돌연변이 물질이 출생전후의 마우스에 미치는 영향에 관한 세포유전학적 연구

Abstract

[영문]

[한글]

자연적으로 일어나는 유전적 이상이나 방사선 혹은 약물등이 태자에 미치는 기형현상이

자연유산, 사산 혹은 신생아 사망으로 소멸되는 동시에 기형아로 남는것도 상당수에 이

른다. 대부분의 발기형 물질(teratogen)은 모체에 해독을 줄 수 있는 농도 이하에서 기형

을 유발할 수 있다. Kalter(1954)는 cortisone을 A종 임신마우스에 투여함으로서 차대에

서 cleft palate를 유발시켰으며 Dagg(1960)는 5-fluorouracil를 129/Rr과 BALB/CRr 잡종

임신마우스에 복강주사함으로서 새끼들에서 발과 꽁지의 이상 및 cleft palate를 발견하

였다. 많은 발암물질로도 세포 이상이 유발되는데 태자시기에는 기형발생보다 발암작용에

더 예민하고 발기형 물질이나 발암물질은 모두 태자에 손상을 주는 물질로 취급되고 있

다.

Bolande(1977)는 이러한 물질로 임신초기에는 기형형성이 되고 좀 더 임신의 시기가 경

과되면 발암과 기형이 동시에 일어나게 되며 임신 후기에는 발암작용만 유발된다고 가설

하였다. 실험동물에서 화학물질이 태반을 통하여 태자에게 발암되는 것은 일찌기 Larsen(

1947)과 Sinclair(1950)에 의해서 보고된 후 여러종의 돌연변이 물질, 발암물질 혹은 홀

몬 등을 임신중 동물에 투여하여 태자나 신생동물에서 종양이 유발되는 연구가 활발하게

진행되었고(Klein 1952; Druckrey등, 1966; Tomatis등, 1971; Nomura와 Kanzaki, 1977; T

opping등, 1979) 종양과 함께 기형유발도 관찰되었다(Ingalls등, 1952; Nishimura와 Taka

gaki, 1959; Dipaolo 1963, 1964; Fraser, 1977; Leonard와 Lauwerys, 1979). Nomura와

그의 동료들은 1972년부터 수년간 임신한 마우스에서 urethan에 의하여 유잘된 신생동물

에서의 여러종의 종양과 기형이 약물의 양과 투여시기에 따라 다른 것을 증명하였다(Nomu

ra와 Okamoto, 1972; Nomura등, 1973; Normura, 1974).

태자(embryo)는 여러 종의 화학물질의 유해작용에 대해서 대단히 예민하다. Dimethylni

trosamine(DMN)은 대단히 강한 발암물질로서 여러 실험동물에서 강력한 발암작용이 있어

쥐에서 간, 폐 혹은 신장등에 암을 유발하며 기관 특이적일뿐 아니라 단일 혹은 짧은 처

리시간으로도 암을 유발하는 것이 밝혀졌다(Magee와 Barnes, 1956; Takayama와 Dota, 196

3: Tomatis등,1964: Lepage와 Christie, 1969a,b). 그러나 DMN은 저에서 여러 다른 시기

의 임신중 복강내 혹은 정맥내 주사를 단일 혹은 장기간 동안 임신 쥐에 아치사량에서 해

독이 될만한 양을 주어 그 신생동물에서 기형이 나타나지 않았으며 사망율만 높은 것이 A

lexandrov(1968)에 의해 보고 되었고 돌연변이 물질(mutagen)인 5-bromodeoxyuridine(BUd

R)은 포유동물의 DNA에 들어가 변이를 일으키며 발암작용도 있는 것이 알려졌고(Freese,

1963) A/C^^3 H-MF 잡종 임신마우스에 투여하여 신생마우스에서만 기형이 유발된 것이 Di

Paolo(1964)에 의해서 보고되었으나 예비실험에 머물고 있는 상태이고 구체적인 기전에

관해서 구명하기 위한 연구가 아직 진행되지 못하고 있다.

본 연구에서는 비발암물질로러 mutagen인 BUdR과 발암물질알 DMN을 ICR 순종 임신 마우

스에 복강 투여하여 태자에서 일어나는 형태학적 및 세포유전학적 변화를 관찰 분석하고

약물의 영향을 미리 in vivo에서 받은 새끼의 간을 절취 배양하여 in uitro에서 다시 DMN

으로처리함으로서 유도되는 염색체 이상을 관찰함으로써 약물의 이중 작용을 규명하고자

한다.

비 근교계(noninbred) ICR마우스를 본 실험실내에서 7대 근교하여 BUdR을 70, 100, 150

mg/kg씩 임신 6일, 7일, 8일과 7일, 11일, 13일에 복강주사 하고 DMN은 10, 20, 30mg/kg

를 임신 8일, 10일, 12일과 14일, 15일, 16일에 복강주사 하였다.

새끼 출산후 수를 세고 이상 발생을 관찰하고 32주일 이내에 동물을 도살하여 각 동물

의 내장의 육안적 병변을 관찰하셔다. 또한 in viuo에서 BUdR과 DMN을 받은 태자의 간을

절취 배양하고 1, 5, 10㎍/ml의 DMN으로 18시간 처리하여 염색체 표본과 자매 염색분체

교환(SCE)표본을 제작하고 염색체 이상과 SCE 빈도를 분석하여 다음과 같은 결과를 얻었

다.

1. 약물처리군에서 태자의 평균수(litter size)는 현저히 감소되었다.

2. BUdR로 처리된 36마리의 어미에서 출산된 279마리 태자중 10마리에서 이상이 발견되

었으며 임신 9일에서 13일 사이에 처리된 실험군에서 더 많이 유발하였다.

3. DMN으로 처리된 24마리 어미에게서 출산된 155마리 태자중에서는 외관상 이상이 32

주후에도 발견되지 않았으나 임신 8일에서 12일에 처리된 실험군에서는 간의 이상이 37.5

% 유발되었다.

4. BUdR로 처리한 간세포와 DMN으로 처리한 간세포에 다시 DMN을 in vitro로 처리한 결

과 염색체 이상과 자매 염색분체교환이 현저하게 증가되었다.

이상의 결과를 종합하여 볼 때 비발암 물질이며 돌연변이 물질인 BUdR이나 발암물질인

DMN을 임신 마우스에 투여하면 태자의 유전인자에 어떠한 변화를 잠정적으로 주어서 출생

후에 다시 발암물질에 노출될 때 염색체의 이상 발생을 촉진 시키는 것이 아닌가 사려된

다.

The Cytogenetic Effects of Mutagens on Mouse Offspring

Sung Keun Sohn

Department of Medical Science The graduate School, Yonsei University

(Direeted by Prof. In Hee Chung, M.D. and Tai Sun Shin, M.D.)

When chemical agents penetrate the placenta, it ia potentially hazardous to the

embryo because the embryonic stage is known to be extremely sensitive to various

toxic agents. It has teen reported that expesure to some chemical agents during

pregnancy resulted in the induction of malformation or cancer in the offspring of

experimental animals(Larsen, 1947; Klein, 1952; DiPaolo, 1964; Druckrey et at,

1966; Mohr et at, 1966; DePaolo and Elis, 1967; Spatz and Laqueus, 1967;

Alexandrov, 1968; Fujii and Nishimura, 1969; Rice, 1969; Bulay and Wattenberg,

1970: Currie, 1970; Vesselinovitch et at, 1971; Swenberg et at, 1972; Nomura et

af,1973). Fraser and Fainstat (1954) and Kalter(1954) found that administration of

cortisone to pregnant female mice induced the appearance of cleft palates in the

offspring. The frequency with which this deformity appears was observed to depend

on: 1) the genotype of the treated animal(strain differences), 2) the dose of the

chemical administered, 3) the time during the gestation period when the animal was

treated. A single intraperitoneal injection of 5-fluorouracil at 10, 11, 12 or 13

days after copulation in mice also produced abnormalities to the feet, cleft palate

and deformities of the tail in a large proportion of fetuses(Dagg,1960), Urethan

has been considered to he a highly teratogenic and carcinogenic agent in

experimental animals(Nishimura and Kuginuki, 1958; Nomura and Okamoto,1972).

However, they stated that accurate timing of urethan toxicity and acourate

calculation of urethan dosage actually reaching the embryo make it possible to

analyze the sensitivity of the developing mouse embryo to mortality, growth

inhibition, malformation and neoplasm. Nomura and Okamoto(1972) reported that when

pregnant mice were exposed to urethan on various days of gestation(day 5 to 19) by

a single injection malformations and neoplasms were induced in their offspring.

It is frequently implied that an abnormal phenotype is due to the aberration in

the genotype, but it is not possible to prove the specific causal relation. Though,

the frequent association between a variety of chromosomal abnormalities solves the

problem of how the genotypic and phenotypic are interrelated(Schultz, 1965).

5-bromodeoxyuridine(BUdR) and dimethylnitrosa mine (DMN) induce chromosome

aberrations in Chinese hamster cello cultured human lymphooytes and mouse cells in

vivo (Somers and Hsu, 1962; Kato, 1968; Matsuoka et af, 1979; Hahn and Kim, 1979).

BUdR is a thymidine analog incorporated into only the DNA of proliferating cells

and its mutagenic action is well understood(Freeze, 1963). DMN is a potent

carcinogen which induces tumors of the liver, lung, and kidney in rats(Magee and

Barnes, 1959). This agent has no teratogenic effect in rats when given in doses of

different concentrations for different periods of time and by several routes of

administeration during all stages of embryogeny (Alexandrov, 1967).

The experiments reported in this study were undertaken to investigate the

possibility that treatment of ICR inbred pregnant mice with BUdR and DMN might

shows deformities or abnormalities in their offspring and also to determine whether

chemical exposure during fetus will effect at 32 weeks after birth with second

exposure to DMN by cytogenetical means. In this study, estrus ICR females were

mated and 32 mice which had been diagnosed as pregnant were used. BUdR at the rate

of 70, 100 and 150mg/kg of body weight was injected intraperitoneally at 6, 7, 8

daya and 9, 11, 13 days of gestation, and DMN at the rate of 10, 20 and 30mg/kg of

body weight was injected at 8, 10, 12 days and 14, 15, 16 days of gestation. The

offspring were examined macroscopically at time of birth for malformations. All

animals were killed at 32 weeks of age and examined for liver abnormalities. The

livers were cultured and treated with 1, 5 and 10 ug/ml of DMN for 18 hours. The

frequencies of chromosome aberrations and sister ckromatid exchanges(SCE) were

analyzed.

The results are summarized aa follows:

1. The litter size was reduced on treated animals.

2. Among the 279 progeny from 36 BUdR treated mothers, malformations were seen in

a total of 10 progeny and the group treated at the 9 to 13 gestation days stage had

the most.

3. Of the 155 progeny from 24 mothers injected with DMN, none had any visible

deformity. Howeyer, 37.5% of the group were found to have liver nodules after 32

weeks treated at the 8 to 12 gestation day stage.

4. Repetitive treatment with DMN of the liver culture of the previously BUdR and

DMN treated progeny, showed increased chromome aberrations and SCE frequencies.

In conclusion, since the exposure of the mother to BUdR and DMN during pregnancy

leads to increased chromosomal abnormalities of the cultured liver cells of progeny

when treated with DMN a second time, it is necessary to keep in mind that genetic

damage may be occur to the progeny by exposing the mother during pregnancy.