독성유전체 기법을 이용한 환경유해물질의 위해성 평가 연구

Abstract

국 문 요 지 최근 산업화에 따른 환경오염이 심각해짐에 따라 극미량의 환경호르몬(내분비계장애물질)의 위험성을 조기에 확인하고 분석할 수 있는 효과적인 분석 시스템이 필요하며, 특히 저 농도로 장기간 축적되는 형태의 환경호르몬의 노출에 의한 인간의 건강 피해에 관한 평가는 매우 중요한 환경기술로 대두되고 있다. 최근의 유해성 평가기술은 과거의 고용량으로 실험된 독성실험결과에 의존하기보다는 현실적인 생활환경에서의 인체노출 수준을 반영할 수 있는 저용량 노출영향규명에 초점을 두고 있으며, 저용량 노출에서의 유해 영향이 나타나지 않는 수준을 고려하여 관리기준을 설정하는 방법으로 발전하고 있다. 내분비계장애물질에 대한 연구는 복잡한 내분비계의 특성에 따라 독성의 원인 및 그 영향을 정확히 분석하기가 어려운 분야이기에 현재 각국의 연구자들은 이러한 내분비계장애물질의 작용기전을 파악하기 위한 연구에 집중하고 있다. 이러한 취지에서 최근에는 독성유전체학(Toxicogenomics) 이라는 학문과 시험기술을 도입하여 내분비계 장애 메커니즘을 밝혀내고 동시에 이러한 물질들을 가려낼 수 있는 유용한 생물학적 지표(Biomarkers)를 개발하고자 하는 노력이 집중되고 있다.

본 연구는 내분비계장애물질의 대표적인 물질인 노닐페놀(nonylphenol)과 발암성, 생식독성 등의 영향을 미치는 환경유해물질로 잘 알려진 POPs, PAH, VOC을 다양한 세포주에 처리한 후 마이크로어레이 실험 및 분석을 수행하여 관련된 유전자 발현변이조사환경유해물질의 위해성 평가에 있어서 독성유전체 기술의 적용범위와 타당성 및 한계점을 조사하였다.

제1장 서론에서는 내분비장애물질 즉 환경호르몬 및 환경유해물질의 개요, 기존의 검사방법 및 독성유전체 기술의 적용 사례 등을 선진국을 중심으로 검토하였으며, 연구사례 조사․ 검토를 통해 환경유해물질 평가에 있어 독성유전체 기술의 적용에 대한 한계점 및 활용방안을 제시하였다. 또한 독성유전체학의 일반적인 개요와 국내외 연구현황에 관하여 OECD/IPCS의 국제협력 프로그램 자료와 최근 OECD 분자스크리닝 프로젝트인 ToxCastTM 사업, MAQC 자료를 중심으로 기술하였다. 국내의 경우 지난 2004년부터 추진해온 독성유전체 사업에 대해 환경부, 국립독성과학원, 국립수의학검역원의 연구 자료를 중심으로 기술하였다.

제2장 「인간세포주에서의 노닐페놀의 유전자발현연구」에서는 내분비계장애물질 대표적인 nonylphenol을 사용하여 agilent whole genome microarray실험 및 분석을 통한 미량 노출에 따른 유전자 발현 변이 양상을 확인하였다. Nonylphenol의 에스트로겐 호르몬 유사 작용을 확인하기 위하여 에스트로겐 수용체(estrogen receptor)가 활성화되어 있는 인체 유방암세포인 MCF-7 cell line을 사용하여 estrogen antagonist로의 작용 또는 androgen agonist로서의 작용 여부를 조사하였다. 비교분석을 위해 정상적인 신장 세포 HK-2 cell과 에스트로겐 수용체가 결핍되어 있는 LNCaP cell에 nonylphenol을 동시 처리하였다. Nonylphenol을 처리한 MCF-7 cell에서의 발현 양상을 생산하고, 기존의 유사연구와 비교를 통하여 독성유전체 시험기술이 내분비계장애물질 평가에 적용 가능성이 있음을 실험적으로 확인하였다. 독성시험에 많이 사용되고 있는 세포주인 간 독성관련 HepG2 세포주 및 NimbleGen microarray를 이용하여 처리시간과 농도, microarray 플랫폼에 따른 세포 주별의 유전자 발현변이와 독성을 비교하였다.

제3장에서는 환경유해화학물질의 위해성을 평가할 수 있는 HazChem microarray을 노닐페놀 실험을 통해 얻은 유의성 있는 유전자와 기존에 잘 알려진 환경독성관련 유전자들이 포함된 1,000여개의 유전자를 이용하여 제작하였으며, 제작된 HazChem microarray의 자체 신뢰도 평가를 수행하였으며 VOC, PAH, POPs 그룹의 7개의 화학물질에 대한 유전자 발현 변이를 조사하였다. 결과로 화합물 군별로 특정한 유전자의 발현뿐만 아니라 공통적인 발현의 변화를 보이는 유전자를 확인할 수 있었다. 이러한 공통 발현된 유전자들은 앞서 노닐페놀 실험 및 선례 연구 결과들과 유사하였다.