Effects of 2,3,7,8-Tetrachlorodibenzo-p-dioxin (TCDD) on antioxidant enzymes in mouse reproductive system

Abstract

[한글]

2,3,7,8-Tetrachlorodibenzo-p-Dioxin (TCDD) 내분비계장애물질로써 주로 음식을 통해 인체에 섭취되며 장기적으로 존재하면서 면역독성, 발달장애 및 비뇨생식기계에 독성을 등과 같은 영향을 일으키는 것으로 알려져 있다. TCDD 의 독성기전 중 산화적 스트레스가 가장 주요한 원인으로 해석하고 있지만 TCDD 이 어떤 경로를 통하여 산화적 스트레스를 일으키는지에 대해서는 아직 연구가 미비한 실정이다. 이러한 초기 산화적 스트레스 기전을 알아보기 위하여 실험동물에 급성으로 TCDD 을 투여하여 모델을 만든 후 고환을 채취하여 항산화효소 (superoxide dismutase, catalase, glutathione peroxidase) 활성, mRNA 및 그 조절 단백들을 관찰하였다.TCDD 에 노출된 고환에서 항산화효소들의 활성은 노출시간이 길고 노출양이 많을 수록 줄어들었고 이에 비례하게 mRNA 역시 정상군보다 현저히 적은 것을 관찰하였다. 한편 산화적 스트레스를 일으키는 주요 cytokine 으로 알려진 TGF-β 중에서는 TGF-β1 만이 현저한 증가를 보였다. TGF-β 의 주요 downstream 신호전달 체계인 Smad pathway 와 non-Smad pathway (MAPK) 를 관찰한 결과, Smad pathway에서는 TGF-β의 신호를 그 receptor로 부터 직접 받는 Smad2는 증가되어 있는 반면 Smad2 와 결합하여 세포핵으로의 신호전달 작용을 하는 Smad4는 큰 변화를 나타내지 않았다. 동시에 세포핵 내에서 위의 신호를 받고 단백질들의 transcription을 조절하는 transcription factor, c-Jun 및 ATF3, 모두 증가되어 있었을 뿐만 아니라 TGF-β의 down stream 신호전달 체계이면서 transcription factors 들의 조절인자이기도 한 MAPK 도 모두 활성 되었다. Smad pathway와 non-smad pathway 의 상호작용을 진일보 알아보기 위해 진행한 smad2-siRNA에서는 TCDD에 의해 감소되었던 항산화효소들의 mRNA가 증가되었고, TCDD에 의해 증가되었던 c-Jun, ATF3는 감소추세를 나타내었다. 하지만 모두 정상군만큼은 회복되지 못하였다. 또한 세 개 MAPK 중 ERK 와 JNK는 Smad2 의 영향을 받지 않고 계속 단순 TCDD 투여군만큼 활성화 되여 있었지만 p38의 활성은 Smad2 의 활성이 억제됨에 따라 다소 감소추세를 보였다.이로부터 TCDD이 일으키는 초기 산화적 스트레스는 cytokine TGF-β1 의 활성을 통하여 서로 다른 TGF-β downstream 신호전달 체계의 연합 작용으로 일어난다는 것을 알 수가 있다.

[영문]2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin (TCDD), one of the most toxic endocrine disruptors, has been reported to induce oxidative stress in the reproductive organs. However, the mechanism by which it induces oxidative stress is unclear. The aim of this study is to examine if and how a general cytokine, TGF-β, is involved in TCDD-induced oxidative stress in the male reproductive system. First, to examine the effects of TCDD on antioxidant enzyme activity, mice were divided into control, vehicle and TCDD groups. TCDD was administered orally to C57BL/6 mice at 1 g/kg/day for four days. Testes were harvested, and mRNA levels of typical antioxidant enzymes (superoxide dismutase, catalase, glutathione peroxidase) were measured. Apoptosis was detected by the TUNEL assay. TGF-β isoforms, downstream signals (Smad2 Smad4), transcription factors (c-Jun, ATF3) and three major MAPKs (JNK, ERK, p38) were also observed. Next, the roles of Smad and non-Smad pathways in this process were investigated by performing smad2-siRNA. The mRNA levels of typical antioxidant enzymes, transcription factors, and MAPKs were measured, and the mRNA levels of antioxidant enzymes (superoxide dismutase, catalase, glutathione peroxidase) significantly decreased after TCDD treatment. Among the TGF-β isoforms, only TGF-β1 increased. Also, the receptor-activated protein Smad2 was activated, but smad4 was not. The levels of the major transcription factors, c-Jun and ATF3, and the regulator of these transcription factors, MAPK, were also increased by TCDD. In the Smad2 inactivation group treated with TCDD, the three antioxidant enzyme mRNAs were more enhanced than in the solely TCDD-treated group, but the levels did not recover to normal. c-Jun and ATF3 were still activated; however, the levels of c-Jun and ATF3 were lower than those in the solely TCDD-treated group. Of the three types of MAPK, only p38 decreased, and the expression of ERK and JNK was unaffected. In conclusion, the activated TGF-β1-Smad pathway appears to be involved in TCDD-induced oxidative stress. Furthermore, the effects of TCDD on the testes are caused by the coordinated action of the Smad and non-Smad pathways.