Effect of Vinclozolin Administration on the Gene Expressions in Hypothalamus-Pituitary Axis of Immature Female Rats

미성숙 암컷 흰쥐 시상하부-뇌하수체 축 상의 유전자 발현에 미치는 Vinclozolin 투여 효과

Vinclozolin (VCZ) is a systemic fungicide commonly used in fruits, vegetables and the wine industry. VCZ and its metabolites, butenoic acid (M1) and enanilide (M2) derivatives, act as anti-androgens through actions on the androgen receptor. Although there is growing body of evidence that VCZ's action as an endocrine disrupting chemical (EDC) in male reproductive physiology and pathphysiology, no evidence on the VCZ's EDC action in female is available yet. Previously we found that the prepubertal VCZ exposures could effectively delay the onset of puberty in female rats, suggesting the postponed or weakened activities of hypothalamus-pituitary-ovary (H-P-O) reproductive hormonal axis. The present study was performed to examine whether the VCZ administration affects the transcriptional activities of reproductive hormone-related genes in the same animal model. VCZ (10 mg/kg/day) was administered daily from postnatal day 21 (PND 21) through the day when the first vaginal opening (V.O.) was observed. To determine the transcriptional changes of reproductive hormone-related genes in hypothalamus and pituitary, total RNAs were extracted and applied to the semiquantitative reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR). As a result, treatment with VCZ significantly lowered the transcriptional activity of nitric oxide synthase-2 (NOS-2) which is known to adjust gonadotropin-releasing hormone (GnRH) secretion in the hypothalamus (p<0.01). Similarly, the mRNA levels of KiSS-1, G protein-coupled receptor 54 (GPR54) and GnRH were significantly decreased in hypothalamus (p<0.01) from VCZ-treated group. As expected, the transcriptional activities of luteinizing hormone-${\beta}$ (LH-${\beta}$) and follicle stimulating hormone-${\beta}$ (FSH-${\beta}$) in the anterior pituitary from VCZ-treated group were also significantly lower than those from the control group. The present study indicates that(i) the inhibitory effect of VCZ exposure on the onset of puberty in immature female rats could be derived from the reduced transcriptional activities of gonadotropin subunits and their upstream modulators such as GnRH and KiSS-1 in hypothalamus-pituitary neuroendocrine axis, and (ii) these inhibitory effects could be mediated by NO signaling pathway.

Vinclozolin (VCZ)은 침투성 살균제로써 과일, 채소, 와인산업에 널리 사용된다. VCZ와 그것의 대사산물들인 butenoic acid (M1)과 enanilide (M2)는 안드로겐 수용체를 놓고 항 안드로겐 물질로 작용한다. VCZ가 수컷의 생식생리와 병리에서 내분비계 장애물질(endocrine disrupting chemical, EDC)로 작용함에 대한 증거는 많이 있지만, 암컷 생식생리에 미치는 VCZ의 효과에 대한 증거는 전무하다. 본 연구자들은 이전 연구에서 VCZ가 미성숙 암컷 흰쥐의 사춘기 개시를 유의하게 지연시킴을 보고한 바 있는데, 이는 VCZ에 의해 시상하부-뇌하수체-난소(hypothalamus-pituitary-ovary, H-P-O) 생식 호르몬 축의 활성이 지연되거나 약화됨을 시사한다. 본 연구에서는 미성숙 암컷 흰쥐들의 VCZ 투여가 암컷 흰쥐의 시상하부-뇌하수체 축의 생식 호르몬 관련 유전자들 활성에 미치는 영향을 조사하였다. VCZ (10 mg/kg/day)를 생후 21일부터 첫 번째 질구개방이 관찰되는 날까지 매일 복강주사하였다. 시상하부와 뇌하수체의 표적 유전자들의 전사적인 변화량을 측정하기 위하여, total RNA를 추출하였고 반 정량적 역전사 중합효소반응(RT-PCR)을 실시하였다. VCZ 투여군에서 시상하부의 gonadotropin-releasing hormone (GnRH)의 분비를 조절함이 알려진 nitric oxide synthase-2 (NOS-2)의 전사활성은 대조군보다 유의하게 감소하였다(p<0.01). 유사하게, VCZ 투여군의 시상하부에서의 KiSS-1, G protein-coupled receptor54 (GPR54) 그리고 GnRH mRNA 수준도 감소하였다(p<0.01). 예상대로, VCZ 투여군의 뇌하수체 luteinizing hormone-${\beta}$ (LH-${\beta}$)과 follicle stimulating hormone-${\beta}$ (FSH-${\beta}$) 전사활성도 대조군에 비하여 유의하게 감소하였다(p<0.01). 이번 연구를 통해 미성숙 암컷 흰쥐의 VCZ 노출시 사춘기 개시의 지연효과는 시상하부-뇌하수체 신경내분비 축의 GnRH와 KiSS-1같은 성선자극호르몬들과 그들의 상위조절인자들의 전사 활성의 감소에 의해 야기되고, 아마도 nitric oxide (NO) 신호전달경로에 의해 조절됨을 시사한다.