초록 ▼

선진국의 강력한 동물시험 감소 추진에 힘입어 독성실험의 파라다임에 비동물 대체시험 연구가 제시되고 있다. 지금까지 동물실험을 통하여 화학물질의 독성시험을 수행하여 왔으나 최근 동물 권익보호를 위한 동물보호론자들의 주장이 활발히 전개되면서 동물연구에 많은 제약이 따르고 있다. 따라서 동물실험에 대한 대안은 3R (Replacement, 실험동물의 대체; Reducing, 실험동물 수의 감소;Refinement, 실험동물의 고통 경감)을 명제로 추진되어 왔으나 최근 미국과 EU를 중심으로 동물보호 단체 등의 동물 실험 금지요구가 확대되

선진국의 강력한 동물시험 감소 추진에 힘입어 독성실험의 파라다임에 비동물 대체시험 연구가 제시되고 있다. 지금까지 동물실험을 통하여 화학물질의 독성시험을 수행하여 왔으나 최근 동물 권익보호를 위한 동물보호론자들의 주장이 활발히 전개되면서 동물연구에 많은 제약이 따르고 있다. 따라서 동물실험에 대한 대안은 3R (Replacement, 실험동물의 대체; Reducing, 실험동물 수의 감소;Refinement, 실험동물의 고통 경감)을 명제로 추진되어 왔으나 최근 미국과 EU를 중심으로 동물보호 단체 등의 동물 실험 금지요구가 확대되고 EU에서는 2013년까지 단계적으로 화장품 원료 및 제품에 대한 동물실험 금지조치가 취해진 바 있다. 독성유전체 기술은 동물실험을 대체하거나 동물이용 최소화 요구를 충족시키는 대안이며 독성학과 유전체 학이 합쳐진 연구 분야로서 유전체학 기술을 독성학에 응용하는 연구분야이다. 독성유전체학은 좁은 의미로는 독성물질에 반응하는 유전자 발현을 연구하는 genomics 부터 독성물질에 반응하는 단백질체를 연구하는 proteomics, 독성물질의 대사체를 분석하는 metabolomics, 그리고 생물정보학인 bioinformatics를 포함한다. 환경 독성유전체학은 국내에서는 2000년대 초부터 활발히 추진 되어 왔으나 학술적인 발전을 하고 있는 단계로서 현존하는 환경 독성시험방법을 대체하기에는 향 후 표준 가이드라인 제정이나 시험법 표준화 등의 현실적인 뒷받침이 더욱 보강되어야 한다. 이러한 오믹스 기술은 다양한 양의 정보를 처리하는 기술로서 생체에서 합성하는 유전자, 단백질, 대사물질의 발현, 조절, 변화를 전체적으로 독성학과 접목하여 연구되고 있다. 이런한 오믹스 기술은 인체에 대한 유해물질의 독성 영향에 대한 대량 검색과 다수의 종말점을 유전자, 단백체, 대사체 수준에서 동시에 분석할 수 있는 점에서 기존의 독성시험을 보완하고 대체할 수 있는 방법으로 기대된다.

독성물질에 대하여 생체 내 유전자의 발현 분석을 통해 독성 영향을 예측하는 독성유전체 기술은 2000년대 들어 보급되기 시작하였으며, 최근 들어 선진국 및 국제기구의 여러 독성유전체 프로젝트들이 활성화됨에 따라 환경 유해 물질에 의한 위험성을 조기에 확인하고 분석할 수 있는 효과적인 방법으로 기대를 모으고 있다. OECD는 2002년도에 Toxicogenomics 세션을 만들어 Toxicogenomics 기술을 응용하기 위한 전략을 수립하였으며 IPCS (International Programme on Chemical Safety)는 2000년부터 독성유전체기술이 화학물질, 식품, 의약품 등 인체 보건에 미치는 영향을 분석하고 활용하는 프로그램을 추진하였다. 이후 2004년 OECD와 IPCS는 Toxicogenomics에 관한 긴밀한 협조 관계를 지니는 국제협력프로그램을 만들고 OECD 산하 Molecular Screening Advisory Committee를 통해 독성유전체 연구의 활성화에 일익을 담당하고 있으며 미국 EPA의 ToxCast^TM 프로그램을 공동지원하고 있다. 미국 EPA의ToxCast^TM 프로그램은 단시간에 환경독성을 예측 판단할 수 있는 연구 프로그램으로서 2007년 -2008년 phase I 준비단계, 2008년-2009년 독성예측 모델 구축 phase II 추진 단계를 거쳐 2010-2012년 phase III까지 독성예측 시스템을 확립하여 왔다. 일본은 후생노동성 산하 국립의약품식품연구소(NIHS) 주도로 독성유전체 연구 프로그램을 운영하고 있으며 EU는 실험동물의 사용규제 방안에 대응하는 대체시험법개발의 일환으로 독성유전체기술에 집중적인 투자를 하고 있으며 각 국 별로 독성유전체센터가 운영 중에 있다. 영국은 보건국에서 분자 수준의 건강 유해성 생체지표 연구, 이탈리아 국립보건원에서 생체영향 지표 연구가 수행 중이며 국내에서도 2000년대 중반 이후로 독성유전체 연구가 이루어지고 있으며 우리 원에서도 미국 EPA National Center for Computational Toxicology (NCCT) 와 Materials Transfer Agreement를 맺고 인체 간암 세포주 HepG2를 사용하여 ToxCast^TM 프로그램의 일환으로 공동연구를 추진하여 왔다. ToxCast^TM의 독성물질 후보군 320 물질 중 간독성 환경유해 물질인 atrazine, bisphenol A, dibutyl phthalate, myclobutanil, PFOA, PFOS, permethrin, propiiiconazole, triadimefon, vinclozolin에 의한 간독성 관련 독성유전체 공동연구를 수행하였다. 최근 추진되고 있는 “-Omics"는 Genomics(유전체), Proteomics(단백체), Metabolomics(대사체) 등의 총체적인 학문으로서 다양한 양의 정보를 획득하고 처리하는 기술로서 생체 내에서 합성하는 유전자, 단백질, 대사물질의 발현, 조절 변화에 대한 심층적 연구 분야이다. 즉 독성지표를 지니는 세포에 화학물질을 노출시켜 생체 내에서 생합성 또는 생분해 과정에 연관된 유전자, 효소, 또는 생성된 대사체를 분석함으로써 화학물질의 독성여부 및 독성유발 농도를 예측할 수 있다. 화학물질 노출에 의해 발현이 변화되는 유전자 정보는 외부 환경자극에 대한 생체 반응 메카즘음을 확인하는데 중요하며, 오염물질에 반응하는 유전자는 환경오염을 감지하는 생체 지표로 개발될 수 있다. 미국, 일본, EU 등 선진국은 실험동물의 사용규제 방안에 대응하여 대체시험법의 일환으로 ”-Omics“ 기술을 활용하고 있으나 그에 수반하는 생물정보학적 분석방법의 국제 표준안은 마련되지 않고 있는 실정이므로, 향 후 국제적인 표준안의 조화를 위한 노력이 계속 필요할 것이다. 또한 OECD 및 WHO 등 국제기구와 선진국과의 공조를 통해 “-Omics"관련 국제 협력사업에 적극 참여하여 환경 유해 화학물질의 독성예측연구에 더욱 노력을 기울여야 할 것이다.
(출처 : 본론 Ⅰ. 서 론 6p)

Abstract ▼

Genetic information is important for identifying the biochemical reaction mechanism in organism against external environmental stimuli. In this study, researches on toxicological effects and toxicogenomics were performed using rats and zebrafish exposed to aluminium oxide, cerium dioxide and zinc ox

Genetic information is important for identifying the biochemical reaction mechanism in organism against external environmental stimuli. In this study, researches on toxicological effects and toxicogenomics were performed using rats and zebrafish exposed to aluminium oxide, cerium dioxide and zinc oxide nano particles.

Toxicogenomic study of rat brain exposed to aluminium oxide by intra-nasal instillation showed that there was the expression of genes related to apoptosis and MAP kinase activity. The expression of genes associated with signal transduction such as MAPK pathway was determined by conducting the Western blot test of MAPK.

Intra-nasal instillation study of aluminium oxide nano particles demonstrated that significant changes in inflammation cells, PMNs in BALF were not observed in any treatment groups compared to control. Total Protein (TP), a marker of lung permeability in BALF, and LDH, a marker of cell injury, were increased in 20 mg/kg and 40 mg/kg body weight treatment groups. In analysis of other injury markers, TNF-alpha was increased in 20 mg/kg and 40 mg/kg body weight treatment groups, while Interleukin-6(IL-6) was increased in 40 mg/kg body weight treatment group.

In repeated dose 28-day toxicity experiments of rats exposed to aluminium oxide, no systemic toxic effects were observed. However, genes related to tissue homeostasis and sexual reproduction were regulated in brain, while in the kidney, genes related to fibroblast growth factor receptor signaling pathway, metal ion transport, oxygen transport and response to radiation were regulated.

In histopathology of zebrafish exposed to zinc oxide and cerium oxide, cavities were observed in liver and gill tissues, and blood vessels were expanded in gill. In this study, it has been found that genes associated with signal transduction and cell differentiation were regulated with toxicogenomics.

The toxicogenomic study was reconfirmed with the results of Western blotting in intra-nasal instillation of rats exposed to oxide nano particles. It is expected that proteomics and metabolomics studies in parallel with toxicogemomic study will further determine the more accurate effects of various aspects of ending points in bio-organism.
(출처 : Abstract 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 표목차 ... 3
• 그림목차 ... 4
• Abstract ... 5
• Ⅰ. 서론 ... 6
• Ⅱ. 연구내용 및 방법 ... 9
• 1. 산화알루미늄 노출 유전체 연구 ... 9
• 2. 산화아연 및 이산화세륨 노출 유전체연구 ... 13
• Ⅲ. 연구결과 및 고찰 ... 17
• 1. 산화알루미늄 노출 유전체연구 ... 17
• 가. TEM 및 DLS assay ... 17
• 나. 페 세포 MTT assay ... 17
• 다. 랫드 비강점적 임상증상 및 혈액분석 ... 18
• 라. 랫드 비강점적 폐 세척액 분석 ... 19
• 마. 랫드 비강점적 조직병리 결과 ... 21
• 바. 랫드 비강점적 독성유전체 발현 추이 ... 22
• 사. 세포 신호전달 단백질 분석 시험 ... 24
• 아. 랫드 경구반복독성 장기무게 및 혈액생화학 연구 ... 25
• 자. 랫드 경구반복독성 유전체 발현 추이 ... 28
• 2. 산화아연 및 이산화세륨 노출 유전체연구 ... 30
• 가. 제브라피쉬 조직관찰 ... 30
• 나. 제브라피쉬 독성유전체 발현 추이 ... 31
• 다. 통계를 이용한 기전 분석 ... 32
• Ⅳ. 결론 ... 34
• 참고문헌 ... 35
• 끝페이지 ... 36