チトクロームP450酸化還元酵素を欠失したヒト肝細胞におけるベンゾアピレンによるDNAアダクト形成の亢進

Enhanced DNA adduct formation by benzo[a]pyrene in human liver cells lacking cytochrome P450 oxidoreductase.

• Lindsay Reed
• Ian W H Jarvis
• David H Phillips
• Volker M Arlt

抄録

食事はヒトの多環芳香族炭化水素（PAH）への曝露の主な原因となっているが、その中でもベンゾ[a]ピレン（BaP）は最も一般的に研究され測定されている。BaPは、CYP酵素の電子供与体であるチトクロームP450酸化還元酵素（POR）によって活性が調節されるチトクロームP450（CYP）酵素の代謝活性化後に遺伝毒性を発揮すると考えられている。これまでの研究では、肝細胞に特異的にPORを欠失させたHepatic Reductase Null（HRN）マウスの肝臓では、野生型（WT）マウスに比べてBaP-DNA付加体の形成が大きいことが示されている。本研究では、HRNマウスモデルを模倣できるヒトin vitroモデルとして、POR遺伝子をノックアウト（KO）したヒト肝細胞HepG2細胞を用いた。最大48時間のBaPへの処置は、POR KOおよびWT HepG2細胞において同様の細胞毒性を引き起こした。この結果は、POR KO HepG2細胞ではBaPの代謝が遅れていることから、未代謝BaPへの細胞の有効な曝露が延長されていることを示唆している。これらの結果は、HRNマウスモデルで見られたように、これらの結果は、NADH:チトクロムbレドゥターゼとともにCYP酵素の電子供与体としても機能する混合機能酸化酵素系のもう一つの構成要素であるチトクロムbが、POR KO HepG2細胞におけるBaPの生物活性化に寄与していることを示唆している。これらの知見は、CYPがBaPの活性化よりも無害化に重要な役割を果たしていることを示唆している。

Diet is a major source of human exposure to polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), of which benzo[a]pyrene (BaP) is the most commonly studied and measured. BaP has been considered to exert its genotoxic effects after metabolic activation by cytochrome P450 (CYP) enzymes whose activity can be modulated by cytochrome P450 oxidoreductase (POR), the electron donor to CYP enzymes. Previous studies showed that BaP-DNA adduct formation was greater in the livers of Hepatic Reductase Null (HRN) mice, in which POR is deleted specifically in hepatocytes, than in wild-type (WT) mice. In the present study we used human hepatoma HepG2 cells carrying a knockout (KO) in the POR gene as a human in vitro model that can mimic the HRN mouse model. Treatment to BaP for up to 48 h caused similar cytotoxicity in POR KO and WT HepG2 cells. However, levels of BaP activation (i.e. BaP-7,8-dihydrodiol formation) were higher in POR KO HepG2 cells than in WT HepG2 cells after 48 h. This also resulted in substantially higher BaP-DNA adduct formation in POR KO HepG2 cells indicating that BaP metabolism is delayed in POR KO HepG2 cells thereby prolonging the effective exposure of cells to unmetabolized BaP. As was seen in the HRN mouse model, these results suggest that cytochrome b, another component of the mixed-function oxidase system, which can also serve as electron donor to CYP enzymes along with NADH:cytochrome b redutase, contributes to the bioactivation of BaP in POR KO HepG2 cells. Collectively, these findings indicate that CYPs play a more important role in BaP detoxication as opposed to activation.

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