백서피부에서 약물대사효소의 활성도와 유전자 발현에 미치는 all-trans-retinoic acid의 영향

Abstract

피부의 약물대사효소는 약물의 해독화과정 및 발암전구물질의 암발생과정에 중요한 역할을 한다. 본 연구는 건선, 여드름 치료 및 항암효과를 가진 all- trans-retinoic acid가 약물대사효소의 활성도 및 유전자 발현과 유전적 다형성에 어떠한 변화를 주며 암발생과정에 어떠한 영향을 미치는지 알아보기 위하여 시행하였다. 웅성 백서의 피부에 발암전구물질이며 약물대사효소의 활성을 증가시키는 것으로 알려진 3-methylcholanthrene과 항암효과를 가진 all-trans-retinoic acid를 투여한 뒤 분광광도계로 cytochrome P450 1A1(CYP1A1), NADPH cytochrome P450-reductase(NADPH CYPR), UDP-glucuronosyltransferase(UGT)1, glutathione S-transferase(GST)의 효소 활성도를 측정하고 RT-PCR을 이용하여 mRNA 수준에서 CYP1A1, UGT1 및 GSTπ의 유전자 발현 정도를 관찰하였으며 PCR을 통해 CYP1A1, GSTM1 및 GST 의 유전적 다형성의 변화를 분석한 결과는 다음과 같다. 1. CYP1A1, NADPH CYPR, UGT1 및 GST 효소 활성도는 3-methyl cholanthrene, all-trans-retinoic acid 단독 및 병용투여군에서 대조군에 비해 유의하게 증가하였다. 특히, NADPH CYPR과 UGT1의 효소 활성도는 3-methylcholanthrene 단독투여군에 비해 all-trans-retinoic acid 단독투여군에서 현저하게 증가하였다. 2. CYP1A1 mRNA 유전자 발현은 3-methylcholanthrene과 all-trans-retinoic acid 단독 및 병용투여에 의해 유도되었고 UGT1 mRNA는 3-methylcholanthrene 단독투여군에 비해 all-trans-retinoic acid 단독투여군에서 유전자 발현이 더욱 증가하였으며 GSTπ mRNA 유전자 발현은 all-trans-retinoic acid 투여에 의해 억제되었다. 3. CYP1A1은 3-methylcholanthrene과 all-trans-retinoic acid 단독 및 병용투여에 의해 유전적 다형성이 유도되었으나 GSTM1은 유전적 다형성이 관찰되지 않았고 GSTπ는 유전적 다형성이 all-trans-retinoic acid 투여에 의해 억제되었다. 이상의 결과로 3-methylcholanthrene과 all-trans-retinoic acid는 백서피부에서 여러 약물대사효소의 활성도와 유전자의 유도적 발현을 개별적으로 증가시키고 효소의 유전적 다형성에 변화를 초래한다는 것을 알 수 있었다. 특히, all-trans-retinoic acid의 투여는 약물대사효소의 활성도와 유전자 발현을 증가시킴으로서 발암전구물질의 암발생을 억제하므로 all-trans-retinoic acid와 여러 약물의 투여시 약물대사효소의 유도적 발현에 대한 연구가 계속 진행되면 피부과 영역의 약물치료 및 암발생기전 연구에 중요한 지침이 되리라 생각된다. ; The activity of drug metabolizing enzymes and the modulation of their expression by inducers in the skin are the key factors for understanding pharmacological and toxic effects of topically applied drugs. The role of these enzymes is of major importance, as they may contribute to determine the steady-state levels of biologically active substances. In human skin, biotransformation of drugs, including oxidation, reduction, hydrolysis and conjugation reactions have been found to be localized in the epidermis and epidermal appendages. 3-Methylcholanthrene and all-trans- retinoic acid have been known to be inducers of the drug metabolizing enzymes. All-trans-retinoic acid has many biological actions including anti-cancer effect. The purpose of this study is to evaluate the effect of all-trans-retinoic acid on inducing expression and modulation of the genetic polymorphism of drug metabolizing enzymes as well as to estimate the role of all-trans-retinoic acid in carcinogenesis and drug interactions. We analyzed the expression of CYP1A1, NADPH cytochrome P450-reductase, UGT1 and GST after administration of 3-methyl cholanthrene and all-trans-retinoic acid to the Sprague-Dawley male rats. We observed the inducible gene expression of CYP1A1, UGT1, GSTπ by RT-PCR and the genetic polymorphism of CYP1A1, UGT1, GSTπ by PCR. The results were as follows ; 1. The expression of CYP1A1, NADPH cytochrome P450-reductase, UGT1 and GST is induced by 3-methylcholanthrene and all-trans-retinoic acid, especially that of NADPH cytochrome P450-reductase and UGT1 is pronouncedly enhanced by all-trans-retinoic acid. 2. The effects of 3-methylcholanthrene and all-trans-retinoic acid on inducing the expression of CYP1A1 and UGT1 correlate with an increase of mRNA expression levels of CYP1A1 and UGT1. The modulation of mRNA expression levels of GSTπ is downregulated by all-trans-retinoic acid. 3. The genetic polymorphism of CYP1A1 is induced by 3-methylcholanthrene and all-trans-retinoic acid, and that of GSTM1 is not affected by the inducers. The induction of genetic polymorphism of GSTπ is downregulated by all-trans-retinoic acid. In conclusion, 3-methylcholanthrene and all-trans-retinoic acid modulate the inducible expression and the genetic polymorphism of drug metabolizing enzymes differentially. All-trans-retinoic acid can modulate the metabolism of procarcinogen such as 3-methylcholanthrene by inducing drug metabolizing enzymes. Furthermore, the elucidation of the molecular mechanisms underlying the regulation of drug metabolizing enzymes by 3-methylcholanthrene, all- trans-retinoic acid and other drugs could help understand their respective roles in drug interactions and carcinogenesis.