AHR은 무척추 동물부터 척추동물에까지 오랜 진화과정 속에서 높게 보존되어 온 유전자로 TCDD와 같은 PAHs의 독성영향을 이해하기 위한 연구를 필두로 다양한 외인성 리간드에 대한 독성 영향에 대하여 연구되어왔다. 최근 연구에서는 다이옥신류와 같은 외인성 리간드에 의한 독성 영향뿐만 아니라, 내인성 리간드를 통한 면역 시스템 조절과 같은 생리학적 역할에 대하여 연구되고 있다. 하지만 이러한 연구는 human과 mouse와 같은 포유류를 대상으로 하고 있기 때문에 두 가지 타입의 AHR을 갖는 조류를 비롯한 생물종에서의 내인성 리간드에 대한 연구는 전무한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 내인성 리간드를 대상으로 세 종류 (jungle crow, common cormorant, 그리고 black-footed albatross)의 AHR1과 AHR2에 대한 전사활성능을 평가하기 위해 in vitro reporter gene assay를 통해 비교 분석하였다. 내인성 리간드로는 ...
AHR은 무척추 동물부터 척추동물에까지 오랜 진화과정 속에서 높게 보존되어 온 유전자로 TCDD와 같은 PAHs의 독성영향을 이해하기 위한 연구를 필두로 다양한 외인성 리간드에 대한 독성 영향에 대하여 연구되어왔다. 최근 연구에서는 다이옥신류와 같은 외인성 리간드에 의한 독성 영향뿐만 아니라, 내인성 리간드를 통한 면역 시스템 조절과 같은 생리학적 역할에 대하여 연구되고 있다. 하지만 이러한 연구는 human과 mouse와 같은 포유류를 대상으로 하고 있기 때문에 두 가지 타입의 AHR을 갖는 조류를 비롯한 생물종에서의 내인성 리간드에 대한 연구는 전무한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 내인성 리간드를 대상으로 세 종류 (jungle crow, common cormorant, 그리고 black-footed albatross)의 AHR1과 AHR2에 대한 전사활성능을 평가하기 위해 in vitro reporter gene assay를 통해 비교 분석하였다. 내인성 리간드로는 트립토판에서 파생된 6-formylindolo[3,2-b]carbazole (FICZ), L-Kynurenine (L-Kyn), Kynurenic acid (KYNA), 그리고 Indoxyl sulfate potassium salt (IS)를 사용하여 6개의 이성체 (jcAHR1-2, ccAHR1-2, 그리고 bfaAHR1-2)와 각각의 리간드에 대해 effective concentration (EC50)값을 산출하여 반응성을 비교하였다. 그 결과 각각의 이성체에 대해서 높은 친화력 (high-affinity)을 갖는 FICZ와 낮은 친화력 (low-affinity)을 갖는 나머지 그룹으로 나뉘었다. FICZ에 대해서는 각 종에서의 EC50값이 0.00933~0.0315 nM의 범위로 종간 차이나 이성체간의 차이가 작았다. 반면에 낮은 친화력을 갖는 리간드에 대해서는 KYNA의 경우 ccAhR1과 bfaAHR1이 각각 8.35 μM과 22.8 μM로 다른 이성체들 (jcAHR1 – 79 μM; jcAHR2 – 83.8 μM; ccAHR2 – 158 μM; bfaAHR2 – 168 μM)보다 민감한 반응을 보였고, L-Kyn에 있어서는 ccAHR2가 가장 안정적인 sigmoidal curve와 EC50값 (5.17 μM)으로 AHR 이성체들 중에 가장 민감한 반응을 보였다. 반면 IS는 종에 상관없이 각각의 이성체가 서로 다른 감수성을 보였고, ccAHR1이 ccAHR2보다 민감한 이성체로 확인되었다. 결과적으로 FICZ는 내인성 리간드중에 세 종의 조류에서 종간 차이 없이 가장 민감한 반응을 보였고, 모든 리간드에서 보다 주요한 AHR의 이성체에서 높은 전사활성을 보였다. 또한 다이옥신과 AHR이 결합하는데 있어서 결정적인 역할을 하는것으로 알려진 기존의 두 주요 아미노산 타입은 내인성 리간드에는 적용되지 않았다. 따라서 내인성 리간드에 대해서는 다른 아미노산 지역이 중요하게 작용할 것이라 예상하고 in silico 분석방법을 통하여 내인성 리간드와 AHR 이성체들의 결합을 시뮬레이션 한 결과, 네 종류의 내인성 리간드에 대해 각 조류 이성체의 리간드 결합에 참여하는 아미노산 잔기에 차이가 있음 확인하였다. 따라서 다양한 내인성 리간드들 중에 FICZ는 AHR과 가장 민감한 반응을 보일것이라는 것을 확인하였다. 또한 내인성 리간드에 대해 AHR2는 AHR1과 같이 생리적으로 중요한 역할을 하며 조류종 안에서 서로 다른 기작으로 다양하게 작용할 것이라고 제안한다.
AHR은 무척추 동물부터 척추동물에까지 오랜 진화과정 속에서 높게 보존되어 온 유전자로 TCDD와 같은 PAHs의 독성영향을 이해하기 위한 연구를 필두로 다양한 외인성 리간드에 대한 독성 영향에 대하여 연구되어왔다. 최근 연구에서는 다이옥신류와 같은 외인성 리간드에 의한 독성 영향뿐만 아니라, 내인성 리간드를 통한 면역 시스템 조절과 같은 생리학적 역할에 대하여 연구되고 있다. 하지만 이러한 연구는 human과 mouse와 같은 포유류를 대상으로 하고 있기 때문에 두 가지 타입의 AHR을 갖는 조류를 비롯한 생물종에서의 내인성 리간드에 대한 연구는 전무한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 내인성 리간드를 대상으로 세 종류 (jungle crow, common cormorant, 그리고 black-footed albatross)의 AHR1과 AHR2에 대한 전사활성능을 평가하기 위해 in vitro reporter gene assay를 통해 비교 분석하였다. 내인성 리간드로는 트립토판에서 파생된 6-formylindolo[3,2-b]carbazole (FICZ), L-Kynurenine (L-Kyn), Kynurenic acid (KYNA), 그리고 Indoxyl sulfate potassium salt (IS)를 사용하여 6개의 이성체 (jcAHR1-2, ccAHR1-2, 그리고 bfaAHR1-2)와 각각의 리간드에 대해 effective concentration (EC50)값을 산출하여 반응성을 비교하였다. 그 결과 각각의 이성체에 대해서 높은 친화력 (high-affinity)을 갖는 FICZ와 낮은 친화력 (low-affinity)을 갖는 나머지 그룹으로 나뉘었다. FICZ에 대해서는 각 종에서의 EC50값이 0.00933~0.0315 nM의 범위로 종간 차이나 이성체간의 차이가 작았다. 반면에 낮은 친화력을 갖는 리간드에 대해서는 KYNA의 경우 ccAhR1과 bfaAHR1이 각각 8.35 μM과 22.8 μM로 다른 이성체들 (jcAHR1 – 79 μM; jcAHR2 – 83.8 μM; ccAHR2 – 158 μM; bfaAHR2 – 168 μM)보다 민감한 반응을 보였고, L-Kyn에 있어서는 ccAHR2가 가장 안정적인 sigmoidal curve와 EC50값 (5.17 μM)으로 AHR 이성체들 중에 가장 민감한 반응을 보였다. 반면 IS는 종에 상관없이 각각의 이성체가 서로 다른 감수성을 보였고, ccAHR1이 ccAHR2보다 민감한 이성체로 확인되었다. 결과적으로 FICZ는 내인성 리간드중에 세 종의 조류에서 종간 차이 없이 가장 민감한 반응을 보였고, 모든 리간드에서 보다 주요한 AHR의 이성체에서 높은 전사활성을 보였다. 또한 다이옥신과 AHR이 결합하는데 있어서 결정적인 역할을 하는것으로 알려진 기존의 두 주요 아미노산 타입은 내인성 리간드에는 적용되지 않았다. 따라서 내인성 리간드에 대해서는 다른 아미노산 지역이 중요하게 작용할 것이라 예상하고 in silico 분석방법을 통하여 내인성 리간드와 AHR 이성체들의 결합을 시뮬레이션 한 결과, 네 종류의 내인성 리간드에 대해 각 조류 이성체의 리간드 결합에 참여하는 아미노산 잔기에 차이가 있음 확인하였다. 따라서 다양한 내인성 리간드들 중에 FICZ는 AHR과 가장 민감한 반응을 보일것이라는 것을 확인하였다. 또한 내인성 리간드에 대해 AHR2는 AHR1과 같이 생리적으로 중요한 역할을 하며 조류종 안에서 서로 다른 기작으로 다양하게 작용할 것이라고 제안한다.
The aryl hydrocarbon receptor (AHR) is a transcription factor well conserved from invertebrates to vertebrates and mediates various toxic effects of exogenous ligands such as dioxins. Recent studies have reported that AHR activated by endogenous ligands plays a critical role of maintaining physiolog...
The aryl hydrocarbon receptor (AHR) is a transcription factor well conserved from invertebrates to vertebrates and mediates various toxic effects of exogenous ligands such as dioxins. Recent studies have reported that AHR activated by endogenous ligands plays a critical role of maintaining physiological homeostasis in mammals. Avian species possess at least two AHR isoforms (AHR1 and AHR2) that exhibit species- and isoform-specific transactivation potencies to exogenous ligands, whereas mammals have only a single AHR. To understand endogenous ligand profiles of AHR isoforms from avian species and their role in physiology, we investigated in vitro transactivation potencies of avian AHRs (AHR1 and AHR2 of the jungle crow; Corvus macrorhynchos, common cormorant; Phalacrocorax carbo, black-footed albatross; Phoebastria nigripes) treated with endogenous tryptophan metabolites including 6-formylindolo [3,2-b] carbazole (FICZ), L-kynurenine (L-Kyn), kynurenic acid (KYNA) and indoxyl sulfate (IS). In addition, we analyzed the binding mode of these ligands to each avian AHR isoform by in silico docking simulations. EC50 of FICZ (0.009~0.032 nM) was similar regardless the species and isoform of avian AHRs. The binding mode of FICZ to the AHRs in silico estimated was also well conserved throughout the AHRs. For other tryptophan metabolites, the transactivation potencies of avian AHRs were 105-107 fold lower than those for FICZ and EC50 values varied in a species- and isoform-specific manner. This in vitro result was further supported by the poor conservation of the binding mode of L-Kyn, KYNA, and IS predicted in in silico docking simulations. In conclusion, we suggest that in avian species FICZ is the most potent endogenous AHR ligand and not only AHR1 but also AHR2 are physiologically functional.
The aryl hydrocarbon receptor (AHR) is a transcription factor well conserved from invertebrates to vertebrates and mediates various toxic effects of exogenous ligands such as dioxins. Recent studies have reported that AHR activated by endogenous ligands plays a critical role of maintaining physiological homeostasis in mammals. Avian species possess at least two AHR isoforms (AHR1 and AHR2) that exhibit species- and isoform-specific transactivation potencies to exogenous ligands, whereas mammals have only a single AHR. To understand endogenous ligand profiles of AHR isoforms from avian species and their role in physiology, we investigated in vitro transactivation potencies of avian AHRs (AHR1 and AHR2 of the jungle crow; Corvus macrorhynchos, common cormorant; Phalacrocorax carbo, black-footed albatross; Phoebastria nigripes) treated with endogenous tryptophan metabolites including 6-formylindolo [3,2-b] carbazole (FICZ), L-kynurenine (L-Kyn), kynurenic acid (KYNA) and indoxyl sulfate (IS). In addition, we analyzed the binding mode of these ligands to each avian AHR isoform by in silico docking simulations. EC50 of FICZ (0.009~0.032 nM) was similar regardless the species and isoform of avian AHRs. The binding mode of FICZ to the AHRs in silico estimated was also well conserved throughout the AHRs. For other tryptophan metabolites, the transactivation potencies of avian AHRs were 105-107 fold lower than those for FICZ and EC50 values varied in a species- and isoform-specific manner. This in vitro result was further supported by the poor conservation of the binding mode of L-Kyn, KYNA, and IS predicted in in silico docking simulations. In conclusion, we suggest that in avian species FICZ is the most potent endogenous AHR ligand and not only AHR1 but also AHR2 are physiologically functional.
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