The controversy on genotoxicity of molinate, an herbicide, has been reported in bacterial system, and in vitro and in vivo mammalian systems. To clarify the genotoxicity of molinate, we performed bacterial gene mutation test, in vitro chromosome aberration and mouse lymphoma $tk^{+/-}$ gene assay, and in vivo micronucleus assay using bone marrow cells and peripheral reticulocytes of mice. In bacterial gene mutation assay, no mutagenicity of molinate ($12-185{\mu}g/plate$) was observed in Salmonella typhimurium TA 98, 100, 1535 and 1537 both in the absence and in the presence of S-9 metabolic activation system. The clastogenicity of molinate was observed in the presence ($102.1-408.2\;{\mu}g/mL$) of metabolic activation system in mammalian cell system using Chinese hamster lung fibroblast. However, no clastogenicity was observed in the absence ($13.6-54.3\;{\mu}g/mL$) of metabolic activation system. It is suggested that the genotoxicity of molinate was derived some metabolites by metabolic activation. Molinate was also subjected to mouse lymphoma L5178Y $tk^{+/-}$ cells using microtiter cloning technique. In the absence of S-9 mixture, mutation frequencies (MFs) were revealed $1.4-1.9{\times}10^{-4}$ with no statistical significance. However, MFs in the presence of metabolic activation system revealed $3.2-3.4{\times}10^{-4}$ with statistical significance (p<0.05). In vivo micronucleus (MN) assay using mouse bone marrow cells, molinate revealed genotoxic potential in the dose ranges of 100-398 mg/kg of molinate when administered orally. Molinate also subjected to acridine orange MN assay with mouse peripheral reticulocytes. The frequency of micronucleated reticulocytes (MNRETs) induced 48 hr after i.p. injection at a single dose of 91, 182 and 363 mg/kg of molinate was dose-dependently increased as $10.2{\pm}4.7,\;14.6{\pm}3.9\;and\;28.6{\pm}6.3\;(mean{\pm}SD\;of\;MNRETs/2,000\;reticulocytes)$ with statistical significance (p<0.05), respectively. Consequently, genotoxic potential of molinate was observed in in vitro mammalian mutagenicity systems only in the presence of metabolic activation system and in vivo MN assay using both bone marrow cells and peripheral reticulocytes in the dose ranges used in this experiment. These results suggest that metabolic activation plays a critical role to express the genotoxicity of molinate in in vitro and in vivo mammalian system.
The process of drug discovery and development requires substantial resources and time. The drug industry has tried to reduce costs by conducting appropriate animal studies together with molecular biological and genetic analyses. Basic science research has been limited to in vitro studies of cellular processes and ex vivo tissue examination using suitable animal models of disease. However, in the past two decades new technologies have been developed that permit the imaging of live animals using radiotracer emission, X-rays, magnetic resonance signals, fluorescence, and bioluminescence. The main objective of this review is to provide an overview of small animal molecular imaging, with a focus on nuclear imaging (single photon emission computed tomography and positron emission tomography). These technologies permit visualization of toxicodynamics as well as toxicity to specific organs by directly monitoring drug accumulation and assessing physiological and/or molecular alterations. Nuclear imaging technology has great potential for improving the efficiency of the drug development process.
Toxicological studies have an object of detecting adverse effects of a chemical on an organism based on observed toxicity marker (i.e., serum biochemical markers and chemical-specific gene expression) or phenotypic outcome. To date, most toxicogenomic studies concentrated on hepatic toxicity. cDNA microarray analysis enable discrimination of the responses in animals exposed to different classes of hepatotoxicants. In an effort to further characterize the mechanisms of 2, 3, 7, 8,-Tetrachlorodibenzo-p-dioxin (TCDD or dioxin)-mediated toxicity, comprehensive temporal-responsive microarray analyses were performed on hepatic tissue from Sprague-Dawley rats treated with TCDD. Hepatic gene expression profiles were monitored using custom DNA chip containing 490 cDNA clones related with toxicology. Gene expression analysis identified 26 features which exhibited a significant change. In this study, we observed that the genes related with oxidative stress in rats exposed to Dioxin, such as CYPIIA3 and glutathione S-transferase, were up-regulated at 24hr after exposure. In this study, we carried out to discover novel evidence for previously unknown gene expression patterns related to mechanism of hepatic toxicity in rats exposed to dioxin, and to elucidate the effects of dioxin on the gene expression after exposure to dioxin.
Chemotherapy is associated with male infertility. Cisplatin (cis-diamminedichloro-platinum (II) (CDDP) as a chemotherapy medication used to treat a number of cancers has been reported to most likely induce testicular toxicity. Administration of antioxidants, such as pentoxifylline (PTX) may reduce some Adverse Drug Reactions (ADRs) of CDDP. Therefore, this study investigated the potentially protective effects of PTX on CDDP-induced testicular toxicity in adult male rats. For this purpose, 42 male rats were randomly divided into 7 groups. The rats were orally pretreated with PTX at the 3 doses of 75, 150, and 300 mg/kg once a day for 14 successive days. On the $14^{th}$ day of the study, they were intraperitoneally (IP) administered with a single dose of CDDP (7 mg/kg). Finally, the sperm/testis parameters, serum levels of reproductive hormones, including testosterone, Luteinizing Hormone (LH), and Follicle Stimulating Hormone (FSH) as the pivotal endocrine factors controlling testicular functions, and histopathological changes of testis tissue were examined. Pretreatment with the two doses of 75 and 150 mg/kg PTX indicated significant increases in the sperm count and motility induced by CDDP administration. The right and significantly left testis weights were decreased following the treatment with 300 mg/kg of PTX plus CDDP. However, 75 mg/kg of PTX plus CDDP showed the best near-to-normal histopathological features. The results demonstrated that PTX alone enhanced some parameters, such as the sperm count, while reducing other parameters, including sperm fast motility and germ layer thickness. Furthermore, despite testosterone or LH levels, the mean serum FSH level was significantly augmented by the doses of 75 and 150 mg/kg. It was concluded that PTX administration cannot reduce CDDP-induced testicular toxicity even at high doses (e.g., 300 mg/kg), while it seemed to partially intensify CDDP toxicity effects at a dose of 75 mg/kg. Thus, further research is required in this regard.
Cha, Seok Ho;Park, Ji Eun;Kwak, Jin-Oh;Kim, Hyun-Woo;Kim, Jong Bong;Lee, Kwang Youn;Cha, Young-Nam
Molecules and Cells
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v.19
no.2
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pp.232-238
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2005
Corneal endothelial cells play an important role in maintaining the transparency and ionic balance of the cornea. Inflammation causes many changes in the intracellular and extracellular environment of the cornea, including acidosis. We examined the relationship between changes in extracellular pH and expression of cyclooxygenase-2 in cultured bovine corneal endothelial cells. When extracellular pH ($[pH]_o$) was reduced to pH 6.4, COX-2 mRNA increased, with a peak at 2 h. This was blocked by pretreatment with actinomycin D and incubation with spermine NONOate (SPER/NO, a nitric oxide donor). Exposure to the $H^+$ ionophore, carbonyl cyanide m-chlorophenylhydrazone (CCCP), also raised COX-2 mRNA levels. CCCP-induced COX-2 mRNA expression was also reduced by SPER/NO. These results were confirmed immuno-cytochemically. These data demonstrate that COX-2 expression is stimulated by the lowering of extracellular pH that could result from bacterial infection, and that this is countered by over-production of nitric oxide, which could also result from bacterial infection.
Christopher J. Occhiuto;Jessica A. Moerland;Ana S. Leal;Kathleen A. Gallo;Karen T. Liby
Molecules and Cells
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v.46
no.3
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pp.176-186
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2023
The oxidative balance of a cell is maintained by the Kelch-like ECH-associated protein 1 (KEAP1)/nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (NRF2) pathway. This cytoprotective pathway detoxifies reactive oxygen species and xenobiotics. The role of the KEAP1/NRF2 pathway as pro-tumorigenic or anti-tumorigenic throughout stages of carcinogenesis (including initiation, promotion, progression, and metastasis) is complex. This mini review focuses on key studies describing how the KEAP1/NRF2 pathway affects cancer at different phases. The data compiled suggest that the roles of KEAP1/NRF2 in cancer are highly dependent on context; specifically, the model used (carcinogen-induced vs genetic), the tumor type, and the stage of cancer. Moreover, emerging data suggests that KEAP1/NRF2 is also important for regulating the tumor microenvironment and how its effects are amplified either by epigenetics or in response to co-occurring mutations. Further elucidation of the complexity of this pathway is needed in order to develop novel pharmacological tools and drugs to improve patient outcomes.
Bromobenzene (BB) is well known hepatotoxicant. Also, BB is an industrial solvent that arouses toxicity predominantly in the liver where it causes centrilobular necrosis. BB is subjected to Cytochrome P450 mediated epoxidation followed by either conjugation with glutathione, enzymatic hydrolysis or further oxidation. In this study, we focused on BB-induced gene expression at non-hepatotoxic dose. Mice were exposed to two levels of BB, sampled at 24 h, and hepatic gene expression levels were determined to evaluate dose dependent changes. When examining the toxic dose of BB treated group in other previous studies, genes related to heat shock protein, oxidative stress, and drug metabolism are expressed. Compared to these results, our study, in which non-toxic dose of BB was administrated, showed similar patterns as the toxic conditions above. The purpose of the study was to select genes that showed changes in relation to the differing dose through confirmation of the difference within transcriptomic boundaries, but those that are not detected by the existing classic toxicology tools in non-hepatotoxic dose.
Most reactive oxygen species (ROS) are free radicals and implicated in the development of a number of disease processes including artherosclerosis, neurodegenerative disorders, aging and cancer. ROS are byproducts of a number of in vivo metabolic processes and are formed deliberately as part of nor-mal inflammatory response. On the other hand, ROS are generated either as by products of oxygen reduction during xenobiotic metabolism or are liberated as the result of the futile redox cycling of the chemical agents including several chemical carcinogens. A better understanding of the mechanisms of free radical toxicity may yield valuable clue to risks associated with chemical exposures that leading to the development of chronic diseases including cancer. The molecular biology of ROS-mediated alterations in gene expression, signal transduction and carcinognesis is one of the important subjects in free radical toxicology. Epidemiological studies suggest that high intake of vegetables and fruits are associated with the low incidence of human cancer. Many phytopolyphenols such as tea polyphenols, curcumin, resveratrol, apigenin, genistein and other flavonoids have been shown to be cancer chemopreventive agents. Most of these compounds are strong antioxidant and ROS scavengers in vitro and effective inducers of antioxidant enzymes such as superoxide dismutatse, catalase and glutathione peroxidase in vivo. Several cellular transducers namely receptor tyrosine kinase, protein kinase C, MAPK, PI3K, c-jun, c-fos, c-myc, NFkB, IkB kinase, iNOS, COX-2, Bcl-2, Bax, etc have been shown to be actively modulated by phyto-polyphenols. Recent development in free radical toxicology have provided strong basis for understanding the action mechanisms of cancer chemoprevention.
Although there are still many technical difficulties to be overcome, recent advances in the molecular and cellular biology of gene transfer have made it likely that gene therapy will soon start to play an increasing role in clinical practice. However. safety issues are raised from vector system. It is not clear whether it is safe to incorporate genes into nuclear DNA. Little is known about the antigenicity of gene product which the immune system is encountering. In this review, some safety-related topics are introduced and discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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