목적: 흰쥐의 뇌기저핵에서 망간의 신경독성 기전과 관련된 유전자들을 조사하여 망간의 뇌신경독성 연구에 필요한 자료를 제공하고자 하였다. 방법: 실험동물은 망간에 노출력이 없는 Sprague-Dawley 수컷 흰쥐(250±25g) 25마리를 사용하였으며, 망간 투여량은 참고논문과 No-Observed-Adverse-Effect-Level (NOAEL) 및 Lowest-Observed-Adverse-Effect-Level (LOAEL)을 참고하여, cDNAarray는 25 ㎎/㎏ B.W. 농도로 10일간, 망간 농도별 유전자발현 분석은 대조군(0.0), 0.2, 1.0, 5.0 mg/kg B.W으로 10일간 투여하였다. 혈액과 뇌조직의 망간 농도는 원자흡광강도계로 분석하였다. cDNA Array는 Atlas Rat 1.2 array II와 Toxicology array 1.2 cDNA expression array kit를 사용하였다. 망간 농도에 따른 유전자 발현은 Northern blot hybridization 방법으로 분석하였다. 결과: 흰쥐의 뇌기저핵에서는 Rat Toxicology array 1.2 kit에 포함된 유전자들 중 424개, 그리고 Atlas Rat 1.2 array II kit에 포함된 유전자들 중 247개를 합하여 671개의 유전자가 발현 되었으며, 대조군과 비교하여 망간 투여군에서 2배 이상의 유의한 차이를 보인 유전자는 Rat Toxicology array 1.2 kit에서 32개, Atlas Rat 1.2 array II kit에서 20개를 합하여 52개 유전자였다. 이들 중 망간투여군에서 발현이 증가된 유전자는 28개였고 감소된 유전자는 24개였다. 그리고 nuclear factor I-X1 (NF1-X1), neuroligin 2, 3, mitochondrial stress-70 protein (MTHSP70) 등 19개 분류군의 28개 유전자들은 지금까지 망간에 의한 흰쥐 뇌의 신경독성기전과의 관련성이 보고된 적이 없는 것들이었다. 28개 유전자에 대하여 망간농도별 발현을 분석한 결과 8개가 유의한 변화를 보였고 특히 mitochondrial stress-70 protein (MTHSP 70), neurodegeneration-associated protein 1 (Neurodap 1), endoplasmic reticulum stress protein 72 (ERP72)유전자는 0.2 ㎎/㎏ B.W./day 투여군에서도 발현이 현저히 증가되었다. 결론: 이 연구에서 처음 확인된 망간대사와 관련된 28개의 유전자들은 망간의 뇌 신경독성 기전을 연구하는데 새로운 정보를 제공 할 수 있을 것이다.
Objectives: This study investigated the gene expression profile in basal ganglia of manganese-exposed rats based on cDNA array analysis. Methods: For cDNA array, 25 male Sprague-Dawley rats (250±25g) were intraperitoneally injected with 25 ㎎/㎏ B.W./day of MnCl₂ (0.3 ㎖) for 10 days. For dose-related gene expression analysis, rats were intraperitoneally injected with 0.2, 1.0, and 5.0 ㎎/㎏ B.W/day of MnCl₂ for 10 days. Control rats were injected with an equal volume of saline. RNA samples were extracted from brain tissue and reverse transcribed in the presence of [α32P]-dATP. Membrane sets of the Atlas Rat 1.2 array II and Toxicology array 1.2 kit (Clontech, Palo Alto, CA) were hybridized with cDNA probe sets. Northern blot hybridization method was employed to assess the dose-related gene expression. Results: Fifty-two genes showed significant changes in expression of more than two-fold. Twenty-eight were up-regulated and 24 were down-regulated in the manganese-exposed group compared to the control. Among the 52 genes, 28 genes including nuclear factor I-X1 (NF1-X1), neuroligin 2 and 3, mito-chondrial stress-70 protein (MTHSP70), neurodegeneration-associated protein 1 (Neurodap1), multidrug resistance protein (MDR), and endoplasmic reticulum stress protein 72 (ERP72), were reported for the first time related to the manganese-induced neurotoxic-metabolism in the rat basal ganglia. According to the dose-related gene expression analyses, MTHSP70, Neurodap1 and ERP72 genes were up-regulated compared to the control even in the group exposed to low manganese dose (0.2 ㎎/㎏ B.W./day). Conclusions: Twenty-eight genes detected for the first time in this study were closely related to the manganese-induced neurotoxic-metabolism in the rat basal ganglia and further study of these genes can give some more useful information about the manganese metabolism.
