Recently, several new methods for the detection of genetic damages in vitro and in vivo based on molecular biological techniques were introduced according to the rapid progress in toxicology combined with cellular and molecular biology. Among these methods, mouse lymphoma thymidine kanase (tk) gene forward mutation assay, single cell gel electrophoresis (comet assay) and transgenic animal and cell line model as a target gene of lac I (Big Blue) and lac Z (Muta Mouse) gene mutation are newly introduced based on molecular toxicological approaches. The mouse lymphoma tk$\^$+/-/ gene assay (MOLY) using L5178Y tk$\^$+/-/ mouse lymphoma cell line is one of the mammalian forward mutation assays, and has many advantages and more sensitive than hprt assay. The target gene of MOLY is a heterozygous tk$\^$+/-/ gene located in 11 chromosome, so it is able to detect the wide range of genetic changes like point mutation, deletion, rearrangement, and mitotic recombination within tk gene or deletion of entire chromosome 11. The comet assay is a rapid, simple, visual and sensitive technique for measuring and analysing DNA breakages in mammalian cells, Also, transgenic animal and cell line models, which have exogenous DNA incorporated into their genome, carry recoverable shuttle vector containing reporter genes to assess endogenous effects or alteration in specific genes related to disease process, are powerful tools to study the mechanism of mutation in vivo and in vitro, respectively. Also in vivo acridine orange supravital staining micronucleus assay by using mouse peripheral reticulocytes was introduced as an alternative of bone marrow micronucleus assay. In this respect, there was an International workshop on genotoxicity procedure (IWGTP) supported by OECD and EMS (Environmental Mutagen Society) at Washington D. C. in March 25-26, 1999. The objective of IWGTP is to harmonize the testing procedures internationally, and to extend to finalization of OECD guideline, and to the agreement of new guidelines under the International Conference of Harmonization (ICH) for these methods mentioned above. Therefore, we introduce and review the principle, detailed procedure, and application of MOLY, comet assay, transgenic mutagenesis assay and supravital staining micronucleus assay.
Transgenic animal and cell line models which are recently developed and used in toxicology fields combined with molecular biological technique, are powerful tools to study the mechanism of mutation in vivo and in vitro, respectively. Transgenic models, which have exogenous DNA incorporated into their genome, carry recoverable shuttle vector containing reporter genes to assess endogenous effects or alteration in specific genes related to disease processes. The lac I and lac Z gnee most widely used as a mutational target in transgenic systems. The assay is performed by treatment with putative mutagenic agents, isolation of genomic DNA from cells or tissues, exposure the isolated DNA to in vitro packaging extract, plating and sequencing. The results from these processes provide not only mutant frequency as quantitative evaluation but also mutational spectrum as qualitative evaluation of various agents. Therefore we introduce and review the principle, detailed procedure and application of transgenic mutagenesis assay system in toxicology fields especially in mutagenesis and carcinogenesis.
한국환경독성학회 1996년도 제19회정기학술대회(The 19th Symposium of the Korean Society of Environmental Toxicology)
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pp.64-64
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1996
Transgenic animal and cell line models which are recently developed in toxicology field combined with molecular biological technique, are powerful tools for studying of mutation in vivo and in vitro, respectively. The Big Blue mutagenesis assay system is one of the most widely used transgenic systems. Especially, for the study of direct acting mutagens, Big Blue cell line is very useful and powerful to evaluate mutagenicity because the mutation frequency and mutationspectrlun showed no distinct differences between cell line and animal. The Big Blue cell lines carry stably integrated copies of lambda shuttle vector containing lac I gene as a mutational target. These lambda shuttle vectors are useful for various mutagenesis related studies in eukaryotic system due to their ability to be exposed mutagen and then transfer a suitable target DNA sequence to it convenient organism for analysis. We tried to assess the mutagenic effect of 4-NQO with Big Blue cell line. After the treatment of 4-NQO, genomic DNA was isolated and lambda shuttle vector was packaged by in Vitro packaging and then these were plated on bacterial host in the presence of X-gal to screen mutation in the lac I. We determined MF as a ratio of blue plaques versus colorless plaques and now undergoing the mutation spectrum of 4-NQO in lac J gene sequence.
To validate a novel mouse model, gpt delta, for in vivo mutagenesis, the Mammalian Mutagenesis Society (MMS), a subgroup of the Environmental Mutagen Society of Japan (JEMS) (JEMS/MMS), performed a collaborative study as the third trial for transgenic animal assay. In this mouse model, point mutations and deletions re separately identified by gpt (6-thioguanine-resistant) and Spi- (sensitive to P2 interference) selections, respectively.(omitted)
최근 전세계적으로 기능성 성분이 강화된 유전자교정 작물의 생산 및 소비가 증가하고 있다. 하지만 유전자교정작물의 유전독성에 관한 소비자의 우려도 증가하고 있어 과학적인 자료 확보 및 정보 공유에 대한 인프라가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 CRISPR/Cas9 시스템을 활용한 유전자교정 토마토 동결건조물(LTT)이 DNA나 염색체에 직접적인 손상을 일으키고 형태적 또는 기능적 이상을 유발하는지 여부를 확인하기 위해 유전독성 평가를 수행하였다. 이를 위하여 미생물 복귀돌연변이시험, 염색체이상시험, 골수세포를 이용한 체내 소핵시험을 국제적으로 표준화된 OECD Guidelines에 따라 시험을 진행하였다. 복귀돌연변이 시험에서 LTT는 S9의 존재 여부와 관계없이 Salmonella typhimurium 균주 TA98, TA100, TA1535 및 TA1537, 그리고 Escherichia coli WP2 uvrA에서 복귀돌연변이를 유발하지 않았다. LTT는 CHL 세포의 수적이상 중기상과 구조적이상 중기상 등의 염색체 이상을 유발하지 않았다. 또한, LTT는 다염성 적혈구에서 소핵화된 다염성 적혈구의 빈도를 증가시키지 않았다. 이러한 연구를 통해 CRISPR/Cas9 시스템을 활용한 유전자교정 토마토의 안전성을 검증하고, 향후 CRISPR/Cas9 시스템을 활용한 유전자교정 작물의 유전독성을 평가하는 기초 자료로 사용될 수 있을 것이다.
Promoters for milk proteins have been used far producing transgenic animals due to their temporal and spatial expression patterns. ${\beta}$-casein, a calcium-sensitive casein, is a major milk protein that corresponds ca. 30 per cent of total milk protein. Expression of ${\beta}$-casein is controlled by lactogenic hormones such as prolactin (PRL), composite response elements (CoREs) and transcription factors. CoREs are clusters of transcription factor binding sites containing both positive and negative regulatory elements. ${\beta}$-casein gene promoter contains various regions (CoREs) for gene transcription. We analyzed the promoter region by mutagenesis using exonuclease III and linker-scanning. Transcription control elements usually are positioned in 5'-flanking region of the gene. However, in some cases, these elements are located in other regions such as intron 1. The nucleotide sequences of ${\beta}$-casein promote. region has been reported (E12614). However, the properties of the promoter is not yet clear. In this study, we plan to investigate the properties of cis-regulating elements of porcine ${\beta}$-casein by mutation analysis and expression analysis using dual-luciferase repoter assay system.
Exposure to chemical agents is an inevitable consequence of modern society; some of these agents are hazardous to human health. The effects of chemical carcinogens are of great concern in many countries, and international organizations, such as the World Health Organization, have established guidelines for the regulation of these chemicals. Carcinogens are currently categorized into two classes, genotoxic and non-genotoxic carcinogens, which are subject to different regulatory policies. Genotoxic carcinogens are chemicals that exert carcinogenicity via the induction of mutations. Owing to their DNA interaction properties, there is thought to be no safe exposure threshold or dose. Genotoxic carcinogens are regulated under the assumption that they pose a cancer risk for humans, even at very low doses. In contrast, non-genotoxic carcinogens, which induce cancer through mechanisms other than mutations, such as hormonal effects, cytotoxicity, cell proliferation, or epigenetic changes, are thought to have a safe exposure threshold or dose; thus, their use in society is permitted unless the exposure or intake level would exceed the threshold. Genotoxicity assays are an important method to distinguish the two classes of carcinogens. However, some carcinogens have negative results in in vitro bacterial mutation assays, but yield positive results in the in vivo transgenic rodent gene mutation assay. Non-DNA damage, such as spindle poison or topoisomerase inhibition, often leads to positive results in cytogenetic genotoxicity assays such as the chromosome aberration assay or the micronucleus assay. Therefore, mechanistic considerations of tumor induction, based on the results of the genotoxicity assays, are necessary to distinguish genotoxic and non-genotoxic carcinogens. In this review, the concept of threshold of toxicological concern is introduced and the potential risk from multiple exposures to low doses of genotoxic carcinogens is also discussed.
Vitamin C (ascorbic acid) is an essential component for collagen biosynthesis and also for the proper functioning of the cardiovascular system in humans. Unlike most of the animals, humans lack the ability to synthesize ascorbic acid on their own due to a mutation in the gene encoding the last enzyme of ascorbate biosynthesis. As a result, vitamin C must be obtained from dietary sources like plants. In this study, we have developed two different kinds of transgenic potato plants (Solanumtuberosum L. cv. Taedong Valley) overexpressing strawberry GalUR and mouse GLoase gene under the control of CaMV 35S promoter with increased ascorbic acid levels. Integration of the these genes in the plant genome was confirmed by PCR and Southern blotting. Ascorbic acid(AsA) levels in transgenic tubers were determined by high-performance liquid chromatography(HPLC). The over-expression of these genes resulted in 2-4 folds increase in AsA intransgenic potato and the levels of AsA were positively correlated with increased geneactivity. The transgenic lines with enhanced vitamin C content showed enhanced tolerance to abiotic stresses induced by methyl viologen(MV), NaCl or mannitol as compared to untransformed control plants. The leaf disc senescence assay showed better tolerance in transgenic lines by retaining higher chlorophyll as compared to the untransformed control plants. Present study demonstrated that the over-expression of these gene enhanced the level of AsA in potato tubers and these transgenics performed better under different abiotic stresses as compared to untransformed control. We have also investigated the mechanism of the abiotic stress tolerance upon enhancing the level of the ascorbate in transgenic potato. The transgenic potato plants overexpressing GalUR gene with enhanced accumulation of ascorbate were investigated to analyze the antioxidants activity of enzymes involved in the ascorbate-glutathione cycle and their tolerance mechanism against different abiotic stresses under invitro conditions. Transformed potato tubers subjected to various abiotic stresses induced by methyl viologen, sodium chloride and zinc chloride showed significant increase in the activities of superoxide dismutase(SOD, EC 1.15.1.1), catalase, enzymes of ascorbate-glutathione cycle enzymes such as ascorbate peroxidase(APX, EC 1.11.1.11), dehydroascorbate reductase(DHAR, EC 1.8.5.1), and glutathione reductase(GR, EC 1.8.1.7) as well as the levels of ascorbate, GSH and proline when compared to the untransformed tubers. The increased enzyme activities correlated with their mRNA transcript accumulation in the stressed transgenic tubers. Pronounced differences in redox status were also observed in stressed transgenic potato tubers that showed more tolerance to abiotic stresses when compared to untransformed tubers. From the present study, it is evident that improved to lerance against abiotic stresses in transgenic tubers is due to the increased activity of enzymes involved in the antioxidant system together with enhanced ascorbate accumulated in transformed tubers when compared to untransformed tubers. At moment we also investigating the role of enhanced reduced glutathione level for the maintenance of the methylglyoxal level as it is evident that methylglyoxal is a potent cytotoxic compound produced under the abiotic stress and the maintenance of the methylglyoxal level is important to survive the plant under stress conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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