歯牙フッ素症における遺伝子発現と遺伝的不安定性の解明：慢性フッ化物曝露の影響の調査

Unraveling gene expression and genetic instability in dental fluorosis: Investigating the impact of chronic fluoride exposure.

抄録

慢性的なフッ化物曝露は、たとえ少量であっても、ヒト集団が継続的に摂取した場合、フッ素症として知られる公衆衛生上の重大な懸念につながる可能性がある。フッ化物がヒトの健康に及ぼす影響、およびDNAに影響を及ぼす可能性についての理解は限られている。本研究の目的は、ブラジルのリオグランデ・ド・スル州で歯のフッ素症と診断された20人とフッ素症でない20人の遺伝的不安定性を評価することである。参加者の歯のフッ素症は、Thailstrup-Fejerskov指数（TF）を用いて評価した。遺伝的不安定性をさらに評価するために、アルカリ性および修飾（+FPG）コメットアッセイ（視覚的スコア、VSを使用）、頬小核（MN）サイトーム（BMCyt）アッセイ、サイトカイネシスブロックMN（CBMN-Cyt）アッセイ、テロメア長（TL）の測定など、いくつかのアッセイが実施された。さらに、本研究では、ヒトにおけるフッ化物曝露の影響に関する知見を得るためにシステムバイオロジーのツールを利用し、特定の遺伝子、すなわちPPA1（無機ピロホスファターゼ1）、AQP5（アクアポリン5）、およびMT-ATP6（ミトコンドリアエンコードされたアデノシン三リン酸シンターゼ膜サブユニット6）のmRNA発現レベルの選択と評価に役立てた。さらに、血中および尿中のフッ素濃度をイオン選択電極を用いて評価するとともに、血清中の炎症反応を評価した。歯のフッ素症を有するグループは、フッ素症を有しない人と比較して、CBMN-Cytアッセイを用いて評価した場合、特にMN頻度が2.18倍高かった。酵素修飾コメットアッセイの結果からは、DNA中のプリンに対する酸化的損傷が示された。さらに、PPA1およびAQP5遺伝子の発現パターンの上昇とともに、TLの減少が観察され、サイトカイン放出に有意な変化がみられた。TFと年齢、壊死細胞のレベルとの間には有意な相関が確認された。さらに、フッ化物レベルとMN、VS、MT-ATP6のレベルとの間に注目すべき相関が認められた。歯のフッ素症はフッ化物曝露に起因するものであるが、我々の研究は、この状態がゲノムの不安定性と遺伝子発現に及ぼす潜在的な影響を強調している。その結果、われわれの知見は、歯のフッ素症の発生率が高い集団を継続的にモニターすることの重要性を強調し、ゲノムの不安定性がこれらの人々の健康問題の起源と結果にどのように関連するかについての理解を深めるものである。

Chronic fluoride exposure, even in small quantities, when continuously ingested by the human population, can lead to a significant public health concern known as fluorosis. Our understanding of the effects of fluoride on human health, as well as its potential to impact DNA, is limited. The present study aimed to assess genetic instability in 20 individuals diagnosed with dental fluorosis and 20 individuals without the condition from the state of Rio Grande do Sul, Brazil. The participants' dental fluorosis was evaluated using the Thylstrup-Fejerskov index (TF). To further evaluate genetic instability, several assays were conducted, including the alkaline and modified (+FPG) comet assay (using a visual score, VS), the buccal micronucleus (MN) cytome (BMCyt) assay, the cytokinesis-block MN (CBMN-Cyt) assay, and the measurement of telomere length (TL). In addition, the study utilized tools from Systems Biology to gain insights into the effects of fluoride exposure on humans, which aided in the selection and evaluation of mRNA expression levels of specific genes, namely PPA1 (inorganic pyrophosphatase 1), AQP5 (Aquaporin 5), and MT-ATP6 (Mitochondrially Encoded Adenosine Triphosphate Synthase Membrane Subunit 6). Furthermore, fluoride levels in the blood and urine were assessed using an ion-selective electrode, along with the evaluation of the inflammatory response in serum. The group with dental fluorosis exhibited 2.18 times higher MN frequencies specifically when assessed using the CBMN-Cyt assay, in comparison with individuals without fluorosis. Findings from the enzyme-modified comet assay indicated oxidative damage to purines in DNA. Furthermore, a decrease in TL was observed, along with elevated expression patterns of the PPA1 and AQP5 genes, and significant alterations in cytokine release. Significant correlations were identified between the TF and age, as well as the levels of necrotic cells. Additionally, noteworthy correlations were established between fluoride levels and the levels of MN, VS, and MT-ATP6. Although dental fluorosis results from fluoride exposure, our research highlights the potential influence of this condition on genomic instability and gene expression. Consequently, our findings stress the importance of continuously monitoring populations with a high incidence of dental fluorosis to enhance our comprehension of how genomic instability might correlate with the origins and consequences of health problems in these individuals.