Effect of Harmful Environmental Factors on the Oxidative Stress of Two Marine Teleosts

Abstract

어류를 포함한 생명체가 급격한 외부 환경변화에 노출될 경우 체내에서 강력한 산화물질인 ROS가 생성된다. ROS는 H2O2, O2-, OH- 및 1O2 등이 대표적이며, 이들은 산화·환원 반응을 통해 세포의 생존에 악영향을 줄 수 있다. 이 과정에서 간세포 손상 지표인 AlaAT 및 AspAT가 증가할 수 있으며, DNA가 파괴되거나 세포사멸이 발생하기도 한다. 또한, 이들은 세포의 정상적인 활동을 방해하는 LPO를 증가시키거나 스트레스 지표인 HSP70의 발현을 증가시키기도 하는 것으로 알려져 있다. 이러한 ROS를 제거하기 위하여 체내에서는 항산화 방어 메커니즘이 작동되는데, 이 과정에서 발현되는 항산화 효소인 SOD와 CAT는 유독성 물질인 ROS에 단계적으로 작용하여 최종적으로 체내에 무해한 H2O와 O2로 전환시키는 역할을 한다. 본 연구는 두 종류의 해산어류인 넙치 Paralichthys olivaceus와 흰동가리 Amphiprion clarkii를 인위적으로 외부 환경요인인 TRO와 UV에 각각 노출시킨 후, 어체 내에서 발생되는 생리학적 변화와 산화스트레스 반응과 어떠한 항산화 방어 메커니즘이 작동하는지를 확인하기 위하여 수행되었다. 1. 넙치 Paralichthys olivaceus의 산화스트레스에 미치는 TRO의 영향 본 연구에서는 TRO에 노출된 넙치의 체내에서 유도된 산화스트레스 및 세포사멸 정도를 확인하기 위하여 넙치를 서로 다른 농도의 TRO (20, 40 및 60 μg/L)에 노출시킨 후 14일 동안 생리학적 변화를 관찰하였다. TRO가 미치는 독성의 영향을 확인하기 위하여 우선 14일간 넙치의 생존율을 관찰하였으며, TRO에 의하여 유도되는 스트레스를 확인하기 아가미와 간 조직에서 항산화 유전자인 SOD 및 CAT mRNA 발현을 분석하였다. 아가미와 간 조직에서 스트레스 지표인 HSP70 mRNA 발현과 활성을 측정하였으며, 혈장 내에서는 H2O2 농도를 측정하였다. 또한, TRO에 의한 넙치 아가미 조직 내 DNA의 손상 정도를 알아보기 위하여 TUNEL assay를 실시하였다. 그 결과, 대조구와 TRO 20 실험구에서는 폐사한 개체가 관찰되지 않았지만, TRO 40 및 60 실험구에서는 각각 14일과 7일째에 모든 개체가 폐사하였다. TRO 40 및 60 실험구 넙치의 아가미와 간 조직에서 항산화 유전자인 SOD, CAT 및 HSP70 mRNA 발현 및 활성이 유의적으로 증가하였으며, TRO 40 실험구에 비하여 TRO 60 실험구에서 더 높은 mRNA 발현 및 활성이 관찰되었다. 산화스트레스 지표인 혈장 내 H2O2 농도 역시 TRO 40에 비하여 TRO 60 실험구에서 더 높은 수치가 관찰되었다. 또한, 넙치 아가미에서 DNA의 손상 정도를 확인하기 위한 TUNEL assay 실험 결과, TRO 농도가 높아지고 노출 시간이 길어질수록 넙치 아가미에서 DNA의 손상이 눈에 띄게 증가한 것이 관찰되었다. 본 연구 결과를 종합하여 보면, 20 μg/L 농도의 TRO는 넙치의 생존율, 산화스트레스 및 세포사멸에 유의적으로 영향을 미치지는 못하였으나, 40과 60 μg/L 농도의 TRO에서는 넙치의 폐사율이 증가되었으며 산화스트레스를 유도하였을 뿐만 아니라 세포사멸까지도 유발하는 것으로 판단되었다. 2. 흰동가리 Amphiprion clarkii의 산화스트레스에 미치는 UV의 영향 본 연구에서는 UV에 의해 흰동가리 체내에서 유도되는 산화스트레스 및 세포사멸 정도를 확인하기 위하여 흰동가리를 2가지 세기의 UV(0.2 및 0.4 W/m2)에 노출시킨 후 14일 동안 흰동가리의 생리학적 변화를 관찰하였다. UV에 의하여 흰동가리 체내에서 생성된 ROS를 제거하는 역할을 하는 항산화 유전자인 SOD 및 CAT mRNA 발현과 활성을 간 조직에서 분석하였으며, 산화스트레스 지표인 H2O2와 LPO 농도는 혈장에서 측정하였다. 또한, UV에 의한 조직의 손상 정도를 알아보기 위하여 간 손상 지표인 AlaAT 및 AspAT 농도는 혈장 내에서 측정하였으며, 간 조직 내 DNA 손상 정도는 TUNEL assay와 comet assay를 실시하여 측정하였다. 그 결과, UV에 노출된 실험구의 흰동가리에서 항산화 유전자인 SOD 및 CAT mRNA 발현 및 활성뿐만 아니라 산화스트레스의 지표인 H2O2, LPO, 간 손상 지표인 AlaAT와 AspAT의 혈장 내 농도가 유의적으로 증가하였으며, UV의 세기가 세질수록 더 높은 수치가 관찰되었다. 또한, 흰동가리 간 조직에서 DNA의 손상 정도를 확인하기 위한 TUNEL assay와 comet assay 실험 결과, 강한 세기의 UV에 노출된 흰동가리의 간에서 DNA 손상이 눈에 띄게 증가한 것이 관찰되었다. 본 연구 결과를 종합하여 보면, 흰동가리는 0.2 및 0.4 W/m2 세기의 UV에 노출 시 체내에서 ROS의 일종인 H2O2가 증가하였고 산화스트레스 지표인 LPO가 유발되었는데, 이러한 현상은 UV에 의하여 유도된 산화스트레스에 대응하기 위하여 흰동가리 체내에서 항산화 효소인 SOD와 CAT가 유의적으로 증가한 것으로 보인다. 또한, 강한 세기의 UV는 흰동가리에게 스트레스 요인으로 작용하여, 간 조직에서는 DNA 손상이 발생하였을 뿐만 아니라 세포사멸까지도 유도된 것으로 판단된다. 즉, 0.2 및 0.4 W/m2 세기의 UV는 흰동가리 체내에서 산화스트레스를 유발시킨 것으로 사료되며, UV의 세기가 세질수록 더 강한 스트레스 요인으로 작용하는 것으로 판단된다. 본 연구는 어류양식장에서 사육수를 살균하는 과정에 있어서 어류가 노출될 수 있는 유해한 환경요인 중 하나인 TRO가 넙치에 미치는 영향과 지구 오존층의 파괴로 인하여 조사량이 점차 증가하고 있는 UV 파장이 흰동가리에 미치는 영향을 확인하였다는 점에서 의미를 찾을 수 있을 것이다. 따라서 본 연구 결과는 TRO와 UV가 어류에게 스트레스 요인으로 영향을 미칠 수 있는 농도와 세기의 범위 등에 대한 중요한 정보를 생리학적 측면에서 제공하고 있을 뿐만 아니라 안정적인 어류 생산에 필요한 기초 데이터로도 활용될 수 있을 것으로 기대된다.