유전독성

Genotoxicity

유전학에서 유전독성은 돌연변이를 일으키는 세포 내의 유전적 정보를 손상시켜 암을 유발할 수 있는 화학 물질의 성질을 설명한다. 유전독성이 돌연변이 유발성과 혼동되는 경우가 많지만, 모든 돌연변이는 유전독성이 있는 반면, 모든 유전독성 물질이 돌연변이 유발성은 아니다. 이러한 변화는 DNA에 직접 또는 간접적인 영향을 미칠 수 있다: 돌연변이의 유도, 잘못된 사건 활성화, 돌연변이로 이어지는 직접적인 DNA 손상. 영구적이고 유전적인 변화는 후대에 전해질 유기체의 체세포나 세균세포에 영향을 미칠 수 있다.[1] 세포는 DNA 복구나 사멸에 의한 유전독성 돌연변이의 발현을 막지만, 그 손상이 항상 돌연변이 유발로 이어지는 것은 아닐 수 있다.

유전독성 분자를 분석하기 위해, 연구원들은 독성 기질에 노출된 세포의 DNA 손상을 분석한다. 이러한 DNA 손상은 단일 및 이중 스트랜드 파손, 절연 보수 손실, 교차 링크, 알칼리-레이블 사이트, 점 변이 및 구조 및 수치 염색체 이상일 수 있다.[2] 유전 물질의 손상된 무결성은 암을 유발하는 것으로 알려져 있다. 그 결과, 암으로 이어질 수 있는 DNA 손상을 유발할 수 있는 화학물질의 잠재력을 평가하기 위해 아메스 어세이, 체외 및 생체내 독성 시험, 혜성 어세이 등 많은 정교한 기술이 개발되었다.

메커니즘

전환 및 전환의 정의. 그들은 유전독성 화합물에 의해 야기되는 일반적인 돌연변이다.

유전독성 물질은 DNA 염기서열과 구조와의 상호작용을 통해 세포 내 유전 물질에 손상을 입힌다. 예를 들어 전이 금속 크롬은 높은 가치의 산화 상태에서 DNA와 상호작용하여 발암으로 이어지는 DNA 병변을 발생시킨다. 측정 가능한 산화 상태 Cr(V)는 환원 활성화를 통해 달성된다. 연구진은 특정 산화상태에서 Cr(V)-Salen 복합체를 이용해 발암성 크롬과 DNA의 상호작용을 연구하는 실험을 했다.[3] 그 상호작용은 유전적 순서에서 구아닌 뉴클레오티드에 특이했다. 연구진은 구아닌 베이스와 Cr(V)-Salen 콤플렉스 사이의 상호작용을 좁히기 위해 염기를 8-oxo-G로 수정해 현장 고유 산화가 가능하도록 했다. 두 분자 사이의 반응은 DNA 병변을 유발했다; 변형된 기저 부위에서 관찰된 두 개의 병변은 구아니디노히단토인과 스피로미노디하단토인이었다. 병변 부지를 추가 분석하기 위해 현장에서 중합효소가 정지하고 아데닌이 8-oxo-G 베이스 반대편의 DNA 서열에 부적절하게 통합되는 것이 관찰됐다. 따라서 이러한 병변은 주로 G->T 변이를 포함하고 있다. 연구자들이 "고밸런스 크롬과 DNA의 상호작용을 위한 손상 메커니즘과 염기 산화제"를 발견함에 따라 고밸런스 크롬이 발암물질로 작용하는 것으로 보인다. 체내 DNA 손상의 형성과 관련이 있으며, 이는 크롬산염 노출 인구에 암을 유발한다."[3] 그 결과 고부가 크롬이 8-oxo-G를 형성하여 어떻게 발암물질로 작용할 수 있는지를 보여준다.[3]

DNA 손상을 일으키는 유전독성 물질의 또 다른 예는 피롤리지딘 알칼로이드(PAs)이다. 이러한 물질들은 주로 식물 종에서 발견되며 인간을 포함한 동물들에게 독이 된다. 그 중 약 절반이 유전독성 물질로 확인되었고 많은 것들이 종양유전 물질로 확인되었다. 연구팀은 실험 결과 대사작용이 활성화되면 "PA는 생체내와 체외에서 DNA 유도체, DNA 교차연계, DNA파단, 자매염색체 교환, 미크론핵, 염색체 이상, 유전자 돌연변이, 염색체 돌연변이를 생성한다"[4]고 결론지었다. 유전자 내에서 가장 흔한 돌연변이는 G:C --> T:A transversion과 tandem base replacement이다. 피롤리진 알칼로이드는 생체내와 체외에서 돌연변이 유발성이 있으므로 간에서 발암물질의 원인이 현저하게 된다.[4] 컴프리는 14개의 다른 PA를 포함하는 식물 종의 예다. 활성 대사물은 DNA와 상호작용하여 간 내피세포와 간세포에서 DNA 손상, 돌연변이 유도, 암 발달을 일으킨다. 연구진은 결국 "콤프리는 간에서 돌연변이 유발 물질이며, 컴프리에 포함된 PA는 컴프리가 유발하는 독성과 종양 유도에 원인이 있는 것으로 보인다"[5]는 사실을 밝혀냈다.

시험 기법

유전독성 테스트의 목적은 기질이 유전 물질에 영향을 미치는지 또는 암을 유발할 수 있는지를 판단하는 것이다. 그것들은 박테리아, 효모, 포유류 세포에서 행해질 수 있다.[2] 이 실험에서 얻은 지식으로, 유전독성 물질에 대한 취약한 유기체의 초기 발달을 통제할 수 있다.[1]

박테리아 역 돌연변이 측정

참고 항목: 아메스 검정

아메스 어세이라고도 알려진 박테리아 역변이 분석은 유전자 변이를 검사하기 위해 실험실에서 사용된다. 이 기술은 유전 물질의 다른 변화를 비교하기 위해 많은 다른 박테리아 균주를 사용한다. 이 테스트의 결과는 유전독성 발암물질과 유전적 변화의 대부분을 감지한다; 검출된 돌연변이의 유형은 프레임 이동과 기저부 대체이다.[6]

다양한 박테리아 변종에 존재하는 유전자 돌연변이를 테스트하기 위한 아메스 테스트 절차

시험관내 독성시험

시험관내 테스트의 목적은 기질, 제품 또는 환경 요인이 유전적 손상을 유발하는지 여부를 판단하는 것이다. 한 기술은 다른 포유류 세포를 사용하는 세포유전학적 검사를 수반한다.[6] 유전독성 물질에 의해 영향을 받는 세포에서 검출된 이상 유형은 염색체 및 염색체 간격, 염색체 파손, 염색체 삭제, 조각화, 번역, 복잡한 재배열 등이다. 유전독성 손상으로 인한 클라스틱 또는 비위생적인 영향은 유전 물질의 구조적 또는 수치적 이상 빈도를 증가시킬 것이다.[6] 이는 포유류 세포에서 구조 및 수치 염색체 이상을 검출하는 미세핵 검사 및 염색체 이상 검사와 유사하다.[1]

특정 포유류 조직에서는 쥐 림프종 TK+/- 검사를 수행하여 유전 물질의 변화를 검사할 수 있다.[6] 유전자 돌연변이는 일반적으로 점 돌연변이로, 유전자 배열 내에서 단 하나의 염기서열만 변화시켜 이후의 대본과 아미노산 염기서열을 변화시킨다. 이러한 점 돌연변이는 기저 대체, 삭제, 프레임 변형, 재배열을 포함한다. 또한 염색체의 무결성은 염색체 손실과 쇄골성 병변으로 인해 여러 유전자와 다원성 삭제를 통해 변경될 수 있다. 특정 유형의 손상은 유전 돌연변이(무타겐)와 염색체 이상(클라스틱)을 구분하여 군집의 크기에 따라 결정된다.[6]

SOS/umu 검사 테스트는 DNA 손상을 유도하는 물질의 능력을 평가하는데, 이는 DNA 손상으로 인한 SOS 응답 유도에서의 변화에 기초한다. 이 기법의 장점은 빠르고 간단한 방법이며 수많은 물질이 사용하기에 편리하다는 것이다. 이러한 기법은 환경 내의 물과 폐수에 대해 수행된다.[7]

유전독성 테스트를 위한 SOS 응답 사용 개요

체내 시험

체내 테스트의 목적은 염색체 구조에 영향을 미치거나 염색체 수를 변경하는 유사 기구를 교란시킬 수 있는 DNA 손상 가능성을 결정하는 것이다. 유전독성에 영향을 줄 수 있는 요인은 ADME와 DNA 복구다. 그것은 또한 체외 테스트를 놓친 유전독성 물질을 감지할 수 있다. 유도 염색체 손상의 양성 결과는 미크론화 PCE의 빈도 증가다.[6] 미크론핵(micronucleus)은 유사시 딸세포에 통합되지 않은 DNA 조각이나 전체 염색체에서 발생하는 핵 DNA를 포함하는 핵과는 별개의 작은 구조물이다. 이 구조의 원인은 신체 염색체 조각의 유사 손실, 염색체 파괴와 교환으로 인한 기계적 문제, 염색체의 유사 손실(무독성), 사멸이다. 생체내 미세핵검사는 포유류 세포, 특히 쥐의 혈액세포에서 구조 및 수치 염색체 이상을 검사하기 때문에 체외 검사와 유사하다.[6]

혜성분석

참고 항목: 혜성분석

혜성 분석은 유전독성에 대한 가장 흔한 테스트 중 하나이다. 그 기술은 세제와 염분을 사용하여 세포를 라이싱하는 것을 포함한다. 라이스 세포에서 방출된 DNA는 중성 pH 조건 하에서 아가로스 젤로 전기영양된다. 이중 가닥이 더 많은 DNA를 포함하는 세포들은 양극으로 더 빨리 이동하게 될 것이다. 이 기법은 DNA 손상 정도가 낮은 것을 감지하고, 매우 적은 수의 세포만 필요로 하며, 많은 기법보다 저렴하고, 실행이 용이하며, 결과를 신속하게 표시한다는 점에서 유리하다. 단, 유전독성 효과 또는 균열을 유발하는 정확한 화학적 또는 화학적 구성요소의 기반이 되는 메커니즘은 식별하지 않는다.[8]

암

삭제, 휴식 및/또는 재배열과 같은 유전독성 효과는 손상이 즉시 세포 사망으로 이어지지 않으면 암을 유발할 수 있다. 깨지기 쉬운 부위로 불리는 파손에 민감한 지역은 유전독성 물질(농약 등)에 의해 발생할 수 있다. 일부 화학물질은 온코겐이 존재하는 염색체 부위에 연약한 부위를 유도할 수 있어 발암 효과를 가져올 수 있다. 이러한 발견과 함께, 농약의 일부 혼합물에 대한 직업상 노출은 노출된 개인의 유전독성 피해 증가와 확실히 상관관계가 있다. DNA 손상은 유전독성 물질을 활성화하거나 해독하는 능력이 다르기 때문에 개체군 전체에 걸쳐 심각도가 균일하지 않다. 이는 개인들 사이에서 암 발병률의 변동성을 초래한다. 특정 화합물을 해독하는 능력의 차이는 화학 물질의 신진대사에 관여하는 유전자의 유전적 다형성 때문이다. 차이는 또한 DNA 수리 메커니즘의[9] 효율성의 개별적 변화에도 기인할 수 있다.

일부 화학물질의 신진대사는 유전독성의 가능한 메커니즘인 활성산소 종의 생성을 초래한다. 이는 히드록실산소를 생성하는 비소의 신진대사에서 나타나며, 이는 유전독성 효과를 유발하는 것으로 알려져 있다.[10] 마찬가지로, ROS는 입자와 섬유에 의해 유발되는 유전독성에 관련되어 있다. 비섬유 및 섬유입자의 유전독성은 염증세포에서 ROS가 많이 생성되는 것이 특징이다.[11]

유전독성 화학요법

유전독성 화학요법은 하나 이상의 유전독성 약물을 사용하여 암을 치료하는 것이다. 그 치료는 전통적으로 표준화된 체제의 일부분이다. 게노톡신 치료의 파괴적 특성을 살려 DNA 손상을 암세포로 유도하는 것이 목적이다. 암에 대한 어떠한 손상도 증식이 계속됨에 따라 암세포의 자손에게 전가된다. 이 손상이 충분히 심하면 세포가 사멸을 겪도록 유도할 것이다.[12]

위험

치료의 단점은 많은 유전독성 약물이 암세포와 정상세포에 모두 효과적이라는 것이다. 특정 약물의 작용 선택성은 세포 자체의 민감도에 기초한다. 그래서 암세포를 빠르게 분열시키는 것은 많은 약물치료에 특히 민감하지만, 정상적인 기능을 하는 세포가 영향을 받는 경우가 많다.[12]

치료의 또 다른 위험은 유전독성 외에도 많은 약물이 돌연변이 유발 물질과 세포독성 물질이라는 것이다. 따라서 이러한 약의 효과는 DNA 손상에만 국한되지 않는다. 또 암을 치료하기 위한 이 약품들 중 일부는 발암물질 자체도 있어 백혈병 등 2차 암의 위험이 높아지고 있다.[12]

다른 치료법

이 표는 여러 가지 유전독성 기반 암 치료법을 사례와 함께 묘사하고 있다.[12]

치료 메커니즘 예
알킬링제 DNA 베이스를 수정하여 DNA 복제와 전사를 방해한다. 부설판, 카르무스틴, 메클로레타민
중간 보정 에이전트 DNA의 뉴클레오티드 사이의 공간에 스스로를 결합시켜 DNA 복제와 전사를 방해하다. 다우노루비신, 독소루비신, 에피루비신
효소억제제 DNA 복제에 중요한 효소를 억제하다. 이리노테칸 에토포사이드 데시타빈

참고 항목

참조

  1. ^ a b c Kolle S (2012-06-01). "Genotoxicity and Carcinogenicity". BASF The Chemical Company. Archived from the original on 2013-06-28. Retrieved 2013-03-16.
  2. ^ a b "Genotoxicity: Validated Non-animal Alternatives". AltTox.org. 2011-06-20. Retrieved 2013-03-16.
  3. ^ a b c Sugden KD, Campo CK, Martin BD (September 2001). "Direct oxidation of guanine and 7,8-dihydro-8-oxoguanine in DNA by a high-valent chromium complex: a possible mechanism for chromate genotoxicity". Chemical Research in Toxicology. 14 (9): 1315–22. doi:10.1021/tx010088+. PMID 11559048.
  4. ^ a b Chen T, Mei N, Fu PP (April 2010). "Genotoxicity of pyrrolizidine alkaloids". Journal of Applied Toxicology. 30 (3): 183–96. doi:10.1002/jat.1504. PMC 6376482. PMID 20112250.
  5. ^ Mei N, Guo L, Fu PP, Fuscoe JC, Luan Y, Chen T (October 2010). "Metabolism, genotoxicity, and carcinogenicity of comfrey". Journal of Toxicology and Environmental Health Part B: Critical Reviews. 13 (7–8): 509–26. doi:10.1080/10937404.2010.509013. PMC 5894094. PMID 21170807.
  6. ^ a b c d e f g Furman G (2008-04-17). "Genotoxicity Testing for Pharmaceuticals Current and Emerging Practices" (PDF). Paracelsus, Inc. Archived from the original (PDF) on 2014-01-16. Retrieved 2013-03-16.
  7. ^ Končar H (2011). "In Vitro Genotoxicity Testing". National Institute of Biology. Archived from the original on 2013-03-07. Retrieved 2013-03-16.
  8. ^ Tice RR, Agurell E, Anderson D, Burlinson B, Hartmann A, Kobayashi H, et al. (2000). "Single cell gel/comet assay: guidelines for in vitro and in vivo genetic toxicology testing" (PDF). Environmental and Molecular Mutagenesis. 35 (3): 206–21. doi:10.1002/(SICI)1098-2280(2000)35:3<206::AID-EM8>3.0.CO;2-J. PMID 10737956.
  9. ^ Bolognesi, Claudia (June 2003). "Genotoxicity of pesticides: A review of human biomonitoring studies". Mutation Research. 543 (3): 251–272. doi:10.1016/S1383-5742(03)00015-2. PMID 12787816.
  10. ^ Liu SX, Athar M, Lippai I, Waldren C, Hei TK (February 2001). "Induction of oxyradicals by arsenic: implication for mechanism of genotoxicity". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 98 (4): 1643–8. Bibcode:2001PNAS...98.1643L. doi:10.1073/pnas.98.4.1643. PMC 29310. PMID 11172004.
  11. ^ Schins RP (January 2002). "Mechanisms of genotoxicity of particles and fibers". Inhalation Toxicology. 14 (1): 57–78. doi:10.1080/089583701753338631. PMID 12122560. S2CID 24802577.
  12. ^ a b c d Walsh D (2011-11-18). "Genotoxic Drugs". Cancerquest.org. Archived from the original on 2013-03-02. Retrieved 2013-03-16.

추가 읽기