Cadmium is one of the well-known environmental toxicants and induces cancer in rodents and human, but its carcinogenic mechanism has not been well demonstrated until now. Genotoxic effects of cadmium in Salmonella typhimurium TA98, TA100 and TA1535/pSK1002 or in WB-F344 rat liver epithelial cells were investigated to elucidate the tumor initiating effects of cadmium. TA98, TA100 and TA1535/pSK1002 tester strains were used to detect frameshift mutation, base-pair mutation and SOS repair response, respectively, in Salmonella mutation test. Reverse mutations from histidine to $histidin^+$ of Salmonella typhimurium TA98 and TA100 by $CdCl_2$ were not significantly different from control up to the maximum doses ($100{\mu}M$ and $200{\mu}M$ in TA98 and TA100, respectively) at which non-cytotoxicity was observed. DNA SOS repair responses(${\beta}$-galactosidase activity) generally did not show significant increases compared to control in both of the conditions with or without metabolic activation in Salmonella typhimurium TA1535/pSK1002 by $CdCl_2$. But the activities of ${\beta}$-galactosidase by $400{\mu}M$ of $CdCl_2$ in metabolic activation condition and by 130 and $400{\mu}M$ of $CdCl_2$ in non-metabolic activation condition were more decreased than those of control. DNA single strand breaks for 4hrs were observed only in WB-F344 rat liver epithelial cells treated with $200{\mu}M$ of $CdCl_2$. As a conclusion, $CdCl_2$ did not induce gene mutation in microbials but induce DNA single strand breaks in rat liver epithelial cells.
The epithelial cell adhesion molecule (EpCAM) is a pan-epithelial differentiation antigen that is expressed on almost all carcinomas. However, a role in rat liver carcinogenesis has never been reported previously. Thus, its expression was investigated herein in rat liver tumors induced by diethylnitrosamine (DEN). Twenty male 5-week-old F344 rats were used in this experiment. Mini-osmotic pumps containing doses of 47.5 mg of DEN were inserted into the abdominal cavity of each animal to initiate liver carcinogenesis. All animals were sacrificed at 26 weeks after DEN treatment. At necropsy, hepatic masses were processed for histopathological examination, which revealed forty-four hepatocellular adenomas (HCAs) and twenty hepatocellular carcinomas (HCC). Tumors were immunohistochemically analyzed for EpCAM, proliferating cell nuclear antigen (PCNA) and co-localization of the two. EpCAM expression was mainly detected in hepatic tumor cells, showing a cytoplasmic staining pattern. However, expression was also slightly observed in normally-appearing surrounding hepatic cells. PCNA expression was highly detected in tumor cells, showing nuclear staining. Double staining of EpCAM and PCNA in tumors showed many cells with co-localization. Taken together, EpCAM and PCNA expression were increased in DEN-induced tumors and many tumor cells showed co-expression. It is suggested that EpCAM may increase during DEN-induced tumors, possibly associated with cell proliferation.
Park, Joon-Suk;Yeom, Hye-Jung;Jung, Jin-Wook;Hwang, Seung-Yong;Lee, Yong-Soon;Kang, Kyung-Sun
Molecular & Cellular Toxicology
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제1권3호
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pp.203-208
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2005
Thioacetamide (TA) is potent haptotoxincant that requires metabolic activation by mixed-function oxidases. Micrcarray technology, which is massive parallel gene expression profiling in a single hybridization experiment, has provided as a powerful molecular genetic tool for biological system related toxicant. In this study we focus on the use of toxicogenomics for the determination of gene expression analysis associated with hepatotoxicity in rat liver epithelial cell line WB-F344 (WB). The WB cells was used to assess the toxic effects of TA. WB cells were exposed to two concentrations of TA-doses which caused 20% and 50% cell death were chosen and the cells exposed for periods of 2 and 24 h. Our data revealed that following the 2-h exposure at the both of doses and 24-h exposure at the low doses, few changes in gene expression were detected. However, after 24-h exposure of the cells to the high concentration, multiple changes in gene expression were observed. TA treatment gave rise predominantly to up-regulation of genes involved in cell cycle and cell death, but down-regulation of genes involves in cell adhesion and calcium ion binding. Exposure of WB cells to higher doses of the TA gave rise to more changes in gene expression at lower exposure times. These results show that TA regulates expression of numerous genes via direct molecular signaling mechanisms in liver cells.
An ultrastructural study of hepatocyte proliferation in the regenerating rat liver has been made by means of the partial hepatectomy. And electron microscopic histochemistry of hepatocyte in the regenerating rat liver is studied through alkaline phosphatase reaction. The results are as follows: 1. When the regeneration of rat liver is induced by the partial hepatectomy, the prominent ultrastructural characteristics of hepatocyte are changes of the distribution of chromatin in nucleus, increase of the number of mitochondria and decrease of the size of them, development of rough endoplasmic reticulum, and transient decrease of glycogen granules in cytoplasm. 2. Alkaline phosphatase reaction products are appeared in the nucleus or rough endoplasmic reticulum of hepatocyte during the initial regeneration of liver as 24, 48 and 72 hour groups after partial hepatectomy. And these positive reaction are mainly increased in cytoplasm and plasma membrane of hepatocytes during 1, 2 and 3 week groups after partial hepatectomy. As 4 weeks passed after partial hepatectomy, these positive reaction is located in the sinusoidal epithelial cells or erythrocytes. With above results, we concluded that alkaline phosphatase was synthesized in the rough endoplasmic reticulum bounded ribosomes of regenerating hepatocyte, was transported to the plasma membrane of them, and then was transported in blood by the way sinusoidel epithelial cells.
We investigated metabolism and carcinogenesis in livers of Sprague-Dawley rats fed juices and pelleted diets containing Korean native plants petasites japonicus Maxim by evaluating cell localization and expression of cytochrome P450s and GST-P. Anti-cytochrome P450s application in liver sections revealed three to four times increased expression of cytochrome P450E1 immunoreactivity in degenerative hepatocytes when compared to histologically normal hepatocytes. Anti-GST-P in showed positive pren plastic foci as well as in individual hepatocytes randomly scattered throughout all liver sections examined. Additionally GST-P was evident in proliferative endothelial cells and biliary epithelial cells in exposed rat livers. These results suggested that the increased level of cytochrome P4502E1 in affected hepatocytes was a direct consequence of Petasites japonicus toxicity. Further immunoreactivity to anti-GST-P in hepatocytes endothelial cells and biliary epithelial cells indicated a possible preneoplastic effects of Petasites japonicus in Sprague-Dawley rat.
The present study was conducted to investigate the antimutagenic potential of the methanolic extract from the leaves of sweet potato (Ipomea batatas, IB) with the SOS chromotest (umu test) and Salmonella typhimurium TA 98 and TA 100. The anticarcinogenic effects were also studied by calculation of the $IC_{50}$ on human cancer cell lines and investigating the function of gap junction in rat liver epithelial cells. The IB extract inhibited dose-dependently the ${\beta}$-galactosidase activity induced spontaneously at concentration of more than 200 mg/ml in S. typhimurium TA 1535/pSK 1002, and decreased significantly (p < 0.01) the ${\beta}$-galactosidase activities induced by mutagen 6-chloro-9-[3-(2-chloroethylamino)proylamino]-2-methoxyacridine dihydrochloride (ICR) at dose of more than 0.4 mg/0.1 ml. The IB extract showed no effect on the spontaneous reversions of S. typhimurium TA 98 and 100 but benzo(${\alpha}$)pyrene (BaP)-stimulated reversions were decreased dose-dependently (p < 0.01) at the concentration of more than 100 mg/ml. The $IC_{50}$ value of stomach cancer cells was lower than that of normal rat liver epithelial cells, but the values of colon and uterine cancer cell lines were similar to those of normal rat liver epithelial cells. The transfer of dye through gap junctions was not affected by treatment of the IB extracts at any concentration during treatment periods. The simultaneously treatment of IB extract and 12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetate (TPA) effectively prevented the inhibition of dye transfer induced by TPA 1 hour after treatment at all exposed concentrations. The number of gap junctions was significantly (p < 0.01) increased by the treatment with IB extract at concentrations of more than 40 ${\mu}g$/ml. The inhibition of the expression of gap junction proteins by TPA (0.01 ${\mu}g$/ml) was recovered dose dependently by the simultaneous treatment of IB extracts. Our data suggest that Ipomea batatas has antimutagenic and anticarcionogenic activity in vitro.
We collected airborne complex mixtures in a industrial area of Yeochun, and examined whether these complex mixtures could affect gap junctional intercellular communication (GJIC) in a cultured WBF-344 rat liver epithelial cells (LEC). Since the reduction of GJIC plays an important role in chemical carcinogenesis, measurement of changes of GJIC is a meaningful method to screen carcinogenicity of these mixtures. High and low volume samples were dissolved in dimethyl sulfoxide (DMSO) and tested. Blank filter extractions were also examined for exclud-ing possible toxicity of filter itself, and TPA (12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetate) and DMSO were used as positive and negative control, respectively. When the cells were exposed to samples at concentration below that required to maintain rather than 85% cell viability based on the result of neutral red uptake assay, maximal inhibition of GJIC was observed at 1hr after treatment with both high and low volume samples by scrape-loading dye transfer assay. In fluorescence recovery after photobleaching assay, recovery rates via gap junctions were 33%/min in high volume sample and 62%/min in low volume sample. In together, airborne samples collected in Yeochun inhibited GJIC in a cultured WBF-344 rat LEC. These results suggest airborne samples tested in this experiment may attribute to cause a certain type and degree of cancers in in vivo when exposured for some periods.
The liver progenitor cells could form a potential target cell population fore both tumor-initiating and -promoting chemicals. Induction of drug-metabolizing and antioxidant enzymes, including AhR-dependent CYP1A1, NQO-1 and AKR1C9, was detected in the rat liver epithelial WB-F344 "stem-like" cells. Additionally, WB-F344 cells express a functional, wild-type form of p53 protein, a biomarker of genotoxic events, and connexin 43, a basic structural unit of gap junctions forming an important type of intercellular communication. In this cellular model, two complementary assays have been established for detection of the modes of action associated with tumor promotion: inhibition of gap junctional intercellular communication (GJIC) and proliferative activity in confluent cells. We found that the PAHs and PCBs, which are AhR agonists, released WB-F344 cells from contact inhibition, increasing both DNA synthesis and cell numbers. Genotoxic effects of some PAHs that lead to apoptosis and cell cycle delay might interfere with the proliferative activity of PAHs. Contrary to that, the nongenotoxic low-molecular-weight PAHs and non-dioxin-like PCB congeners, abundant in the environment, did not significantly affect cell cycle and cell proliferation; however both groups of compounds inhibited GJIC in WB-F344 cells. The release from contact inhibiton by a mechanism that possibly involves the AhR activation, inhibition of GJIC and genotoxic events induced by environmental contaminants are three important modes of action that could play an important role in carcinogenic effects of toxic compounds. The relative potencies to inhibit GJIC, to induce AhR-mediated activity, and to release cells from contact inhibition were determined for a large series of PAHs and PCBs and their metabolites. In vitro bioassays based on detection of events on cellular level (deregulation of GJIC and/or proliferation) or determination of receptor-mediated activities in both ?$stem-like^{\circ}{\times}$ and hepatocyte-like liver cellular models are valuable tools for detection of modes of action of polyaromatic hydrocarbons. They may serve, together with concentration data, as a first step in their risk assessment.
Kim, Ji-Hoon;Kim, Seung-Jun;Yeon, Jong-Pil;Yeom, Hye-Jung;Jung, Jin-Wook;Oh, Moon-Ju;Park, Joon-Suk;Kang, Kyung-Sun;Hwang, Seung-Yong
Molecular & Cellular Toxicology
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제2권2호
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pp.120-125
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2006
Phenytoin is an anti-epileptic. It works by slowing down impulses in the brain that cause seizures. The recent microarray technology enables us to understand possible mechanisms of genes related to compounds which have toxicity in biological system. We have studied that the effect of a compound related to hepatotoxin in vitro system using a rat whole genome microarray. In this study, we have used a rat liver epithelial cell line WB-F344 and phenytoin as a hepatotoxin. WB-F344 was treated with phenytoin for 1 to 24 hours. Total RNA was isolated at times 1, 6 and 24h following treatment of phenytoin, and hybridized to the microarray containing about 22,000 rat genes. After analysis with clustering methods, we have identified a total of 1,455 differentially expressed genes during the time course. Interestingly, about 1,049 genes exhibited differential expression pattern in response to phenytoin in early time. Therefore, the identification of genes associated with phenytoin in early response may give important insights into various toxicogenomic studies in vitro system.
간흡충에 감염된 담관은 확장되면서 상피세포의 수가 크게 증식하여 점막층이 두꺼워지고 과식증에 의해 점막의 단면이 유두상으로 관찰된다. Bromodeoxyuridine (BrdU)이 세포가 핵산을 복제할 때에 끼어 들어가는 성질을 이용하여, 이 연구에서는 담관 상피세포 중에서 합성기(Sphase)에 있는 세포의 분율을 파악하고자 하였다. 흰쥐에 간흡충의 피낭유충을 100 개씩 경구 감염시키고, 15주까지 간의 각 엽에 있는 담관의 조직절편을 만들어서 다세포군항체와 ABC complex를 이용한 염색을 실시하였다. 그 결과 충제가 들어 있는 담관에서는 감염 1주에 상피 세포의 2.9-10.2%가 염색에 양성이었고, 2주에 7.3-12.8%가, 5주에는 7.3-13.4%가, 15주에 8.4-14.8%가 BrdU를 함유하였다. 대조군 흰쥐나 실험군 동물의 감염되지 않은 담관의 경우에는 0-2.7%가 염색에 양성으로 나타났다. 염색된 상피세포는 주로 점막 상피세포층의 기저부에서 관찰되었다. 이 결과에 의하면 간흡충과 직접 접촉하는 담관의 상피세포가 뚜렷하게 증식하고 있어 충체의 어떠한 물리적인 또는 화학적인 자극이 있더라도 가까운 부위에서 주로 작용하고 있다고 판단하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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