내분비계장애물질 영향의 세대간 전달에 관한 연구 : Bisphenol A 독성 영향의 후생유전학적(epigenetics) 연구 = Epigenetic transgenerational actions of endocrine disruptor, Bisphenol A

국문 초록 (Abstract)

내분비계 장애추정물질 중에서 비스페놀 A (Bisphenol A; BPA)는 미국, 캐나다, 일본을 비롯하여 유럽 선진각국에서 현재 물질의 안정성 및 사용금지 여부를 놓고 심각한 논쟁과 동시에 많은 생체위해성 연구가 진행 중에 있다. BPA는 에스트로겐성을 가지고 있고 실제 생체 내 에스트로겐처럼 매우 낮은 농도에서도 그 작용효과를 나타낼 수 있으며, 이러한 이유로 남성에게 노출되었을 경우 생식세포의 형성과정에 악영향을 줄 수 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 지금까지 BPA가 임신 중 모체(F0)의 태아 성결정기에 일시적으로 노출되었을 경우에 후세대 성숙 남성 생식 및 내분비계에 나타나는 영향이 연속해서 다세대간 발생하는지에 대해서는 조사된 바가 없는 상태이었다. 따라서 본 연구는 이에 관한 연구를 최대 제4세대까지 조사하기 위하여, 208년 수행되었던 선행연구(제1, 2세대; F1, F2)를 근본으로 계속연구를 진행하였고, 제3 (F3) 및 제4세대 (F4)에 나타나는 생식 및 내분비계의 이상현상을 후생유전학적으로 조사 및 고찰하였다. 선행연구에서 BPA는 임신한 흰쥐의 태아기 (8일-14일)에 두가지 농도 (0.01 및 1 mg/Kg 체중)로 매일 복강주사를 통해 노출시켰고 생후 90일후에 각 실험동물군으로부터 혈액, 고환액, 고환, 부고환, 정자를 채취하여 각종 조직학 및 생화학적 분석을 수행하였다. BPA의 에스트로겐성 작용 가능성을 감안하여 17β-estradiol (E2, 1 μg/Kg 체중)을 에스트로겐 대조군으로 삼은 실험을 병행적으로 수행하였다. 정자 DNA의 후생유전학적 변화를 관찰하기 위해서는 DNA의 메칠화도를 조사하였다. 임신기에 BPA에 노출되어 출생 후 성숙한 수컷 개체에서 정자형성과정, 정자의 운동성 및 정자의 질 그리고 혈액 및 고환액 내 테스토스테론의 농도를 제2세대, 제3 및 제4세대까지 관찰하였으며 그 변화가 계속적으로 전달되었음이 조사되었다. 정자 DNA의 과메칠화현상의 세대간 전달현상 또한 제1세대에서 제4세대에 걸치는 동안 계속해서 유지 및 발생함이 확인됨으로써 이는 후생유전학적으로 일어남을 증명하였다. 에스트로겐에 노출된 실험군 역시 BPA 노출군과 거의 같은 결과를 보임으로써 BPA의 노출로 인하여 발생한 후생유전학적 변화는 태아에 에스트로겐성 물질로서 작용하였을 가능성을 시사하였다. 본 연구의 결과는 유의한 내용으로 판단되나 이와 같은 현상이 인간을 포함한 모든 포유류에서 발생한다는 결론을 내리기에는 아직 증거가 충분하지 않다고 생각한다. 특히, 실험에 적용된 노출농도는 실제 일상 인체 노출농도보다는 다소 높다.○ 연구목표
1. 내분비계장애물질인 bisphenol A(BPA)를 임신 중 모체에 노출하고 후생유전학적 세대간 전달현상을 F4 세대까지 조사함으로써 그 연관성을 규명하고자 하였음.
2. 내분비계장애물질의 노출로 발생할 수 있는 세대간 정자형성과정 및 정자상의 변화를 형태 및 생화학적 방법을 통하여 조사하고 후생유전학적 효과를 평가하고자 하였음.
3. 후생유전학적 세대간 전달현상을 분자생물학적으로 확인하기 위하여 정자의 DNA를 대상으로 메칠화도를 평가함으로써 내분비계장애물질의 노출로 인한 생식세포의 분자적 변화기전을 확인하고자 하였음.
○ 연구내용
1. 임신기 BPA 노출에 의한 세대간 (F3 및 F4) 정자형성과정 및 정자의 변화 조사
○ 임신한 흰쥐를 태아의 성결정기에 일시적으로 BPA에 노출시키고, F3 및 F4 세대중 성숙한 수컷의 고환을 대상으로 정자형성과정상의 변화를 조사함으로써 후생유전학적 생식소의 변화를 평가하고자 하였음.
○ BPA에 노출후 F3 및 F4 세대의 성숙한 수컷 부고환내 정자 변화 조사.
- 부고환 미부내 정자의 운동성, 농도 및 형태분석: 정자의 수적 형태적 변화를 조사하기 위하여 정자의 운동성을 조사하였음. 2. 임신기 BPA 노출후 세대간 (F3 및 F4) 테스토스테론의 농도변화 조사
○ F3 및 F4 세대중 성숙한 수컷의 혈청 및 고환액 내 테스토스테론의 농도를 측정함으로써, 조사대상 동물의 내분비현상 변화의 후생유전학적 영향을 조사하였음.
3. 정자의 세대간 (F3 및 F4) 질적변화에 따른 생체지표단백질 탐색
○ F3 및 F4 세대의 성숙 수컷 정자에서 F0세대의 BPA 노출 결과로 야기된 정자 내 주요 생체지표단백질을 탐색 및 발굴하여 이를 대조군과 BPA 노출군의 정자에서 비교평가하고자 하였음.
4. 후생유전학적 세대간 (F3 및 F4) 전달현상의 분자유전학적 평가
○ F3 및 F4 세대의 성숙 수컷에서 분리한 정자 DNA를 대상으로 하여 메칠화도를 측정함으로써 임신기 BPA 노출에 의한 분자생물학적 영향을 임신기 BPA 노출에 의한 분자생물학적 영향을 조사하고자 하였음.
○ 연구성과(응용분야 및 활용범위포함)
1. 임신 중 성결정기에 외인성 에스트로겐계 내분비계장애물질인 BPA가 노출되었을 경우에 후세대 수컷 생식세포의 형성과정과 정자의 수적 질적 변화가 야기될 수 있다는 것을 동물실험을 통하여 제시함.
2. 내분비계장애물질인 BPA에 임신 중 성결정기 태아가 노출되었을 경우 제1세대 수컷 생식기계에 나타난 변화가 제4세대 수컷에 전이될 수 있다는 후생유전학적 증거가 확보됨.
3. 본 연구의 결과를 통해서 내분비계장애물질의 생체 위해성의 다세대간 전달이라는 새로운 관점이 제시되었음.
4. 내분비장애물질 중 BPA를 비롯한 에스트로겐성 화학물질의 후생유전학적 세대간 전달현상과 남성생식기계 질환과의 관련성 여부에 대한 과학적 근거를 제시함으로써 국민의 안전관리 확보 및 대국민 홍보에 기여할 수있을 것으로 기대함. 5. 임신기 내분비계장애물질 노출에 의한 잠재적 위해성이 제시됨으로써 남성의 생식기계 관련 보건생활의 향상에 기여하고 남성생식기계 질환 발생의 예방책을 제시.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Bisphenol A (BPA), strongly suspected to an potent endocrine disruptor, can be exposed to human being through several routes from various sources. Therefore, nowadays, it has ben seriously debated on its safety and risk of continuous usage among many industrialized nations including the United states, Canada, Japan as wel as several European countries. In this reason, many researches on risk asesment of BPA for both human and experimental animals are stil undertaking worldwide. BPA has ben known to often exhibit an estrogenicity and thus is able to show adverse efect on development, diferentiation, growth and maturation of male reproductive system. However, it remains stil unknown whether BPA exposure at sex-determining embryonic days of gestational period could afect the male reproductive and endocrine functions that may be exhibited in the first (F1) and subsequently in next multiple generations (F2-F4). Previous our study suported by KFDA in 208 showed that exposure to BPA (0.01 and 1 mg/Kg-BW/day) to pregnant Sprague-Dawley rats at embryonic day 8 to 14 by i.p. injection signifcantly resulted in transgenerational (F1 to F2) reductions of spermatogenesis in seminiferous tubules, sperm numbers and quality (viabilty, motilty and acrosomal capacity), and testosterone concentratons in both serum and intratesticular fluid compared to control. For this study, 17β-estradiol (E2, 1 μg/Kg BW) was also administered as an estrogen control, and its exposure at same scheme caused the similar results shown in the BPA-exposed. In aditon, sperm DNA analysis showed that the DNA was signifcantly hypermethylated in BPA- and E2-exposed groups, indicating that al the phenotypes apeared in F1 and F2 reproductive organs could be epigeneticaly transmited into multi-generation. In the present study for F3 and F4, it has ben finaly found that the most of results observed in F1 and F1 were consecutively exhibited in male reproductive system. Especialy, the morphological and biochemical changes of sperm in the BPA-exposed were very prominent compared to control. The results presented herein obviously showed the potential relationship betwen BPA exposure and adverse efects in male reproduction, but the further studies on molecular epigenetical aproaches for exploring the specifc genes involved with the curent phenomena would be required to elucidated the precise mechanism(s) on the multigenerational effect of BPA in mammals.