KR20030033518A - Method for determining radiation sensitivity of animal by activities of glutathione related enzymes - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method of determining the radiation sensitivity or radiation resistance of an animal by measuring the activity level of an enzyme associated with glutathione from a biological sample is provided, thereby predicting the radiation sensitivity of a patient prior to radiotherapy and effectively preventing of adverse effects caused by radiation. CONSTITUTION: A method of determining the radiation sensitivity of an animal comprises: collecting a biological sample from an animal; measuring the activity level of one or two enzymes selected from the group consisting of glutathione peroxidase, glutathione reductase and glucose 6-phosphate dehydrogenase; and determining the radiation sensitivity thereof.

Description

글루타티온 관련 효소의 활성에 의한 동물의 방사선에 대한 감응성을 결정하는 방법{METHOD FOR DETERMINING RADIATION SENSITIVITY OF ANIMAL BY ACTIVITIES OF GLUTATHIONE RELATED ENZYMES}METHOD FOR DETERMINING RADIATION SENSITIVITY OF ANIMAL BY ACTIVITIES OF GLUTATHIONE RELATED ENZYMES}

본 발명은 방사선에 대한 동물의 감응성을 결정하는 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 동물의 생물학적 시료로부터 글루타티온 대사 관련 효소인 글루타티온 과산화효소(glutathione peroxidase), 글루타티온 환원효소(glutathione reductase) 및 포도당 6 인산 탈수소효소(glucose 6-posphate dehydrogenase)의 활성을 측정하여 동물의 방사선에 대한 감응성 여부를 결정하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for determining the animal's sensitivity to radiation. Specifically, the present invention measures the activity of glutathione-related enzymes glutathione peroxidase, glutathione reductase and glucose 6-phosphate dehydrogenase from animal biological samples. The present invention relates to a method for determining the sensitivity to radiation.

엑스선과 감마선과 같은 방사선(ionizing radiation, IR)은 물을 이온화(ionization)시키고 여기(excitation) 생성물을 생성한다. 동물은 체중의 55-80% 정도의 물을 포함하고 있다. 따라서, 방사선에 노출되게되면 물의 방사선분해에 의해 히드록시라디칼(OH·), 과산화수소(H2O2), 알콕시(RO·), 퍼옥시(ROO·), 수퍼옥사이드(O2·-) 등과 같은 활성산소체(reactive oxygen species; ROS)들이 체내에 생성되게된다. 물의 방사선분해(radiolysis) 산물인 활성산소체의 생성정도는 물에 산소가 녹아 있는 경우 훨씬 증가한다. 활성산소체들은 반응성이 매우 크므로 세포내의 거의 모든 종류의 생물분자들과 반응하여 단백질의 산화, 세포막 지질의 과산화, DNA의 사슬절단 및 산화 등을 초래하여 세포를 손상시킨다.Ionizing radiation (IR), such as X-rays and gamma rays, ionizes water and produces excitation products. Animals contain water at 55-80% of their body weight. Therefore, when exposed to radiation, such as hydroxy radical (OH · ), hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), alkoxy (RO · ), peroxy (ROO · ), superoxide (O 2 ·- ) Reactive oxygen species (ROS) are produced in the body. The production of free radicals, the product of radiolysis of water, increases even more when oxygen is dissolved in water. Because reactive oxygen species are very reactive, they react with almost all kinds of biomolecules in the cell, resulting in protein oxidation, cell membrane lipid peroxidation, DNA chain cleavage and oxidation, and so on.

방사선의 세포 손상작용을 이용하여 암을 치료하는 방법은 보편화 되어있다. 방사선요법은 고에너지 방사선을 이용하여 암세포를 죽이는 암 치료법이다. 방사선은 암세포와 건강한 세포 모두에 영향을 줄 수 있으나 여러 가지 방법과 기술을 이용하여 정상 조직에는 영향을 덜 주면서 암세포를 많이 파괴하여 암을 치료한다. 방사선을 암에 조사하는 경우, 암세포를 즉각 죽이지는 못하나 암세포가 분열·증식하는 기능을 파괴하여 새로운 암 세포가 분열·생성되지 못하게 하고 더 이상 분열하지 않는 암세포는 수명이 다해 죽게된다. 매 치료마다 더 많은 세포가 죽고,죽은 세포는 분해되어 혈액으로 운반되어 몸밖으로 배출되어 종양의 크기는 줄어든다. 건강한 세포의 경우에는 대부분이 회복되나 일부 회복되지 않아 방사선요법의 부작용이 생길 수 있다. 즉, 방사선요법은 경우에 따라 불가피하게 정상조직의 기능 약화 또는 상실을 초래하기도 한다. 치료 후 수년 또는 수십 년 후 방사선 치료를 받은 부위에 이차성 암이 발생하는 경우도 있다. 특히 각 장기의 발육이 진행되는 소아에서는 방사선요법으로 인하여 지능발달의 지연이나 골발육의 장애 등 심각한 부작용이 발생할 수 있다.Treatment of cancer using the cellular damaging effects of radiation is commonplace. Radiation therapy is a cancer treatment that uses high energy radiation to kill cancer cells. Radiation can affect both cancerous cells and healthy cells, but many methods and techniques are used to treat cancer by destroying many cancer cells while less affecting normal tissues. When radiation is irradiated to cancer, it does not kill cancer cells immediately, but destroys their ability to divide and proliferate, preventing new cancer cells from dividing and producing, and cancer cells that do not divide anymore die at the end of their lifespan. With every treatment, more cells die and the dead cells are broken down and transported to the blood, where they are released out of the body, reducing the size of the tumor. Most healthy cells recover, but some do not, and can cause side effects of radiation therapy. In other words, radiotherapy may inevitably result in weakening or loss of normal tissue function. Secondary cancers may occur in areas that have undergone radiation treatment years or decades after treatment. In particular, in children with the development of each organ, serious side effects such as delayed intelligence development and disordered bone development may occur due to radiotherapy.

지금까지 방사선을 이용하여 환자를 효과적으로 치료할 수 있는 수단을 개발하는데에만 많은 연구가 이루어져 왔으며 방사선 요법이전에 방사선에 의해 환자에게 나타날 수 있는 부작용을 최소할 수 있는 방안에 대해서는 연구가 전무후무하다. 미국특허 제 6,261,795호에는 암세포에 방사선을 조사한 후 배양하여 그 증식여부를 조사함으로써 암세포의 방사선 민감성을 측정하는 방법이 개시되어 있으나 이 발명의 목적은 방사선에 의해 암세포가 어느 정도로 민감하여 치사될 수 있는 지를 파악하는데 있는 것이었다.Until now, much research has been conducted to develop a means for effectively treating patients with radiation, and there are no studies on minimizing side effects that can be caused by radiation before radiation therapy. US Patent No. 6,261,795 discloses a method for measuring the radiation sensitivity of cancer cells by irradiating the cancer cells and then culturing and proliferating the cancer cells, but the object of the present invention is that cancer cells can be killed by radiation to some extent. Was to figure out.

이러한 관점에서, 환자에게 방사선 요법을 시행하기 전에 방사선이 환자의 개별적인 체질에 따라 환자에게 어느 정도로 영향을 미칠 수 있는 지를 정확히 예측함으로써 방사선이 환자에게 미치는 부작용을 최대한 줄일 수 있는 방안이 절실히 요구되고 있다.In this regard, there is an urgent need for a method that can minimize the side effects of radiation to the patient by accurately predicting how much radiation can affect the patient depending on the patient's individual constitution before the patient is given radiation therapy. .

본 발명자들은 동물의 방사선에 대한 감응성을 연구하던 중 동물의 방사선에대한 민감성 또는 내성 여부를 동물의 생물학적 시료로부터 글루타티온 대사관련 효소인 글루타티온 과산화효소, 글루타티온 환원효소 및 포도당-6 인산 탈수소효소의 활성 수준을 측정함으로써 신속하고도 정확하게 결정할 수 있음을 발견하였다.The inventors of the present invention have studied the sensitivity or resistance of radiation to the activity of animals while studying the sensitivity of the radiation to the activity of glutathione peroxidase, glutathione peroxidase, glutathione reductase and glucose-6 phosphate dehydrogenase. It has been found that by determining can be determined quickly and accurately.

본 발명은 동물로부터 생물학적 시료를 채취하고, 채취된 시료를 임의로 방사선으로 조사한 후, 시료로부터 글루타티온 과산화효소 및 글루타티온 환원효소로 이루어진 그룹중에서 선택된 한 종 또는 두 종 의 효소의 활성 수준을 측정하고, 측정된 활성 수준이 낮은 경우 방사선 민감성으로 판정하는 반면 측정된 활성 수준이 높은 경우 방사선 내성으로 판정함을 특징으로 하여, 동물의 방사선에 대한 감응성을 결정하는 방법에 관한 것이다.The present invention collects a biological sample from an animal, and optionally irradiates the sample with radiation, and then measures the activity level of one or two enzymes selected from the group consisting of glutathione peroxidase and glutathione reductase from the sample. The present invention relates to a method for determining the sensitivity of an animal to radiation, characterized in that it is determined as radiation sensitivity when the activity level is low, whereas radiation resistance is determined when the measured activity level is high.

또한, 본 발명은 동물로부터 생물학적 시료를 채취하고, 채취된 시료를 임의로 방사선으로 조사한 후, 시료로부터 포도당 6 인산 탈수소효소의 활성 수준을 측정하고, 측정된 활성 수준이 낮은 경우 방사선 내성으로 판정하는 반면 측정된 활성 수준이 높은 경우 방사선 민감성으로 판정함을 특징으로 하여, 동물의 방사선에 대한 감응성을 결정하는 방법에 관한 것이다.In addition, the present invention collects a biological sample from the animal, and optionally irradiated with the collected sample, and then measure the activity level of glucose phosphate dehydrogenase from the sample, if the measured activity level is low is determined as radiation resistance A method for determining the sensitivity of an animal to radiation is characterized by determining radiation sensitivity when the measured activity level is high.

도 1은 글루타티온의 산화·환원반응을 나타낸 모식도이다.1 is a schematic diagram showing the oxidation / reduction reaction of glutathione.

도 2는 생체내에서 글루타티온의 흐름을 나타낸 모식도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing the flow of glutathione in vivo.

도 3은 방사선 내성 C3H 마우스와 방사선 민감성 C57BL/6 마우스의 방사선 조사에 의한 글루타티온 과산화효소의 활성을 비교한 그래프이다.Figure 3 is a graph comparing the activity of glutathione peroxidase by radiation of radiation resistant C3H mice and radiation sensitive C57BL / 6 mice.

도 4는 방사선 내성 C3H 마우스와 방사선 민감성 C57BL/6 마우스의 방사선 조사에 의한 글루타티온 환원효소의 활성을 비교한 그래프이다.4 is a graph comparing the activity of glutathione reductase by irradiation of radiation resistant C3H mice and radiation sensitive C57BL / 6 mice.

도 5는 방사선 내성 C3H 마우스와 방사선 민감성 C57BL/6 마우스의 방사선 조사에 의한 포도당 6 인산 탈수소효소의 활성을 비교한 그래프이다.5 is a graph comparing the activity of glucose 6-phosphate dehydrogenase by irradiation of radiation-resistant C3H mice and radiation-sensitive C57BL / 6 mice.

본원 명세서에 사용된 용어 "방사선 조사(irradiation)"는 예를 들면 X-선, 자외선, 알파 입자 및 감마선을 포함한 전자선 방사 또는 알파 또는 베타 입자의 작용에 대한 노출을 의미한다.As used herein, the term "irradiation" means exposure to the action of electron radiation or alpha or beta particles, including, for example, X-rays, ultraviolet light, alpha particles and gamma rays.

용어 "그레이(Gy)"는 1 kg의 생물학적 조직에서 1 줄(Joule)을 방출시킬 수 있는 방사선 조사량이다.The term "Gy" is the dose of radiation capable of releasing one joule from 1 kg of biological tissue.

용어 "방사선에 대한 감응성(sensitivity to radiation)"은 일반적으로 방사선 조사에 의해 세포가 민감성을 보이는지 내성을 보이는지에 대한 세포의 반응 성향을 의미한다.The term “sensitivity to radiation” generally refers to the propensity of a cell to respond to radiation by being sensitive or resistant to radiation.

용어 "방사선 민감성(radiation sensitive)"은 일반적으로 방사선 조사에 의해 쉽게 영향을 받는 세포의 성향, 예를 들면 방사선이 조사된 후 억제된 세포 복원 또는 세포 성장의 유사분열 단계에 있는 세포의 감소된 비율을 보여주는 시료의 성향을 가리키기 위해 사용되며, 보다 구체적으로는 생체내에 생성된 활성 산소체(reactive oxygen species)를 제거하는 작용을 하는 생체내 항산화 시스템에 관여하는 효소의 활성이 낮아 방사선에 의해 다량으로 생성된 활성 산소체에 의해 쉽게 영향을 받는 세포의 성향을 가리킨다.The term "radiation sensitive" generally refers to the propensity of cells that are easily affected by irradiation, for example, a reduced proportion of cells in the mitotic stage of cell restoration or cell growth that is inhibited after irradiation. It is used to indicate the propensity of a sample, and more specifically, due to the low activity of enzymes involved in the antioxidant system in vivo, which functions to remove reactive oxygen species generated in vivo, It indicates the tendency of the cell to be easily affected by the generated active oxygen body.

용어 "방사선 내성(radiation resistant)"은 일반적으로 방사선 조사에 의해 쉽게 영향을 받지 않고 방사선에 노출되었을 때 세포 복원 또는 증식에서 아무런 변화가 일어나지 않은 세포의 성향을 가리킨다. 구체적으로는, 생체내에 생성된 활성 산소체를 제거하는 작용을 하는 생체내 항산화 시스템에 관여하는 효소의 활성이 높아 방사선에 의해 다량으로 생성된 활성 산소체에 의해 영향을 거지 받지 않는 세포의 성향을 가리킨다.The term "radiation resistant" generally refers to the propensity of a cell not to be easily affected by irradiation and that no change in cell restoration or proliferation occurs when exposed to radiation. Specifically, the activity of the enzymes involved in the antioxidant system in vivo, which acts to remove the active oxygen bodies generated in vivo, and thus the tendency of the cells not affected by the active oxygen bodies generated in large quantities by radiation are shown. Point.

용어 "동물"은 포유동물을 가리키며 예를 들면 가축, 영장류, 특히 사람이 포함된다.The term "animal" refers to a mammal and includes, for example, livestock, primates, especially humans.

용어 "환자"는 모든 포유동물에 적용되는 것으로 특히 방사선 요법이 효과적일 수 있는 질환을 앓고 있는 포유동물을 가리킨다.The term "patient" applies to all mammals and in particular refers to a mammal suffering from a disease in which radiation therapy may be effective.

글루타티온(Glutathione; γ-glutamylcysteinylglycine)은 동물, 식물 뿐 아니라 일부 박테리아에도 세포 내에 수 내지 수십 mM 수준의 농도로 존재하는 트리펩티드 황화수소(tripeptide sulfhydryl) 화합물이다. 글루타티온은 방사선, 자외선 및 광활성 효과로부터 생체를 보호하는 항산화분자이다(Arrick BA et al., J Biol Chem, 57, 1231-1247 (1982); Connor MJ anc Weeler LA, Photochem Photobiol 46, 239-245 (1987)). 글루타티온은 세포의 산화/환원상태에 따라 환원형(reduce glutathione, GSH)과 산화형(oxidized glutathione 또는 glutathione disulfide, GSSG)으로 존재한다. 정상적인 세포 환경에서 글루타티온은 거의 대부분이 환원형(GSH)으로 존재하고 산화형(GSSG)은 극히 소량 존재한다(Sies, H., Oxidative stress, 73-90, New York, Academic; Thom, S. R. et al., J. Appl. Physio. 82, 1424-1432 (1997)). 그러나, 세포가 산화상태가 되면 조직내의 주요한 생체분자가 산화되는 것을 방지하기 위해 효소작용이 일어나서 글루타티온이 산화형으로 전환된다. 글루타티온의 산화와 환원은 도 1에 나타낸 바와 같은 일련의 반응을 통해 조절되고 글루타티온 과산화효소(glutathione peroxidase), 글루타티온 환원효소(glutathione reductase) 및 포도당 6 인산 탈수소효소(glucose 6-posphate dehydrogenase) 등이 관여한다. 글루타티온은 간에서 생성되고 혈액내에 환원형의 글루타티온(GSH) 형태로 분비된다. 신장은 γ-글루타밀 트랜스펩티다제 반응에 의해 글루타티온을 분해하여 혈액으로부터 GSH를 흡수하거나 또는 신장세포내로 GSH를 직접 흡수한다(도 2).Glutathione (γ-glutamylcysteinylglycine) is a tripeptide sulfhydryl compound present in cells, at concentrations of several to tens of mM, in animals, plants as well as some bacteria. Glutathione is an antioxidant molecule that protects living organisms from radiation, ultraviolet and photoactive effects (Arrick BA et al., J Biol Chem, 57, 1231-1247 (1982); Connor MJ anc Weeler LA, Photochem Photobiol 46, 239-245 ( 1987)). Glutathione exists in reduced form (reduce glutathione, GSH) and oxidized form (oxidized glutathione or glutathione disulfide, GSSG) depending on the oxidation / reduction state of the cell. In a normal cellular environment, glutathione is mostly present in reduced form (GSH) and in very small amounts of oxidized form (GSSG) (Sies, H., Oxidative stress, 73-90, New York, Academic; Thom, SR et al. , J. Appl. Physio. 82, 1424-1432 (1997)). However, when the cells become oxidized, enzymatic action occurs to prevent the oxidation of major biomolecules in the tissue, and glutathione is converted to the oxidized form. Oxidation and reduction of glutathione are regulated through a series of reactions as shown in FIG. 1 and include glutathione peroxidase, glutathione reductase, and glucose 6-posphate dehydrogenase. do. Glutathione is produced in the liver and secreted in the form of reduced glutathione (GSH) in the blood. The kidney degrades glutathione by the γ-glutamyl transpeptidase reaction to either absorb GSH from the blood or directly into the kidney cells (FIG. 2).

글루타티온의 항산화시스템은 다음과 같은 과정을 통해 일어난다. 방사선조사, 병적 용인, 약물의 영향 등과 같은 여러 가지 요인에 의해 활성산소체 (reactive oxygen species, ROS)가 생성되어 세포가 산화상태가 되면, 글루타티온은 글루타티온 과산화효소(glutathione peroxidase; Gpx)의 작용에 의해 과산화수소(H2O2)와 반응하여 산화형 글루타티온(GSSG)으로 산화되어 환원형 글루타티온/산화형 글루타티온(GSH/GSSG)의 비율이 감소된다. 생성된 GSSG는 글루타티온 환원효소(glutathione reductase; Grd)의 작용으로 NADPH에 의해 환원되어 다시 GSH로 환원되거나 세포 밖으로 배출된다. 즉, 글루타티온 과산화효소와 글루타티온 환원효소의 작용에 의한 글루타티온의 산화/환원 사이클링은 방사선 조사에 의해 생성된 활성산소체를 제거하기 위한 중요한 결정 요소가 된다. 이때, 세포내 글루타티온을 환원시키기 위해서는 환원제로서 NADPH가 필요하므로 NADPH를 생성시키는 포도당 6-인산 탈수소효소(glucose 6-phosphate dehydrogenase; G6PDH)의 활성 정도가 글루타티온의 환원을 결정하는 또 하나의 요소가 된다. 상기 글루타티온 대사 관련 효소의 반응식은 다음과 같다.Glutathione's antioxidant system occurs through the following processes. When reactive oxygen species (ROS) are produced and cells become oxidized by various factors such as irradiation, pathogenic tolerance, and drug effects, glutathione acts on the action of glutathione peroxidase (Gpx). By reacting with hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) is oxidized to oxidized glutathione (GSSG) to reduce the ratio of reduced glutathione / oxidized glutathione (GSH / GSSG). The generated GSSG is reduced by NADPH under the action of glutathione reductase (Grd) and then reduced to GSH or discharged out of the cell. That is, the oxidation / reduction cycling of glutathione by the action of glutathione peroxidase and glutathione reductase is an important determinant for removing the active oxygen generated by irradiation. At this time, since NADPH is required as a reducing agent to reduce intracellular glutathione, the degree of activity of glucose 6-phosphate dehydrogenase (G6PDH), which produces NADPH, is another factor that determines the reduction of glutathione. . The reaction scheme of the glutathione metabolism-related enzyme is as follows.

본 발명의 방법에 사용되는 생물학적 시료는 방사선 민감성 판정의 대상으로 선택될 수 있는 신장 조직, 폐 조직, 간 조직으로부터 획득할 수 있다. 특히 바람직하게는 폐조직을 판정 대상으로 선택한다. 이는 폐의 경우에는 용존 산소가 높은 수준으로 존재하기 때문에 활성산소체에 의한 세포손상을 가장 크게 받기 때문이다.Biological samples for use in the methods of the present invention can be obtained from kidney tissue, lung tissue, liver tissue, which can be selected for the determination of radiation sensitivity. Especially preferably, lung tissue is selected as a determination object. This is because in the lungs, dissolved oxygen is present at a high level and thus the cell damage caused by free radicals is most severe.

또한, 생물학적 시료는 포유동물의 생검 표본, 조직 배양과 같은 고형 조직 시료 또는 이로부터 유래된 세포 및 그 자손이 포함될 수 있다. 또한, 상기 시료들은 시약처리, 가용화된 시료 또는 배양세포, 세포 상등액 및 세포 용해물도 포함한다. 보다 상세하게는, 본 발명의 목적상 생물학적 시료는 글루타티온 대사가 일어나는 조직으로부터, 예컨대 절제수술, 생검, 흡인법 또는 당업계에 공지된 다른 방법에 의해 얻어진다.In addition, biological samples may include biopsy specimens of mammals, solid tissue samples such as tissue culture or cells derived therefrom and their progeny. The samples also include reagent treatment, solubilized samples or cultured cells, cell supernatants and cell lysates. More specifically, biological samples for the purposes of the present invention are obtained from tissues in which glutathione metabolism occurs, such as by excisional surgery, biopsy, aspiration or other methods known in the art.

본 발명에 따르면 방사선 민감성 동물과 방사선 내성 동물의 생물학적 시료를 방사선 조사하기 이전 및 이후에 방사선 민감성 동물의 생물학적 시료로부터의 글루타티온 과산화효소, 글루타티온 환원효소 및 포도당 6인산 탈수소효소의 활성과 방사선 내성 동물의 생물학적 시료로부터의 글루타티온 과산화효소, 글루타티온 환원효소 및 포도당 6인산 탈수소효소의 활성을 비교한 결과 두 동물의 생물학적 시료사이에서 현저한 차이를 보인다. 즉, 방사선 조사 전후에 방사선 내성 동물로부터 얻은 생물학적 시료는 방사선 조사 전후에 방사선 민감성 동물로부터 얻은 생물학적 시료보다 휠씬 증가된 글루타티온 과산화효소 및 글루타티온 환원효소의 활성을 나타내는 반면, 포도당 6인산 탈수소효소의 경우는 방사선 조사 전후에 방사선 내성 동물로부터 얻은 생물학적 시료에서 보다 방사선 조사 전후에 방사선 민감성 동물로부터 얻은 생물학적 시료에서 훨씬 더 높은 활성이 나타난다.According to the present invention, the activity of glutathione peroxidase, glutathione reductase and glucose hexaphosphate dehydrogenase from biological samples of radiation-sensitive animals before and after radiation of radiation-sensitive and radiation-resistant animals, Comparing the activity of glutathione peroxidase, glutathione reductase and glucose hexaphosphate dehydrogenase from biological samples, there is a significant difference between the biological samples of the two animals. In other words, biological samples obtained from radiation-resistant animals before and after irradiation showed significantly increased activity of glutathione peroxidase and glutathione reductase than biological samples obtained from radiation-sensitive animals before and after radiation, whereas glucose 6-phosphate dehydrogenase Much higher activity is seen in biological samples obtained from radiation sensitive animals before and after irradiation than in biological samples obtained from radiation resistant animals before and after irradiation.

유사하게, 본 발명에 따르면 방사선 민감성 동물과 방사선 내성 동물로부터 생물학적 시료를 채취한 후 방사선 조사하고 방사선 민감성 동물의 생물학적 시료로부터의 글루타티온 과산화효소, 글루타티온 환원효소 및 포도당 6인산 탈수소효소의 활성과 방사선 내성 동물의 생물학적 시료로부터의 글루타티온 과산화효소, 글루타티온 환원효소 및 포도당 6인산 탈수소효소의 활성을 비교한 결과 두 동물의 방사선 조사된 생물학적 시료사이에서 현저한 차이를 보인다. 즉, 방사선 민감성 동물과 방사선 내성 동물로부터 생물학적 시료를 채취한 후 방사선 조사된 시료는 방사선 조사 전후에 방사선 민감성 동물로부터 얻은 생물학적 시료보다 휠씬 증가된 글루타티온 과산화효소 및 글루타티온 환원효소의 활성을 나타내는 반면, 포도당 6인산 탈수소효소의 경우는 방사선 조사 전후에 방사선 내성 동물로부터 얻은 생물학적 시료에서 보다 방사선 조사 전후에 방사선 민감성 동물로부터 얻은 생물학적 시료에서 훨씬 더 높은 활성이 나타난다.Similarly, according to the present invention, biological samples from radiation-sensitive and radiation-resistant animals are irradiated and irradiated, and the activity and radiation resistance of glutathione peroxidase, glutathione reductase and glucose hexaphosphate dehydrogenase from biological samples of radiation-sensitive animals. Comparing the activity of glutathione peroxidase, glutathione reductase and glucose hexaphosphate dehydrogenase from biological samples from animals, there is a significant difference between the irradiated biological samples of the two animals. In other words, after taking biological samples from radiation-sensitive and radiation-resistant animals, the irradiated samples showed significantly increased activity of glutathione peroxidase and glutathione reductase than biological samples obtained from radiation-sensitive animals before and after irradiation, whereas glucose Hexaphosphate dehydrogenase shows much higher activity in biological samples obtained from radiation-sensitive animals before and after irradiation than in biological samples obtained from radiation-resistant animals before and after irradiation.

예시적인 실험으로, 방사선 내성 C3H 마우스(Department of Experimental Radiation Oncology, University of Texas M. D. Anderson Cancer Center)와 방사선 민감성 C57BL/6 마우스(Jackson Laboratory)에 방사선을 조사하기 전에 및 조사한 후 시간의 경과에 따라 폐조직을 추출하여 글루타티온 과산화효소 및 글루타티온 환원효소 활성이 측정되었다. 측정 결과, 방사선 조사 전에, 방사선 내성 C3H 마우스로부터의 폐조직 추출물에서 방사선 민감성 C57BL/6 마우스로부터의 폐조직 추출물에서보다 훨씬 높은 글루타티온 과산화효소 및 글루타티온 환원효소의 활성이 나타났다. 방사선 조사 직후에, 두 종의 마우스는 글루타티온 과산화효소 및 글루타티온 환원효소의 활성이 모두 일시적으로 증가하였으나 여전히 방사선 내성 마우스는 방사선 민감성 마우스보다 훨씬 더 높은 효소활성을 나타내었다.As an exemplary experiment, radiation-resistant C3H mice (Department of Experimental Radiation Oncology, University of Texas MD Anderson Cancer Center) and radiation-sensitive C57BL / 6 mice (Jackson Laboratory) before and after irradiation were exposed to lungs over time. Tissues were extracted to measure glutathione peroxidase and glutathione reductase activity. As a result, prior to irradiation, the activity of glutathione peroxidase and glutathione reductase was much higher in lung tissue extracts from radiation-resistant C3H mice than in lung tissue extracts from radiation-sensitive C57BL / 6 mice. Immediately after irradiation, both mice temporarily increased both the activity of glutathione peroxidase and glutathione reductase, but still radiation resistant mice showed much higher enzyme activity than radiation sensitive mice.

글루타티온 과산화효소 및 글루타티온 환원효소의 활성과는 대조적으로, 포도당 6인산 탈수소효소(G6PDH) 활성은 방사선 조사 전에 방사선 내성 C3H 마우스로부터의 폐조직 추출물에서보다 방사선 민감성 C57BL/6 마우스의 폐조직 추출물에서 더 높은 활성이 측정되었고, 방사선 조사 후에는 방사선 내성 C3H 마우스의 폐조직 추출물로부터의 포도당 6인산 탈수소효소 활성은 증가되어 조사 후 2시간에 최고 활성을 보인 후 감소한 반면, 방사선 민감성 C57BL/6 마우스의 폐조직 추출물의 경우는 조사 후 포도당 6인산 탈수소효소 활성이 오히려 일시적으로 감소하여 6시간 후 최저의 활성을 보인 후 다시 증가하여 중간의 일시적인 기간을 제외하고 여전히 방사선 내성 C3H 마우스의 폐조직 추출물에서보다 방사선 민감성 C57BL/6 마우스의 폐조직 추출물에서 높은 포도당 6인산 탈수소효소 활성을 나타내었다.In contrast to the activity of glutathione peroxidase and glutathione reductase, glucose hexaphosphate dehydrogenase (G6PDH) activity was more in lung tissue extracts of radiation-sensitive C57BL / 6 mice than in lung tissue extracts from radiation-resistant C3H mice prior to irradiation. High activity was measured, and after irradiation, glucose hexaphosphate dehydrogenase activity from lung tissue extracts of radiation-resistant C3H mice was increased and peaked at 2 hours after irradiation, whereas decreased in lungs of radiation-sensitive C57BL / 6 mice. In the case of the tissue extract, the glucose hexaphosphate dehydrogenase activity was decreased temporarily after irradiation, showed the lowest activity after 6 hours, and then increased again, except for the intermediate transient period. High in Lung Extracts of Sensitive C57BL / 6 Mice Clique 6 phosphate dehydrogenase activity exhibited.

상기한 바와 같은 방사선 내성 동물의 생물학적 시료와 방사선 민감성 동물의 생물학적 시료로부터 나타나는 글루타티온 대사 관련 효소의 현저한 활성 차이는 본 발명에 따라 동물의 방사선에 대한 감응성을 결정하는데 응용될 수 있으며그럼으로써 환자가 방사선 요법을 받기 전에 환자가 방사선에 대하여 내성 또는 민감성을 나타내는 지를 판단함으로써 방사선에 대한 환자의 부작용을 최소화하는데 유용될 수 있다.Significant differences in activity of glutathione metabolism-related enzymes appearing from biological samples of radiation resistant animals and biological samples of radiation sensitive animals as described above can be applied to determine the sensitivity of animals to radiation in accordance with the present invention so that patients may receive radiation It may be useful to minimize the patient's side effects to radiation by determining if the patient is resistant or sensitive to radiation before receiving therapy.

일반적으로, 동물의 생물학적 시료로부터 글루타티온 과산화효소의 활성을 검정하는데 가장 흔히 사용되는 방법은 글루타티온 과산화효소 반응의 생성물인 산화형의 글루타티온(GSSG)을 글루타티온 환원효소를 이용하여 분석하는 방법 (coupled assay)으로서, 대사의 최종산물인 NADP+생성속도를 측정함으로써 분석할 수 있다. 반응식을 요약하면 다음과 같다.In general, the most commonly used method for assaying the activity of glutathione peroxidase from biological samples of animals is the method of analyzing glutathione peroxidase (GSSG), a product of the glutathione peroxidase reaction, using glutathione reductase (coupled assay). As a result, it can be analyzed by measuring the rate of production of NADP + , the end product of metabolism. The reaction scheme is summarized as follows.

일반적으로, 동물의 생물학적 시료로부터 글루타티온 환원효소의 활성을 검정하는데 가장 흔히 사용되는 방법은 글루타티온 환원효소의 작용에 의한 산화형 글루타티온(GSSG)의 환원속도를 NADPH의 감소 속도로부터 측정함으로써 분석할 수 있다. 반응식을 요약하면 다음과 같다.In general, the most commonly used method for assaying the activity of glutathione reductase from biological samples in animals can be analyzed by measuring the rate of reduction of oxidized glutathione (GSSG) by the action of glutathione reductase from the rate of decrease of NADPH. . The reaction scheme is summarized as follows.

일반적으로, 동물의 생물학적 시료로부터 포도당-6 탈수소효소의 활성을 검정하는데 가장 흔히 사용되는 방법은 포도당 6 인산 탈수효소의 작용에 의한 포도당 6인산의 산화를 NADPH의 생성 속도로부터 구하는 것으로, 반응식을 요약하면 다음과 같다.In general, the most commonly used method for assaying glucose-6 dehydrogenase activity from biological samples from animals is to obtain the oxidation of glucose 6-phosphate by the action of glucose 6-phosphate dehydratase from the rate of NADPH production. Is as follows.

이하, 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예들은 본 발명을 예시하는 것으로 본 발명의 내용이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following examples are illustrative of the present invention, and the content of the present invention is not limited by the examples.

<실시예><Example>

실시예 1Example 1

방사선조사에 따른 글루타티온 대사관련 효소의 활성 측정을 위한 시료의 제조Preparation of Samples for Measuring Activity of Glutathione Metabolism-Related Enzymes During Irradiation

방사선 내성 C3H 마우스와 방사선 민감성 C57BL/6 마우스 (웅성, 4주, 20-30g)에 4 MV의 엑스선조사기(Siemens, MeVatron)로 10 Gy의 방사선을 전신 조사하였다. 방사선 조사 후 2시간, 6시간, 1일, 4일 후 동물을 각각 희생시켜 폐와 신장을 즉시 적출하고 -70℃로 냉각한 집게로 압착하여 급속 냉동한 후 분석시까지 -70℃에 보관하였다. 상기 실험동물은 표준사료를 급여와 물을 급여하였고 1주일동안 12시간 라이트/다크 사이클을 유지하였다. 상기 폐 조직 20mg에 0.5ml의 10mM 인산완충용액(pH 7.4)을 첨가하여 마쇄하였다. 상기 마쇄한 폐 조직 추출물을 12000g로 4℃에서 30분간 원심분리하여 상등액을 획득하여 효소활성분석에 사용하였다.Radiation-resistant C3H mice and radiation-sensitive C57BL / 6 mice (male, 4 weeks, 20-30 g) were irradiated with 10 Gy of whole-body with a 4 MV X-ray machine (Siemens, MeVatron). After 2 hours, 6 hours, 1 day, and 4 days after irradiation, animals were sacrificed, and lungs and kidneys were immediately removed, compressed with forceps cooled to -70 ° C, rapidly frozen, and stored at -70 ° C until analysis. . The animals were fed standard feed and water and maintained a 12 hour light / dark cycle for one week. 20 mg of the lung tissue was ground by adding 0.5 ml of 10 mM phosphate buffer solution (pH 7.4). The ground lung tissue extract was centrifuged at 12000 g at 4 ° C. for 30 minutes to obtain a supernatant, which was used for enzyme activity analysis.

실시예 2Example 2

글루타티온 과산화효소 활성측정Determination of Glutathione Peroxidase Activity

방사선 민감성 마우스와 방사선 내성 마우스의 방사선 조사에 따른 글루타티온 과산화효소 활성을 다음과 같은 방법으로 조사하였다(Lawrence RA and Burk RF, Biochem Biophys Res Commun 71, 952-958 (1976)).Glutathione peroxidase activity following irradiation of radiation-sensitive and radiation-resistant mice was investigated in the following manner (Lawrence RA and Burk RF, Biochem Biophys Res Commun 71, 952-958 (1976)).

상기 실시예 1에서 제조한 시료에 1 mM EDTA, 1 mM NaN3, 0.2 mM NADPH, 1 unit/ml 글루타티온 환원효소(Sigma, USA), 1 mM 환원형 글루타티온(GSH, Sigma, USA)을 포함하는 50 mM 인산칼륨 완충용액 (pH7.4)을 동일한 양으로 첨가하여 실온에서 5분간 배양하였다. 그 다음으로 H2O20.25 mM를 첨가하여 반응을 개시하였다반응이 완료되면 340 nm에서의 흡광도를 측정하였다. NADPH의 ε340= 6.22/mM·cm 이였으며 이것으로부터 흡광도의 변화를 효소활성(nmol/min/mg 단백질)으로 환산하였다.The sample prepared in Example 1 contains 1 mM EDTA, 1 mM NaN 3 , 0.2 mM NADPH, 1 unit / ml glutathione reductase (Sigma, USA), 1 mM reduced glutathione (GSH, Sigma, USA) 50 mM potassium phosphate buffer (pH 7.4) was added in the same amount and incubated for 5 minutes at room temperature. Then, the reaction was started by adding 0.25 mM H 2 O 2. Upon completion of the reaction, the absorbance at 340 nm was measured. Ε 340 = 6.22 / mM · cm of NADPH, from which the change in absorbance was converted into enzymatic activity (nmol / min / mg protein).

실험 결과, 방사선 조사에 의한 글루타티온 과산화효소의 활성은 두 종 모두 일시적으로 증가되었으나 방사선 내성인 C3H 마우스에서 더 높게 나타났다(도 3). 이때, 효소 활성 변화는 시간적으로 차이가 났는데 C3H 마우스에서는 방사선 조사 2시간 후에 가장 높은 활성을 보였으며 방사선 민감성인 C57BL/6에서는 1일 후에 가장 높은 활성을 보인 후 감소하기 시작하였다. 이는 방사선 내성인 경우 방사선 민감성인 종에 비해 더 높은 글루타티온 과산화효소 활성을 나타내며 방사선 조사에 의한 효소 활성도 더 빠르게 나타남을 알 수 있었다.As a result, the activity of glutathione peroxidase by irradiation was temporarily increased in both species, but higher in radiation-resistant C3H mice (FIG. 3). At this time, the change in enzyme activity was temporally different. C3H mice showed the highest activity after 2 hours of irradiation, and the radiation-sensitive C57BL / 6 showed the highest activity after 1 day and then began to decrease. This resulted in higher glutathione peroxidase activity and higher radiation activity in radiation resistance than radiation-sensitive species.

실시예 3Example 3

글루타티온 환원효소 활성 측정Determination of Glutathione Reductase Activity

방사선 민감성 마우스와 방사선 내성 마우스의 방사선 조사에 따른 글루타티온 환원효소 활성을 다음과 같은 방법으로 조사하였다(Tabatabaie T and Floyd RA, Arch Biochem Biophys, 314, 112-119 (1994)).Glutathione reductase activity following irradiation of radiation-sensitive and radiation-resistant mice was investigated in the following manner (Tabatabaie T and Floyd RA, Arch Biochem Biophys, 314, 112-119 (1994)).

실시예 1의 시료에 0.6 mM EDTA, 2 mM 산화형 글루타티온(GSSG)을 포함하는 100 mM 인산칼륨 완충용액 (pH 7.4)을 동일한 양으로 첨가한 다음 상온에서 5분간 배양하고 0.1mM의 NADPH를 첨가하여 반응을 개시하였다. 반응이 종료되면 340 nm에서의 흡광도를 측정하였다. NADPH의 ε340= 6.22/mM·cm이였고 이것으로부터 흡광도의 변화를 효소활성(nmol/min/mg 단백질)로 환산하였다.To the sample of Example 1, 100 mM potassium phosphate buffer (pH 7.4) containing 0.6 mM EDTA and 2 mM oxidized glutathione (GSSG) was added in the same amount, followed by incubation for 5 minutes at room temperature, and 0.1 mM of NADPH. The reaction was initiated. After the reaction was completed, absorbance at 340 nm was measured. The NADPH was ε 340 = 6.22 / mM · cm, from which the change in absorbance was converted into enzymatic activity (nmol / min / mg protein).

실험 결과, 방사선 조사에 의한 글루타티온 환원효소의 활성은 두 종 모두 일시적으로 증가되었으나 방사선 내성인 C3H 마우스에서 더 높게 나타났다(도 4). 이때, 효소 활성 변화는 시간적으로 차이가 났는데 C3H 마우스에서는 방사선 조사 2시간 후에 가장 높은 활성을 보였으며 방사선 민감성인 C57BL/6에서는 1일 후에 가장 높은 활성을 보인 후 감소하기 시작하였다. 이는 방사선 내성인 종의 경우 방사선 민감성인 종에 비해 더 높은 글루타티온 환원효소 활성을 나타내며 방사선 조사에 의한 활성 증가 정도도 더 빠른 반응을 보임을 알 수 있었다.As a result, the activity of glutathione reductase by irradiation was temporarily increased in both species, but higher in radiation-resistant C3H mice (FIG. 4). At this time, the change in enzyme activity was temporally different. C3H mice showed the highest activity after 2 hours of irradiation, and the radiation-sensitive C57BL / 6 showed the highest activity after 1 day and then began to decrease. The radiation-resistant species showed higher glutathione reductase activity than the radiation-sensitive species, and the increase in activity by irradiation showed a faster response.

실시예 4Example 4

포도당-6 인산 탈수소효소 활성 측정Measurement of Glucose-6 Phosphate Dehydrogenase Activity

방사선 민감성 마우스와 방사선 내성 마우스의 방사선 조사에 따른 포도당-6 인산 탈수소효소의 활성을 다음과 같은 방법으로 조사하였다.The activity of glucose-6 phosphate dehydrogenase following irradiation in radiation-sensitive and radiation-resistant mice was investigated in the following manner.

실시예 1의 시료에 50mM MgCl2, 2mM NADP+, 4mM 포도당 6-인산(glucose 6-phosphate)를 포함하는 50mM 트리스-HCl 완충용액(pH 8.0)과 상온에서 반응시켜 340nm에서의 흡광도를 측정하였다. NADPH의 ε340= 6.22/mM·cm이였고 이것으로부터 흡광도의 변화를 효소활성(nmol/min/mg 단백질)로 환산하였다.The absorbance at 340 nm was measured by reacting the sample of Example 1 with 50 mM Tris-HCl buffer solution (pH 8.0) containing 50 mM MgCl 2 , 2 mM NADP + , 4 mM glucose 6-phosphate. . The NADPH was ε 340 = 6.22 / mM · cm, from which the change in absorbance was converted into enzymatic activity (nmol / min / mg protein).

실험 결과, 포도당 6 인산 탈수소효소 활성은 방사선을 조사하기 전에는 방사선 민감성 C57BL/6 마우스에서 더 높은 활성을 나타냈으나 방사선을 조사한 후에는 방사선 내성 C3H 마우스의 효소 활성이 증가되었다. 방사선 내성 C3H 마우스의 경우, 방사선을 조사한 후 2시간에 최고 효소활성을 보인 후 감소하였다. 반면, 방사선 민감성 C57BL/6 마우스의 경우에는 방사선 조사 후 오히려 일시적으로 효소활성이 감소하여 6시간 후 최저 활성을 나타냈으며 다시 증가하였다(도 5).The results showed that glucose 6-phosphate dehydrogenase activity was higher in radiation-sensitive C57BL / 6 mice before irradiation, but increased in radiation-resistant C3H mice after irradiation. In radiation-resistant C3H mice, the highest enzyme activity was decreased after 2 hours of irradiation and then decreased. On the other hand, in the case of radiation-sensitive C57BL / 6 mice, the enzyme activity was decreased temporarily after irradiation, showing the lowest activity after 6 hours, and increasing again (FIG. 5).

본 발명에 따른 동물의 방사선에 대한 감응성 결정 방법은 동물의 생물학적 시료로부터 글루타티온 대사 관련 효소인 글루타티온 과산화효소, 글루타티온 환원효소 및/또는 포도당 6 인산 탈수소효소의 활성을 측정하는 것을 특징으로 함으로써 동물이 방사선에 대하여 내성을 나타내는지 민감성을 나타내는지의 감응성 여부를 신속하고, 정확하게 결정할 수 있는 이점이 있다. 이에 따라, 본 발명의 방법은 환자에 대하여 방사선 요법을 시행하기 전에 방사선에 대한 환자의 감응성을 예측하는 수단을 제공함으로써 환자의 방사선에 의한 부작용을 예방하는데 매우 유용하게 사용될 수 있을 것을 기대된다.The method of determining the sensitivity to radiation in an animal according to the present invention is characterized by measuring the activity of glutathione peroxidase, glutathione reductase and / or glucose 6 phosphate dehydrogenase, an enzyme related to glutathione from a biological sample of the animal, thereby preventing the animal from radiation. There is an advantage that it is possible to quickly and accurately determine whether sensitive or sensitive to. Accordingly, the method of the present invention is expected to be very useful for preventing side effects caused by radiation of a patient by providing a means of predicting the patient's sensitivity to radiation prior to administering radiation therapy to the patient.

Claims (8)

동물로부터 생물학적 시료를 채취하고, 채취된 시료로부터 글루타티온 과산화효소 및 글루타티온 환원효소로 이루어진 그룹중에서 선택된 한 종 또는 두 종 의 효소의 활성 수준을 측정하고, 측정된 활성 수준이 낮은 경우 방사선 민감성으로 판정하는 반면 측정된 활성 수준이 높은 경우 방사선 내성으로 판정함을 특징으로 하여, 동물의 방사선에 대한 감응성을 결정하는 방법.Taking a biological sample from the animal, measuring the activity level of one or two enzymes selected from the group consisting of glutathione peroxidase and glutathione reductase from the sample, and determining the radiation sensitivity if the activity level is low. On the other hand, if the measured activity level is high, characterized in that it is determined as radiation resistance, the method of determining the sensitivity of the animal to radiation. 제 1항에 있어서, 생물학적 시료가 동물의 폐조직, 간조직 및 신장조직 중에서 선택됨을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein the biological sample is selected from animal lung tissue, liver tissue and kidney tissue. 제 1항에 있어서, 동물이 사람인 방법.The method of claim 1 wherein the animal is a human. 제 1항에 있어서, 동물로부터 채취된 생물학적 시료가 방사선에 조사되는 방법.The method of claim 1, wherein the biological sample taken from the animal is irradiated with radiation. 동물로부터 생물학적 시료를 채취하고, 채취된 시료로부터 포도당 6 인산 탈수소효소의 활성 수준을 측정하고, 측정된 활성 수준이 낮은 경우 방사선 내성으로 판정하는 반면 측정된 활성 수준이 높은 경우 방사선 민감성으로 판정함을 특징으로 하여, 동물의 방사선에 대한 감응성을 결정하는 방법.Taking biological samples from animals, measuring the activity level of glucose 6-phosphate dehydrogenase from the collected samples, and determining the radiation resistance if the measured activity level is low, and determining the radiation sensitivity if the activity level is high. Characterized in that it determines the sensitivity of the animal to radiation. 제 5항에 있어서, 생물학적 시료가 동물의 폐조직, 간조직 및 신장조직 중에서 선택됨을 특징으로 하는 방법.6. The method of claim 5, wherein the biological sample is selected from animal lung tissue, liver tissue and kidney tissue. 제 5항에 있어서, 동물이 사람인 방법.The method of claim 5 wherein the animal is a human. 제 5항에 있어서, 동물로부터 채취된 생물학적 시료가 방사선에 조사되는 방법.The method of claim 5, wherein the biological sample taken from the animal is irradiated with radiation.
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