을 조사하기 위하여, 배양액에 FPH 또는 전구 스테로이드 이외에 일정 농도(0.01~100 μM)의 환경유해물질(유기주석, 중금속, 이미다졸 계열의 항진균제, 피레스로이드 계열의 살충제)이 동시에 첨가된 배양액에서 18 시간 동안 인공배양하였다. 프레그네놀론(P5)은 다른 스테로이드와는 달리 배양액으로 분비되지 않으므로, 배양 후 배양접시에서 배양액을 제거하고 10 개의 여포당 1 ㎖의 메탄올(웰당 1 ㎖)을 첨가하여 여포 내에 포함되어 있는 스테로이드를 추출한 후, RIA 방법을 이용하여 생성된 P5의 수준을 측정함으로써, 이들 유해물질들의 P450SCC 효소 활성 억제효과를 조사하였다.Female bullfrog was collected and slaughtered by head dissection, and ovaries were removed under a dissecting microscope. The isolated ovaries are transferred to a Petri dish and washed well with Amphibian Ringer (AR) solution (6.6 g NaCl / L; 0.15 g CaCl 2 / L; 0.15 g KCl / L), followed by two microtweezers from the ovary. Individual follicles were separated. The separated follicles were placed in each well of a porous culture dish (24 well Petri dish) each containing 1 ml of culture medium, and then the culture dish was transferred to a shaker (24 ° C., 80 rpm) and cultured for 18 hours. At this time, sodium penicillin G (30 mg / L), streptomycin (50 mg / L) and sodium bicarbonate buffer (200 mg NaHC0 3 / L) were added to the AR solution immediately before use. Pituitary gland extract (FPH), an AR solution (gland / ml) that extracts the pituitary gland immediately from the head of an incised frog with micro-tweezers, stores it in a freezer (-70 ° C), and collects the pituitary gland to maintain 4 ° C. After transfer to the homogenizer (glass homogenizer). The homogenized sample was centrifuged (8,000 rpm) for 20 minutes at 4 ° C. to remove solids, then dispensed in 1 ml and stored in a freezer, and dissolved as needed. When culturing follicles, FPH (0.1 gland / ml) or prosteroid (100 ng / ml) was added to promote the production of steroids in the follicles. In order to investigate the effects of environmentally harmful substances, a certain concentration (0.01 to 100 μM) of environmentally harmful substances (organic tin, heavy metals, imidazole antifungals, pyrethroid insecticides) is added to the culture medium in addition to FPH or prodrugs. The cultures were incubated for 18 hours. Unlike other steroids, pregnenolone (P5) is not secreted into the culture medium, so after incubation, remove the culture medium from the culture plate and add 1 ml of methanol per 10 follicles (1 ml per well) to remove the steroid contained in the follicles. After extraction, the inhibitory effect of P450 SCC enzyme activity of these harmful substances was investigated by measuring the level of P5 produced using the RIA method.

유기주석, 중금속 및 이미다졸 계열의 항진균제에 대한 결과를 도 5에 나타내었다. 도 5(A)에 나타낸 바와 같이, 부틸주석 화합물 중 트리부틸주석(TBT) 및 디부틸주석(DBT)이 가장 효과적으로 뇌하수체호르몬의 자극에 의한 여포의 P5 생성을 억제하였으며, 특히 TBT는 0.05 μM(ED50)에서부터 유의하게 여포의 P5 생성을 억제하였다. 페닐주석 화합물의 경우, 모노-(MPT), 디-(DPT), 트리페닐주석(TPT) 모두 여포의 P5 생성을 억제하였으며, DPT 및 TPT의 ED50은 0.05 μM, MPT의 ED50은 0.18 μM이었다(도 5(B)). 이러한 결과들은 개구리의 P450SCC 효소계가 TBT 및 DBT에 의해 극히 민감하게 억제되어, 이 계열의 유해물질을 판정하는데 좋은 지표가 됨을 보여주는 것이다.The results for the organotin, heavy metal and imidazole-based antifungal agents are shown in FIG. 5. As shown in FIG. 5 (A), tributyltin (TBT) and dibutyltin (DBT) of butyltin compounds most effectively inhibited P5 production of follicles by stimulation of pituitary hormone, and especially TBT was 0.05 μM ( ED 50 ) significantly inhibited P5 production of follicles. In the case of phenyltin compounds, mono- (MPT), di- (DPT), and triphenyltin (TPT) all inhibited the formation of P5 in follicles, while ED 50 of DPT and TPT was 0.05 μM, and ED 50 of MPT was 0.18 μM. (FIG. 5 (B)). These results show that the frog's P450 SCC enzyme system is extremely sensitive to TBT and DBT, which is a good indicator for the determination of harmful substances in this family.

또한, 이미다졸 계열의 화합물 중 케토코나졸, 이트라코나졸 및 클로코나졸 은 뇌하수체호르몬의 자극에 의한 여포의 P5 생성을 유의하게 억제하였으며, 플루코나졸, 미코나졸 및 에코나졸은 영향을 미치지 않았다. 특히 여포의 P5 생성을 억제하는 케토코나졸, 이트라코나졸 및 클로코나졸의 ED50이 각각 0.06 μM, 0.7 μM 및 5 μM를 나타냄으로써, 본 실시예에 사용된 항진균제 중 클로코나졸이 가장 효과적으로 여포의 P450SCC 효소 활성을 억제하는 것으로 나타났다(도 5(C) 및 (D)). 이 결과는 이미다졸 화합물의 독성 평가에도 본 방법이 유용하게 이용될 수 있음을 보여주는 것이다.In addition, ketoconazole, itraconazole and cloconazole of the imidazole family of compounds significantly inhibited the P5 production of follicles by stimulation of the pituitary hormone, but fluconazole, myconazole and echonazol had no effect. In particular, the ED 50 of ketoconazole, itraconazole and cloconazole, which inhibit the production of follicles P5, exhibited 0.06 μM, 0.7 μM and 5 μM, respectively, so among the antifungal agents used in this example, cloconazole was most effective in the follicle P450 SCC. It was shown to inhibit enzymatic activity (Figs. 5 (C) and (D)). The results show that the method can be usefully used for the toxicity evaluation of imidazole compounds.

한편, 여러 가지 중금속들의 효과를 조사한 결과, 아연 및 납은 여포의 P5 생성을 억제하는 효과를 나타내고(도 5(E)), 카드늄은 낮은 농도에서 P5 생성을 촉진하는 효과를 나타내며, 높은 농도에서는 P5 생성을 억제하는 이중적인 효과를 나타내었다(도 5(G)). 그러나 코발트와 비소는 여포의 스테로이드 생성에 영향을 미치지 않았다(도 5(F)). 따라서 P450SCC 효소계는 중금속의 효과를 판정하는 것으로는 다소 비효율적인 것으로 판단되었다. 그러나 카드늄이 매우 낮은 농도에서 P5의 생성을 촉진한다는 것은 매우 흥미로운 결과로서 이 부분을 생물지표로 삼을 가능성을 제시해주고 있다.On the other hand, as a result of investigating the effects of various heavy metals, zinc and lead have the effect of inhibiting the generation of P5 of the follicles (Fig. 5 (E)), cadmium has the effect of promoting P5 production at low concentrations, at high concentrations The dual effect of inhibiting P5 production was shown (FIG. 5 (G)). However, cobalt and arsenic did not affect the steroid production of follicles (Fig. 5 (F)). Therefore, the P450 SCC enzyme system was judged to be somewhat inefficient in determining the effect of heavy metals. However, the fact that cadmium promotes the production of P5 at very low concentrations is a very interesting result, suggesting the possibility of using this part as a biomarker.

피레스로이드 계열의 살충제들에 대한 결과를 표 1에 나타내었다.The results for the pyrethroid family of insecticides are shown in Table 1.

살충제 주요성분들이 여포의 스테로이드 생성에 미치는 영향Effects of Pesticides on Steroid Production in Follicles 0.01 μM 0.01 μM 0.1 μM 0.1 μM 1 μM 1 μM 10 μM 10 μM 100 μM 100 μM 바이오알레트린BioAlltrin + *1 + * 1 ++ ++ ++ ++ 디메토에이트Dimethoate ++ ++ ++ ++ ++ 펜타클로로페놀Pentachlorophenol ++ ++ ++ ++++ ++ 퍼메트린Permethrin ++ ++++ ++++ ++++++ ++ 테트라메트린Tetramethrin ++ ++++ ++++ ++++ ++ 델타메트린Deltamethrin ++++ ++ ++++ ++++ ++++ 메톡시클로르Methcyclocyclo ++++ ++ ++ ++ ++++ 펜발레레이트Penvalerate ++ ++ -- ++++ ++

*1; 대조군에 비해 거의 비슷한 수준의 활성 유지*One; Maintain almost similar level of activity compared to the control

+; 대조군에 비해 110~200% 효소활성 상승+; 110 ~ 200% higher enzyme activity than control

++; 대조군에 비해 201~300% 효소활성 상승++; 201 ~ 300% higher enzyme activity than control

표 1에 나타낸 바와 같이, 피레스로이드 계열의 살충제들은 오히려 뇌하수체호르몬의 자극에 의한 여포의 스테로이드(P5) 생성을 다소 상승시키는 효과를 나타내었다. 이러한 결과들은 피레스로이드 계열의 살충제들이 P450SCC 효소의 활성을 촉진하는 것을 의미하며, 이 효과를 이용하여 생물지표로 사용할 가능성을 또한 제시해주고 있다.As shown in Table 1, the pyrethroid-type insecticides rather showed an effect of slightly increasing the steroid (P5) production of follicles by stimulation of pituitary hormone. These results indicate that pyrethroid-based insecticides promote the activity of the P450 SCC enzyme, suggesting the possibility of using it as a biomarker.

상기한 결과들을 종합해보면 다음과 같은 사실을 알 수 있었다:Taken together, we can see that:

1) 부틸주석 계열의 유해물질을 판정하는데 개구리 여포의 P450SCC 효소의 활성억제 현상을 생물지표로 이용할 수 있는데, 이 방법을 이용하면 TBT와 DBT가 MPT 보다 독성이 더 큰 것으로 나타났다.1) Inhibition of P450 SCC enzyme activity in frog follicles can be used as a biomarker for the determination of butyltin-based harmful substances. TBT and DBT are more toxic than MPT.

2) 6종의 이미다졸 계열 항진균제를 조사해본 결과, 케토코나졸, 이트라코나졸 및 클로코나졸이 다른 것들보다 효과적으로 P450SCC 효소의 활성을 억제하는 것으로 나타났다.2) Investigation of six imidazole antifungal agents showed that ketoconazole, itraconazole and cloconazole inhibit the activity of P450 SCC enzyme more effectively than others.

3) 5종의 중금속을 조사해본 결과, 아연과 납이 다른 중금속들 보다 더 효과적으로 P450SCC 효소의 활성을 억제하는 것으로 나타났다.Investigation of five heavy metals revealed that zinc and lead inhibit P450 SCC enzyme activity more effectively than other heavy metals.

4) 8종의 피레스로이드 계열 살충제를 조사해본 결과, 흥미롭게도 일부 살충제들이 P450SCC 효소의 활성을 오히려 촉진하는 것으로 나타났다.4) Investigations of eight pyrethroid-based insecticides showed that some insecticides rather promote the activity of the P450 SCC enzyme.

이러한 결과들은 양서류의 생식계 중 여포의 스테로이드 생성능력을 이용하면 성호르몬의 생성에 영향을 미치는 환경유해물질의 검출 및 독성 평가가 용이하다는 사실을 보여주고 있다.These results show that the use of follicle steroids in the reproductive system of amphibians facilitates the detection and toxicity assessment of environmentally harmful substances that affect sex hormone production.

실시예 2: 환경유해물질 독성의 가역성· 비가역성 판정Example 2: Reversibility and irreversibility determination of toxicity of environmentally harmful substances

환경유해물질의 독성이 가역적인지 또는 비가역적인지를 알아내기 위하여, 황소개구리 여포를 환경유해물질(100 μM)에 일정 시간(5, 30, 60, 120, 240, 360분) 노출시킨 후, 여포를 기본 배양액으로 옮겨 반복 세척하여 유해물질들을 완전히 제거한 후, 뇌하수체호르몬이 처리된 배양액에 옮겨 18 시간 동안 배양하여, 여포로부터 생성된 P5 수준을 RIA 방법을 이용하여 측정하였다.To determine whether the toxicity of the environmentally hazardous substance is reversible or irreversible, the bullfrog follicle is exposed to the environmentally hazardous substance (100 μM) for a period of time (5, 30, 60, 120, 240, 360 minutes), and then the follicle is exposed. After removing the harmful substances completely by transferring to the basal culture, and repeatedly washed, the pituitary hormone-treated medium was incubated for 18 hours, and the P5 level generated from the follicles was measured using the RIA method.

그 결과를 도 6에 나타내었다. 부틸주석 화합물 중 DBT, TBT, 테트라부틸주석(TTBT)은 독성이 매우 강하여 여포를 이들 물질에 30 분만 노출시켜도 여포의 스테로이드 생성이 완전히 억제됨을 확인할 수 있었다(도 6(A)). 또한 페닐주석 화합물에는 매우 짧은 시간(5 분) 동안 노출되어도 여포의 스테로이드 생성이 억제되고, TPT>DPT>MPT 순으로 비가역적 독성이 강함을 확인하였다(도 6(B)). 그러나 MBT에 의해서는 4 시간 이상 노출 시에도 여포의 스테로이드 생성이 억제되지 않았다(도 6(A)). 이러한 결과는 부틸주석과 페닐주석 계열의 유해물질 독성효과의 가역성 여부를 판정하는데 이 모델이 매우 유용한 생물지표로 이용될 수 있다는 것을 의미한다.The results are shown in FIG. Among the butyltin compounds, DBT, TBT, and tetrabutyltin (TTBT) were very toxic, and it was confirmed that the follicle steroid production was completely inhibited even when the follicles were exposed to these substances for 30 minutes (Fig. 6 (A)). In addition, even when exposed to a phenyltin compound for a very short time (5 minutes) it was confirmed that the steroid production of the follicles is suppressed, and the irreversible toxicity is strong in the order of TPT> DPT> MPT (Fig. 6 (B)). However, MBT did not inhibit the steroid production of follicles even after 4 hours of exposure (FIG. 6 (A)). These results indicate that this model can be used as a very useful biomarker for determining the reversibility of the toxic effects of butyltin and phenyltin.

이미다졸 계열의 여러 화합물 중 케토코나졸, 이트라코나졸 및 에코나졸은 약 30 분의 노출에도 여포의 스테로이드 생성이 억제됨을 확인할 수 있었다(도 6(C)). 아울러 여러 종류의 중금속 화합물 중 카드늄, 아연, 납은 상대적으로 수은 및 코발트에 비해 비가역적으로 독성을 나타낸다는 것을 확인할 수 있었으며, 특히 카드늄의 경우 60 분 정도의 노출에도 충분히 여포의 스테로이드 생성이 억제됨을 확인할 수 있었다(도 6(E) 및 (F)). 이러한 결과들은 환경유해물질이 비교적 단기간 노출되었을 때에도 회복할 수 없는 독성효과를 나타낸다는 것을 보여주고 있다. 이러한 결과들은 생체가 환경유해물질에 노출되었을 때 독성의 가역성 여부를 판정하는데 본 방법을 충분히 활용할 수 있음을 보여주는 것이다.Ketoconazole, itraconazole and econazol among the various imidazole series compounds were confirmed to inhibit the steroid production of the follicles even after about 30 minutes of exposure (FIG. 6 (C)). In addition, it was confirmed that cadmium, zinc, and lead among various kinds of heavy metal compounds are relatively irreversibly toxic compared to mercury and cobalt. It could be confirmed (FIG. 6 (E) and (F)). These results show that environmentally harmful substances have an irreversible toxic effect even after relatively short exposures. These results show that the method can be fully utilized to determine the reversibility of toxicity when living organisms are exposed to environmentally harmful substances.

실시예 3: 환경유해물질이 작용하는 스테로이드 생성효소 동정Example 3: Identification of steroid synthase acting on environmentally harmful substances

본 실시예에서는 상기 확인된 유해물질들이 여포의 스테로이드 생성효소 중 어느 효소에 대해 결정적으로 억제 또는 촉진 작용을 하는지를 조사하고자 하였다. 이를 위하여 이미 유해성이 확인된 몇몇 환경유해물질(100 μM)을 여포에 먼저 처리하여 18 시간 동안 배양한 후, 생성 및 분비된 스테로이드를 RIA 방법으로 정량분석하여, 효소의 활성에 미치는 유해물질들의 효과를 조사하였다. P5 이외의 모든 스테로이드들은 배양액으로 분비가 잘 되므로 별도의 추출과정 없이 배양액 내의 스테로이드 농도를 직접 측정할 수 있었다. In this example, it was intended to investigate whether the identified harmful substances deterministically inhibit or promote the action of the steroid-producing enzyme of the follicle. To this end, several environmentally harmful substances (100 μM), which have already been identified as harmful, were first treated in the follicles and incubated for 18 hours, and then the produced and secreted steroids were quantitatively analyzed by the RIA method. Was investigated. All steroids other than P5 were well secreted into the cultures, so the steroid concentrations in the cultures could be measured directly without additional extraction.

그 결과를 도 7 내지 9에 나타내었다. 여러 종류의 부틸주석 화합물 중 특히 TBT는 3β-HSD, 17β-HSD 및 아로마타제의 활성을 억제하며(도 7(A), (D) 및 (E)), C17,20-리아제의 활성을 부분적으로 억제하고(도 7(C)), DBT와 TTBT는 TBT보다는 다소 덜 강하게 이들 스테로이드 생성효소의 활성을 억제하였으나, TBT와 다르게 17α-하이드록실라제의 활성은 억제하지 않았다(도 7(B)). 이에 반해 MBT는 거의 모든 스테로이드 생성효소의 활성에 영향을 미치지 않았다(도 7(A) 내지 (E)). 이러한 결과는 TBT의 스테로이드 생성 억제효과의 표적이 어떤 특정 효소에 있는 것이 아니라, 몇 종의 효소에 작용한다는 것을 시사하며, 일부 효소작용에는 영향을 미치지 않는다는 것을 또한 보여주는 것이다.The results are shown in FIGS. 7 to 9. Among the various butyltin compounds, in particular TBT inhibits the activity of 3β-HSD, 17β-HSD and aromatase (Figs. 7 (A), (D) and (E)) and inhibits the activity of C 17,20 -lyase. Partially inhibited (FIG. 7C), DBT and TTBT inhibited the activity of these steroid synthase somewhat less strongly than TBT, but did not inhibit the activity of 17α-hydroxylase unlike TBT (FIG. 7 (C). B)). In contrast, MBT did not affect the activity of almost all steroid synthase (FIGS. 7 (A) to (E)). These results suggest that the target of the steroid-inhibiting effect of TBT is not on any specific enzyme, but on several enzymes, but also does not affect some enzymatic actions.

이미다졸 계열의 화합물 중 케토코나졸은 17α-OH-프로게스테론을 안드로스테네디온(androstenedione)으로 전환시키는 C17,20-리아제의 활성을 오히려 촉진하는 것으로 나타났으며, 플루코나졸, 에코나졸도 이 효소의 활성을 일부 촉진하는 것을 관찰할 수 있었다(도 8(A) 및 (B)). 또한 본 연구에서 사용된 이미다졸 계열의 화합물은 안드로스테네디온(AD)을 테스토스테론(T)로 전환시키는 17β-HSD의 활성에 영향을 미치지 못한다는 사실을 확인하였다(도 8(C) 및 (D)). 이러한 결과들은 이미다졸 계열의 화합물들은 스테로이드 합성과정의 일부 효소들의 작용을 억제하기 보다는 오히려 촉진하는 효과를 가짐을 보여주고 있다.Among the imidazole compounds, ketoconazole has been shown to promote the activity of C17,20-lyase, which converts 17α-OH-progesterone to androstenedione, and fluconazole and econazole also enhance the activity of this enzyme. Some acceleration could be observed (FIGS. 8A and 8B). It was also confirmed that the imidazole family of compounds used in this study did not affect the activity of 17β-HSD, which converts androstenedione (AD) to testosterone (T) (Figs. 8 (C) and ( D)). These results show that imidazole compounds have a facilitating effect rather than inhibiting the action of some enzymes in steroid synthesis.

중금속류들이 세포질에 존재하는 HSD의 활성에 영향을 미치는지에 대하여 먼저 조사하였다. 여러 중금속 중 수은과 카드늄은 안드로스테네디온을 테스토스테론으로 전환시키는 효소인 17β-HSD의 활성을 선택적으로 억제하였으며, 납은 이 효소의 활성을 부분적으로 억제하였다(도 9(A) 및 (B)). 그러나 카드늄 등 중금속류는 프레그네놀론(P5)을 프로게스테론(P4)으로 전환시키는 3β-HSD의 활성에는 매우 미미한 영향을 미쳤다(도 9(C) 및 (D)).First, we investigated whether heavy metals affect the activity of HSD in the cytoplasm. Mercury and cadmium, among other heavy metals, selectively inhibited the activity of 17β-HSD, an enzyme that converts androstenedione to testosterone, and lead partially inhibited the activity of the enzyme (Figs. 9 (A) and (B)). ). However, heavy metals such as cadmium had a very small effect on the activity of 3β-HSD, which converts pregnenolone (P5) to progesterone (P4) (Figs. 9 (C) and (D)).

프탈레이트 계열의 화합물에 대한 결과를 표 2에 나타내었다.The results for the phthalate compounds are shown in Table 2.

Figure 112006075146520-pat00001
Figure 112006075146520-pat00001

o; 대조군에 비해 거의 비슷한 수준의 활성 유지o; Maintain almost similar level of activity compared to the control

+; 대조군에 비해 110~200% 효소활성 상승+; 110 ~ 200% higher enzyme activity than control

++; 대조군에 비해 201~300% 효소활성 상승++; 201 ~ 300% higher enzyme activity than control

표 2에 나타낸 바와 같이, 프탈레이트 계열의 화합물은 여포의 스테로이드 생성효소의 활성을 억제하기보다는 다소 상승시키는 효과가 있었다. 특히 디프로필프탈레이트(DPrP)와 디-n-헥실프탈레이트(DHP)는 프로게스테론을 17α-OH-프로게스테론으로 전환시키는 17α-하이드록실라제의 활성을 상승시키는 효과를 보였으나, 그 밖의 프탈레이트 계열 화합물들은 미미하게 여포의 스테로이드 생성효소의 활성을 상승시키는 결과를 보였다.As shown in Table 2, the phthalate-based compound had a somewhat synergistic effect rather than inhibiting the activity of the steroid synthase of follicles. In particular, dipropylphthalate (DPrP) and di-n-hexylphthalate (DHP) showed the effect of enhancing the activity of 17α-hydroxylase, which converts progesterone to 17α-OH-progesterone, but other phthalate compounds There was a slight increase in the activity of steroid synthase in follicles.

상기 결과들로부터 양서류 여포의 스테로이드 생성계를 이용하면 어떤 환경유해물질이 어떤 스테로이드 생성효소의 활성에 영향을 미치는지를 확인할 수 있을 뿐만 아니라, 그에 따른 피해를 미리 예측할 수 있다.Using the steroid-producing system of amphibian follicles from the above results, it is possible not only to determine which environmentally harmful substances affect the activity of steroid-producing enzymes, and to predict the damage accordingly.

본 발명에서는, 각종 스테로이드 호르몬을 생성할 수 있는 양서류, 특히 개구리의 여포 배양계를 이용하여 성 호르몬 생성에 영향을 미치는 환경유해물질들을 검출하고, 그 독성을 평가할 수 있는 방법을 개발 및 정립하였다. 본 발명에 따른 방법은 배양이 간단하고 스테로이드 생성능력이 뛰어난 양서류 여포의 배양계를 이용함으로써 간단하고 경제적이며, 궁극적으로 동물들의 번식에 영향을 미치는 환경유해물질을 객관적이고 과학적으로 검출하고 독성을 평가할 수 있는 방법으로 활용되며, 나아가 인간의 건강에 미치는 영향을 판정할 수 있는 기초 자료를 제공할 수 있다.In the present invention, an amphibian capable of producing various steroid hormones, particularly a follicle culture system of frogs, has been developed and established a method for detecting environmentally harmful substances affecting sex hormone production and evaluating its toxicity. The method according to the present invention is simple and economical by using a culture system of amphibian follicles, which is simple to culture and excellent in steroid production ability, and can objectively and scientifically detect and evaluate toxicity of environmentally harmful substances affecting the reproduction of animals. It can be used in many ways, and can provide basic data for judging the impact on human health.

Claims (8)

1) 양서류 여포를 스테로이드 생성 촉진제 및 후보물질 존재 하에 배양하고;1) Amphibian follicles are cultured in the presence of steroid production promoters and candidates; 2) 단계 1)의 여포로부터 생성된 스테로이드를 정량하여 후보물질이 환경유해물질인지 여부를 판정하는:2) quantifying the steroid generated from the follicle of step 1) to determine whether the candidate is an environmentally harmful substance: 단계를 포함하는, 환경유해물질의 검출방법.A method for detecting environmentally harmful substances, comprising the step of: 1) 양서류 여포를 스테로이드 생성 촉진제 및 환경유해물질 존재 하에 배양하고;1) Amphibian follicles are cultured in the presence of steroid production promoters and environmentally harmful substances; 2) 단계 1)의 여포로부터 생성된 스테로이드를 정량하여 환경유해물질의 독성을 평가하는:2) To evaluate the toxicity of environmentally harmful substances by quantifying the steroid produced from the follicle of step 1): 단계를 포함하는, 환경유해물질의 독성 평가방법.A method for assessing the toxicity of environmentally harmful substances, comprising the steps of: 1) 양서류 여포를 환경유해물질 존재 하에 배양한 후, 환경유해물질을 제거하고;1) cultivating amphibian follicles in the presence of environmentally harmful substances, and then removing the environmentally harmful substances; 2) 단계 1)의 여포를 스테로이드 생성 촉진제 존재 하에 배양하고;2) incubating the follicles of step 1) in the presence of a steroid production promoter; 3) 단계 2)의 여포로부터 생성된 스테로이드를 정량하여 환경유해물질의 독성이 가역적인지 비가역적인지를 판정하는:3) Quantifying the steroid produced from the follicles of step 2) to determine whether the toxicity of the environmentally harmful substance is reversible or irreversible: 단계를 포함하는, 환경유해물질 독성의 가역성 또는 비가역성 판정방법.Reversible or irreversible determination method of the environmental toxicity, comprising the step. 1) 양서류 여포를 환경유해물질 및 전구 스테로이드 존재 하에 배양하고;1) Amphibian follicles are cultured in the presence of environmentally harmful substances and prosteroids; 2) 단계 1)의 여포로부터 생성된 산물 스테로이드를 정량하여 환경유해물질이 작용하는 스테로이드 생성효소를 동정하는:2) Identifying the steroid-producing enzymes acting as environmentally harmful substances by quantifying the product steroid generated from the follicle of step 1): 단계를 포함하는, 환경유해물질이 작용하는 스테로이드 생성효소의 동정방법.A method for identifying a steroid-producing enzyme acting on environmentally harmful substances, comprising the step. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 양서류가 개구리인 방법.The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the amphibian is a frog. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 환경유해물질이 중금속, 항진균제, 살충제 또는 내분비계 장애물질인 방법.The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the environmentally harmful substance is a heavy metal, an antifungal agent, an insecticide or an endocrine disruptor. 제6항에 있어서, 환경유해물질이 부틸주석, 이미다졸 계열의 항진균제, 피레스로이드 계열의 살충제 또는 프탈레이트인 방법.7. The method according to claim 6, wherein the environmentally harmful substance is butyltin, imidazole-based antifungal agent, pyrethroid-based insecticide or phthalate. 1) 양서류 여포;1) amphibian follicles; 2) 여포를 배양하기 위한 배지; 및2) medium for culturing follicles; And 3) 여포로부터 생성된 스테로이드의 정량수단:3) Means of Quantifying Steroids Generated from Follicle: 을 포함하는, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 방법에 사용하기 위한 키트.Kits for use in the method according to any one of claims 1 to 4, comprising.
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