[논문]성 성숙 억제 물질 투여에 따른 Zebrafish Dario rerio의 성호르몬 관련 유전자 발현 변화

김기혁; 문혜나; 여인규

doi:10.5657/kfas.2022.0017

성 성숙 억제 물질 투여에 따른 Zebrafish Dario rerio의 성호르몬 관련 유전자 발현 변화
Changes in Sex Hormone-related Gene Expression in Zebrafish Dario rerio by the Administration of Sexual Maturation Inhibitors 원문보기

한국수산과학회지 = Korean journal of fisheries and aquatic sciences, v.55 no.1, 2022년, pp.17 - 22

김기혁 (제주대학교 수산생명의학과) , 문혜나 (제주대학교 수산생명의학과) , 여인규 (제주대학교 수산생명의학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Successful reproduction in vertebrates necessitates complex interactions along the brain-pituitary-gonad axis, it is determined by gonadotropin releasing hormone produced in the hypothalamus of the brain, gonadotropin synthesized in the pituitary gland, and sex hormone secreted by the gonads. The goal of this study was to secure and test technology for controlling (inhibiting) sexual maturation hormones such as maturation hormones through hormone regulation. We studied the effect on sexual maturation of zebrafish Danio rerio by tamoxifen, anastrozole, exemestane and dopamine 4 kinds of sexual maturation inhibitors to feed and after administration. As a result, 4 kinds of sexual maturation inducing substances were mixed with zebrafish feed, it could be concluded that all of them were effective in inhibiting sexual maturation by reducing mRNA levels of genetic materials related to sexual maturation.

주제어

표/그림 (5)

표 Table 1. Oligonucleotide primers used for quantitative PCR (qPCR)
그림 Fig. 1. Expression of ER and VTG mRNA level in the liver and gonad of zebrafish Danio rerio treated tamoxifen. A, Gonad ER mRNA level; B, Liver ER mRNA level; C, Liver VTG mRNA level. Values are expressed as the mean SE. Different letters indicate a significant difference in mean values (P<0.05 by one-way ANOVA following Duncan's multiple range test).
그림 Fig. 2. Expression of ER and VTG mRNA level in the liver and gonad of zebrafish Danio rerio treated exemestane. A, Gonad ER mRNA level; B, Liver ER mRNA level; C, Liver VTG mRNA level. Values are expressed as the mean SE. Different letters indicate a significant difference in mean values (P<0.05 by one-way ANOVA following Duncan's multiple range test).
그림 Fig. 3. Expression of ER and VTG mRNA level in the liver and gonad of zebrafish Danio rerio treated anastrozole. A, Gonad ER mRNA level; B, Liver ER mRNA level; C, Liver VTG mRNA level. Values are expressed as the mean SE. Different letters indicate a significant difference in mean values (P<0.05 by one-way ANOVA following Duncan's multiple range test).
그림 Fig. 4. Expression of GnRH, Gth and ER mRNA level in the hypothalamus and pituitary of zebrafish Danio rerio treated dopamine. A, Hypothalamus GnRH mRNA level; B, Pituitary Gth I mRNA level; C, Hypothalamus ER mRNA level. Values are expressed as the mean SE. Different letters indicate a significant difference in mean values (P<0.05 by one-way ANOVA following Duncan's multiple range test).

AI 본문요약
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문제 정의

일반적으로 어류의 암컷은 성 성숙이 시작되는 시기가 되면 알을 생산하기 위한 생리학적 변화로 인한 스트레스로 면역력의 감소 및 성장의 둔화 문제를 유발시키며(Lim and Han, 2012), 화학적 요인들을 어류 체내에 투여하여 단순히 호르몬 발현량을 알아본 연구들은 많지만, 성 제어에 관한 보고는 이루어지지 않았다. 본 연구는 앞서 언급한 4 가지 화학적 성 성숙 억제물질을 사료에 첨가하여 zebra fish에 투여 후 성 성숙 호르몬 관련 유전자 mRNA level 변화를 관찰하여 어류의 성호르몬 억제에 관한 기초자료로 사용하고자 연구하였다.

제안 방법

어류의 Gth I (FSH)및 Gth II (LH) 분비는 여러 시상하부 작용제에 의해 자극되며, GnRH는 중심 자극제로 작용하며, Da는중심 억제제로 작용한다(Yaron and Levavi-Sivan, 2006). 본 연구에서 Da를 사료에 섞어 투여 후, zebrafish의 시상하부 및 뇌하수체에서 작용하는 GnRH, Gth I 및 ER mRNA level의 변화를 관찰하였다. 시상하부에서 GnRH mRNA level은 대조 구에 비해 7일째 점차 감소하여 15일째 지속적인 감소를 나타내었다(Fig.
본 연구에서는 tamoxifen (Tam), anastrozole (Ana), exemestane (Exe) 및 dopamine (Da) 총 4개의 다른 화학 물질을 사료에 섞어 zebrafish에 15일 간 투여 후, 성 성숙 호르몬의 변화를 관찰하였다. Tam은 어류에서 ER의 길항제로 효과를 나타내며, E2가 존재하는 곳에서 VTG 생성 억제를 나타낸다고 보고되었다(Leaños-Castañeda and Kraak, 2007).

대상 데이터

실험에 사용된 어류는 연구실에서 사육하던 zebrafish를 사용하여 각 수조마다 각 암컷및 수컷 각각 15마리 총 30마리를 4개의 수조에 120마리를 사용하여 실험환경에 적응시키기 위해 시판용 사료를 공급하였으며, 암수 구분은 지느러미의 모양으로 구분하여 해부에 사용하였다. 실험 시작 전과 후 수온 27-28°C, 광주기 light (L):dark (D)=14:10로 유지하였다.

데이터처리

데이터 값의 유의차는 Duncan’s multiple test 사후분석을 실시하여 측정하였으며, P<0.05에서 유의성을 판단하였다.
본 실험의 모든 결과는 결과는 SPSS version 21 (SPSS Inc., Chicago, IL USA)을 활용하여 One-way ANOVA-test 로 통계분석을 실시하였다. 데이터 값의 유의차는 Duncan’s multiple test 사후분석을 실시하여 측정하였으며, P<0.

성능/효과

, 2019). 따라서, Exe 및 Ana 두 화학물질은 zebrafish의 생식소에서 ER mRNA level의 감소를 유발하여 성 성숙 억제 효능을 가질 수 있다고 판단된다.
, 2008). 따라서, Tam이 간에서 estrogen과의 경쟁적 결합에 크게 작용하여 간에서 ER mRNA level의 증가를 나타낸 것으로 알 수 있었으며, 생식소에서의 ER mRNA level 감소로 인하여 간에서 VTG mRNA level이 억제되는 것을 확인하였다(Fig. 1A, 1C).
생식소에서 aromatase의 estrogen 전환을 억제시키는 Exe 및 Ana 두 화학물질을 사료에 섞어 투여 후, zebrafish 생식소 및 간에서 ER mRNA level은 모두 대조구에 비해 낮은 발현을 나타내었다(Fig. 2, Fig.
, 1998). 이와 같이 Tam은 ER과의 결합으로 인한 유전적인 요인에 있어 형태적 및 기능적으로 변화를 유발하여 estrogen과의 결합을 방해 및 ER의 감소를 유발시켜 성 성숙의 억제를 유도하는 것으로 판단된다.
일반적으로 Da 는 GnRH에서 Gth로의 경로에 관여 후, 합성을 억제시킬 것으로 생각되었는데, 이번 연구에서 Da 투여 7일 후, zebrafish 뇌하수체에서 Gth I 및 ER mRNA의 증가는 시상하부에서 Da가시상하부에 직접적인 영향을 나타내 GnRH mRNA 합성을 억제하여 뇌하수체에서 Gth I의 분비를 억제할 뿐 아니라, 시상하부 내 ER mRNA 합성도 억제하는 것을 알 수 있었다. 이와같이 Tam, Exe, Ana 및 Da 4가지 성 성숙 억제 유도물질들을 zebrafish의 사료에 섞어 투여한 결과 모두 성 성숙에 관련하는 유전 물질들의 mRNA level 감소로 성 성숙 억제에 효능이 있을 것으로 판단된다.
, 2005). 일반적으로 Da 는 GnRH에서 Gth로의 경로에 관여 후, 합성을 억제시킬 것으로 생각되었는데, 이번 연구에서 Da 투여 7일 후, zebrafish 뇌하수체에서 Gth I 및 ER mRNA의 증가는 시상하부에서 Da가시상하부에 직접적인 영향을 나타내 GnRH mRNA 합성을 억제하여 뇌하수체에서 Gth I의 분비를 억제할 뿐 아니라, 시상하부 내 ER mRNA 합성도 억제하는 것을 알 수 있었다. 이와같이 Tam, Exe, Ana 및 Da 4가지 성 성숙 억제 유도물질들을 zebrafish의 사료에 섞어 투여한 결과 모두 성 성숙에 관련하는 유전 물질들의 mRNA level 감소로 성 성숙 억제에 효능이 있을 것으로 판단된다.

후속연구

하지만, 넙치에서는 성숙 시기 및 미성숙 시기의 차이를 구분하여 4가지 화학물질의 차이를 알 수 있었던 반면, zebrafish의 성 성숙 시기 및 미성숙 시기에서의 차이점은 구분하지 못하여 이후, 성숙 시기 및 미성숙 시기의 차이를 위한 추가적인 연구가 필요하다고 생각된다. 또한, 본 연구는 화학물질들의 사료 첨가 투여가 정확히 이뤄졌다는 가정하에 진행되어 보다 명확한 연구를 위해 역시 추가적인 연구가 필요하다고 판단된다.
, 2022). 하지만, 넙치에서는 성숙 시기 및 미성숙 시기의 차이를 구분하여 4가지 화학물질의 차이를 알 수 있었던 반면, zebrafish의 성 성숙 시기 및 미성숙 시기에서의 차이점은 구분하지 못하여 이후, 성숙 시기 및 미성숙 시기의 차이를 위한 추가적인 연구가 필요하다고 생각된다. 또한, 본 연구는 화학물질들의 사료 첨가 투여가 정확히 이뤄졌다는 가정하에 진행되어 보다 명확한 연구를 위해 역시 추가적인 연구가 필요하다고 판단된다.

참고문헌 (29)

Breton TS, Kenter LW, Greenlaw K, Montgomery J, Goetz GW, Berlinsky DL and Luckenbach JA. 2019. Initiation of sex change and gonadal gene expression in black sea bass (Centropristis striata) exposed to exemestane, an aromatase inhibitor. Comp Biochem Physiol Mol Integr Physiol 228, 51-61. https://doi.org/10.1016/j.cbpa.2018.10.024.

상세보기
Bhandari RK, Komuro H, Nakamura S, Higa M and Nakamura M. 2003. Gonadal restructuring and correlative steroid hormone profiles during natural sex change in protogynous honeycomb grouper (Epinephelus merra). Zool Sci 20, 1399-1404. https://doi.org/10.2108/zsj.20.1399.

상세보기
Chang YJ, Lim HK and Kwon JY. 2001. Changes in plasma steroid hormone level in rockfish (Sebastes inermis) by the controlled water temperature and photoperiod. J Korean Fish Soc 34, 13-16. https://doi.org/10.5657/fas.2004.7.1.016.

원문보기 상세보기
Chikae M, Hatano Y, Ikeda R, Morita Y, Hasan Q and Tamiya E. 2004. Effects of bis (2-ethylhexyl) phthalate and benzo [a] pyrene on the embryos of Japanese medaka (Oryzias latipes). Environ Toxicol Pharmacol 16, 141-145. https://doi.org/10.1016/j.etap.2003.11.007.

상세보기
Cosman F and Lindsay R. 1999. Selective estrogen receptor modulators: clinical spectrum. Enbdocr Rev 20, 418-434. https://doi.org/10.1210/edrv.20.3.0371.

상세보기
Desvages G and Pieau C. 1992. Aromatase activity in gonads of turtle embryos as a function of the incubation temperature of eggs. J Steroid Biochem Mol Biol 41, 851-853. https://doi.org/10.1016/0960-0760(92)90437-N.

상세보기
Dufour S, Weltzien FA, Sebert ME, Le Belle N, Vidal B, Vernier P and Pasqualini C. 2005. Dopaminergic inhibition of reproduction in teleost fishes: ecophysiological and evolutionary implications. Ann N Y Acad Sci 1040, 9-21. https://doi.org/10.1196/annals.1327.002.

상세보기
Fabian CJ. 2007. The what, why and how of aromatase inhibitors: hormonal agents for treatment and prevention of breast cancer. Int J Clin 61, 2051-2063. https://doi.org/10.1111/j.1742-1241.2007.01587.x.

상세보기
Guiguen Y, Fostier A, Piferrer F and Chang CF. 2010. Ovarian aromatase and estrogens: a pivotal role for gonadal sex differentiation and sex change in fish. Gen Comp Endocrinol 165, 352-366. https://doi.org/10.1016/j.ygcen.2009.03.002.

상세보기
Han SK. 2005. Effects of dopamine on the gonadotropin releasing hormone (GnRH) neurons. J Korean Endocrinol Sco 20, 488-495. https://doi.org/10.3803/jkes.2005.20.5.488.

상세보기
Jang SI, Lee WO, Lee JY and Son SJ. 1998. Induced ovulation in the mandarin fish, Siniperca scherzeri by sex-maturation hormones. J Aquac 11, 513-519.
Kim KH, Moon HN and Yeo IK. 2022. Development of sexual maturation inhibition technique by using exemestane and tamoxifen in olive flounder Paralichthys olivaceous. Aquat Sci, Inflex.
Kim YD, Lee C, Min BH, Kim MK, Kim GS, Choi JS, An WG and Nam MM. 2014. Early sexual maturation through temperature stimulation and development of Patinopecten yessoensis. J Korean Malacol 30, 311-319. https://doi.org/10.9710/kjm.2014.30.4.311.

원문보기 상세보기
Kitano T, Yoshinaga N, Shiraishi, Koyanagi T and Abe SI. 2007. Tamoxifen induces masculinization of genetic females and regulates P450 aromatase and Mullerian inhibiting substance mRNA expression in Japanese flounder (Paralichthys olivaceus). Mol Reprod Dev 74, 1171-1177. https://doi.org/10.1002/mrd.20603.

상세보기
Lazier CB, Langley S, Ramsey NB and Wright JM. 1996. Androgen inhibition of vitellogenin gene expression in tilapia (Oreochromis niloticus). Gen Comp Endocrinol 104, 321-329. https://doi.org/10.1006/gcen.1996.0177.

상세보기
Li A, Sadasivam M and Ding JL. 2003. Receptor-ligand interaction between vitellogenin receptor (VtgR) and vitellogenin (Vtg), implications on low density lipoprotein receptor and apolipoprotein B/E: the first three ligand-binding repeats of VtgR interact with the amino-terminal region of Vtg. J Biochem 278, 2799-2806. https://doi.org/10.1074/jbc.M205067200.

상세보기
Lim SG and Han CH. 2012. Effect of water temperatures and photoperiods on gondal development in banded catfish Pseudobagrus fulvidraco. J Fish Mar Sci Edu 24, 854-861. https://doi.org/10.13000/JFMSE.2012.24.6.854.

원문보기 상세보기
Livak KJ and Schmittgen TD. 2001. Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2- ΔΔCT method. Methods 25, 402-408. http://dx.doi.org/10.1006/meth.2001.1262.

상세보기
Leanos-Castaneda O and Van Der Kraak G. 2007. Functional characterization of estrogen receptor subtypes, ERα and ERβ, mediating vitellogenin production in the liver of rainbow trout. Toxicol Appl Pharmacol 224, 116-125. https://doi.org/10.1016/j.taap.2007.06.017.

상세보기
Massarweh S, Osborne CK, Creighton CJ, Qin L, Tsimelzon A, Huang S, Weiss H, Rimawi M and Schiff R. 2008. Tamoxifen resistance in breast tumors is driven by growth factor receptor signaling with repression of classic estrogen receptor genomic function. Cancer Res 68, 826-833. https://doi.org/10.1158/0008-5472.

상세보기
Nakamura M, Bhandari RK and Higa M. 2003. The role estrogens play in sex differentiation and sex changes of fish. Fish Physiol Biochem 28, 113-117. https://doi.org/10.1023/B:FISH.0000030495.99487.17.

상세보기
Ring A and Dowsett M. 2004. Mechanisms of tamoxifen resistance. Endocr Relat Cancer 11, 643-658. https://10.1677/erc.1.00776.

상세보기
Ruksana S, Pandit NP and Nakamura M. 2010. Efficacy of exemestane, a new generation of aromatase inhibitor, on sex differentiation in a gonochoristic fish. Comp Biochem Physiol C Toxicol Pharmacol 152, 69-74. https://doi.org/10.1016/j.cbpc.2010.02.014.

상세보기
Singh AK and Singh R. 2013. In vivo response of melatonin, gonadal activity and biochemical changes during CYP19 inhibited sex reversal in common carp Cyprinus carpio (L). Anim Reprod Sci 136, 317-325. https://doi.org/10.1016/j.anireprosci.2012.11.004.

상세보기
Shang Y, Hu X, DiRenzo J, Lazar MA and Brown M. 2000. Cofactor dynamics and sufficiency in estrogen receptor-regulated transcription. Cell 103, 843-852. https://doi.org/10.1016/S0092-8674(00)00188-4.

상세보기
Shiau AK, Barstad D, Loria PM, Cheng L, Kushner PJ, Agard DA and Greene GL. 1998. The structural basis of estrogen receptor/coactivator recognition and the antagonism of this interaction by tamoxifen. Cell 95, 927-937. https://doi.org/10.1016/S0092-8674(00)81717-1.

상세보기
Van der Ven LT, Van den Brandhof EJ, Vos JH and Wester PW. 2007. Effects of the estrogen agonist 17β-estradiol and antagonist tamoxifen in a partial life-cycle assay with zebrafish (Danio rerio). Environ Toxicol Chem 26, 92-99. https://doi.org/10.1897/06-092R1.1.

상세보기
Yamamoto T. 1958. Artificial induction of functional sex-reversal in genotypic females of the medaka (Oryzias latipes). J Exp Zool 137, 227-263. https://doi.org/10.1002/jez.1401370203.

상세보기
Yaron Z and Levavi-Sivan B. 2006. Fish reproduction. In: Physiology of fishes. CRC Press, New York, NY, U.S.A., 345-388.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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