アントラセンによる DNA 損傷と酸化ストレス：分子レベルと細胞レベルでの複合解析

Anthracene-induced DNA damage and oxidative stress: a combined study at molecular and cellular levels.

• Kailun Sun
• Yan Song
• Wansong Zong
• Jingchun Tang
• Rutao Liu

抄録

現在、アントラセンの毒性に関する研究は、石油や鉱物などの応用分野で発生する汚染に比べてはるかに遅れている。本論文では、アントラセンによる酸化ストレス効果と遺伝毒性を分子レベルと細胞レベルの両面から検討した。その結果、ミミズの初代毛母細胞に対するアントラセンの細胞内酸化ストレス効果は、活性酸素種の検出、抗酸化酵素活性、マロンジアルデヒド含量の検出などにより確認された。さらに、アントラセン暴露後のミトコンドリア膜電位の低下や細胞生存率の低下も、ミミズ絨毛細胞に対するアントラセンの悪影響を示唆していた。また、コメットアッセイによりDNA鎖の切断が確認され、アントラセンによるDNA損傷が明らかになった。分子レベルでは、マルチスペクトル法により、アントラセンがカタラーゼ骨格の収縮を引き起こし、カタラーゼの発色団の微小環境を変化させることを明らかにした。分子シミュレーションの結果、アントラセンはHis74とアレーンアレーンの力で相互作用し、アントラセンとカタラーゼの支配的な結合部位はカタラーゼの活性部位の近くにあることが明らかになった。さらに、アントラセンは溝結合モードによりDNA分子に結合することが示された。本研究では、アントラセンの毒性評価のための新しい複合解析法を細胞レベルと分子レベルで提案した。図解要旨 本研究は、アントラセンの細胞レベルおよび分子レベルでの毒性評価のための新しい複合解析法を創造的に提案した。

At present, research progress of anthracene's toxicity lags far behind the pollution caused on its application fields such as petroleum and minerals. In this paper, anthracene-induced oxidative stress effects and genetic toxicity were investigated at both the molecular and cellular levels. The intracellular oxidative stress effect of anthracene on earthworm primary coelomocyte was confirmed by the detection of reactive oxygen species, antioxidant enzymes activity, and malondialdehyde content. Moreover, after anthracene exposure, the decrease in the mitochondrial membrane potential and cell viability also indicated the adverse effects of anthracene on earthworm coelomocyte. The comet assay proved the break in DNA strand, revealing the anthracene-induced DNA damage. On the molecular level, we revealed that anthracene caused the shrinkage of the catalase skeleton and altered the microenvironment of chromophores of catalase by multi-spectral methods. Molecular simulation results indicated that anthracene interacted with His74 by "arene-arene" force and the dominant binding site between anthracene and catalase was close to the active site of catalase. In addition, anthracene was shown to bind to the DNA molecule by groove binding mode. This study proposed a new combined analysis method for the toxicity evaluation of anthracene at the cellular and molecular levels. Graphical abstract This study creatively proposed a new combined analysis for the toxicity evaluation of ANT at the cellular and molecular levels.