It is well established that the initiating event in chemical carcinogenesis is the binding of reactive carcinogens to DNA. Thus, a number of analytic methods have been developed for determining levels of carcinogen-DNA adducts in humans as a marker of individual exposure and, potentially, of risk for cancer development. In addition, reactive carcinogens also bind to protein suggesting protein adducts can be used as a surrogate for DNA adducts in some situations. We have developed monoclonal and polyclonal antibodies to carcinogen-DNA and protein adductis and highly sensitive ELISA and immunohistochemical assays for determining levels of adducts in human tissues. These studies have demonstrated higher levels of adducts in those with higher exposure as a result of workplace, dietary, chemotherapy, environmental of lifestyle (smoking) exposures. Elevated levels of adducts have been found in lung and liver cancer cases compared to controls. We have also used DNA adducts to determine efficacy of an antiosidant vitamin intervention. DNA adduct studies have demonstrated very different levels of damage in those with similar exposure levels. These interindividual differences are likely the result genetic differences in capacity to activate carcinogens, detoxify reactive intermediates and repair DNA adducts once formed. We are currently investigating the relationship between polymorphisms in a number of these genes to determine their relationship to adduct levels as well as their ability to confer increased risk for cancer development. The ability to identify high risk individuals will allow the targeting of screening and preventive strategies to those most likely to benfit.

In this study, we demonstrated the in vitro and in vivo formation of carcinogen-lipid adduct and its correlation with DNA or protein adducts. The lipids from serum or hepatocyte membranes of Spragu-Dawley rats. human serum, and standard major lipids were in vitro reacted with benzo[a]pyrene(BP) and BP metabolites. 7,8-Dihydroxy-9,10-epoxy-7,8,9,10-tetrahydrobenzo[a]-pyrene(BPDE-I), an ultimate carcinogenic form of BP, was covalently bound to triglyceride(TG). BPDE-I-TG adducts isolated by thin-layer chromatography (TLC) were further detected by high performance liquid chromatography(HPLC). TGs, including triolein, tripalmitin and tristearin, showed positive reactions with BPDE-I. However, cholesterol, phospholipids(Phosphatidylcholine, phosphatidyl-ethanolamine, phosphatidyl-inositol and sphingomyelin) and nonesterified fatty acids(palmitic acid, oleic acid, linoleic acid and stearic acid) did not react with BPDE-I. In addition, other BP metabolites (BP-phenols and -diols) did not react with TG, which TG appeared to be the most reactive lipid yet studied with respect to its ability to form an adduct with BPDE-I. There was a clear-cut dose-respect to its ability to form an adduct with BPDE-I-lipid adduct in vitro between TG and [1,3-3H]BPDE-I. In an animal study, BPDE-I-TG was also formed in the serum of rats orally treated with BP(25 mg/rat). Also, obvious correlations between [3H]BP related-biomolecule adducts (DNA, protein) or lipid damage and the BPDE-I-TG adduct were obtained in various tissues of mice i.p. treated with [3H]BP. These data suggest that TG can form an adduct with BPDE-I, as do other macromolecules (DNA, RNA, and protein). Therefore, a carcinogen-lipid adduct would be a useful biomarker for chemical carcinogenesis research and cancer risk assessment.

The anticarcinogenic effects of epicatechin(EC) and ginsenoside Rb2(Rb2), which are major components of green tea and Korea ginsen, respectively, were investigated using a model system of gap junctional intercellular communication (GJIC) in WB-F344 rat liver epithelial cells. 12-O-Tetradecanoylphorbol-13-accetate (TPA) and hydrogen preoxide, known as cancer promoters, inhibited GJIC in the epithelial cells as determined by the scrape loading/dye transfer assay, fluorescence redistribution assay after photobleaching, and immunofluorescent staining of connexin 43 using a laser confocal microscope. The inhibition of GJIC by TPA and H2O2 was prevented with treatment of Rb2 or Ec. The effect of EC on GJIC was stronger in TPA-treated cells than in H2O2-treated cells, while the effect of Rb2 was opoosite to that of EC. EC, at the concentration of 27.8$\mu$g/ml, prevented the TPA-induced GJIC inhibition by about 60%. Rb2, at the concentration of 277$\mu$g/ml, recovered the H2O2-induced GJIC inhibition by about 60%. These results suggest that Rb2 and EC may prevent human cancers by preventing the down-regulation of GJIC during the cancer promotion phase and that the anticancer effect of green tea and Korea ginseng may come from the major respective conponents, EC and Rb2.

A wide arry of naturally occurring substances particularly those present in dietary and medicinal plants, have been reported to possess substantial cancer chemopreventive properties. Certain phytochemicals retain strong antioxidative and anti-inflammatory properties which appear to contribute to their chemopreventive or chemoprotective activities. Inducible cyclooxygenase(COX-2) and nitric oxide synthase (iNOS) are important enzymes that mediate inflammatory processes. There is some evidence that expression of both COX-2 and iNOS is co-regulated by the eukaryotic transcription factor NF-$textsc{k}$B. Increased expression of COX-2 and/or iNOS has been associated with pathophysiology of certain types of human cancers as well as inflammatory diseases. Since inflammation is closely linked to tumor promotion, substances with potent anti-inflammatory activies are anticipated to exert chemopreventive effects on carcinogenesis, particularly in the promotion stage. An example is curcumin, a yellow pigment of turmeric (Curcuma longa L., Zingiberaceae), that strongly occurring diaryl heptanoids structurally related to curcumin have substantial anti-tumor promotional activities in two-stage mouse skin carcinogenesis. Thus, yakuchinone A [1-(4'-hydroxy-3'-methoxyphenyl)-7-phenyl-3heptanone] and yakuchinone B [1-(4'-hydroxy-3'methoxyphenyl)-7-phenylhept-1-en-3-one] present in Alpinia oxyphylla Miquel (Zingiberacease) attenuate phorbol ester-induced inflammation and papilloma formation in female ICR mice. These diarylheptanoids also suppressed phorbol ester-induced activation of epdermal ornithine decarboxylase and its mRNA expression when applied onto shaven backs of mice. Yakuchinone A and B as well as curcumin inhibited phorbol ester-induced expression of COX-2 and iNOS and their mRNA in mouse skin via inactivation of NF-$textsc{k}$B. Capsaicin, a major pungent ingredient of red pepper also attenuated phorbol ester-induced NF-$textsc{k}$B activation. Similar suppression of COX-2 and iNOS and down-regulation of NF-$textsc{k}$B activation for its DNA binding were observed with the ginsenosied Rg3 and the ethanol extract of Artemisia asiatica. We have also found that certain anti-inflammatory phytochemicals exert inhibitory effects on phorbol ester-induced COX-2 expression and NF-$textsc{k}$B activation in immortalized human breast epithelial (MCF-10A) cells in culture. One of the plausible mechanisms undelying inhibition by aforementioned phytochemicals of phorbol ester-induced NF-$textsc{k}$B activation involves interference with degragation of the inhibitory unit, I$textsc{k}$Ba, which blocks subsequent nuclear translocation of the functionally active p65 subunit of NF-$textsc{k}$B. the activation of epidermal NF-$textsc{k}$B by phorbol ester and subsequent induction of COX-2 hence appear to play an important role in intracellular signaling pathwasy leading to tumor promotion and targeted inhibition of NF-$textsc{k}$B may provide a new promising cancer chemopreventive strategy.

형질전환 (유전자 결핍; Knockout) Min 마우스를 이용하여 대장암 발생에서 배추, 양배추 주성분인 indole-3-carbinol (I3C)의 대장암 예방효과를 규명하고자 하였다. 실험동물로는 C57BL/6J-Apc$^{min/+}$(Min 마우스)계의 5내지 6주령의 수컷 이형접합체 형질전환 마우스 70마리와 C57BL/6J계의 동일 산자, 동일 주령의 수컷 wildtype 비형질전환 마우스 10kfl를 The Jackson Laboratory 사 (Bar harber, ME, USA)로부터 직접 구입하였다. C57BL/6J-Apc$^{min/+}$계 수컷 이형접합체 형질전환 (Min)마우스 70마리를 각 군 20내지 25마리씩 세군으로 나누었다. Group 1에는 20마리, Group 2에는 25마리, Group 3에는 25마리를 배치하고, I3C 투여 실험군 (Group 1과 2)에는 실험시작시에 AIN-76A 분말사료에 I3C가 각각 100 및 300ppm이 함유되도록 조제하여 공급하였다. 그리고 실험군(Group 3)에는 실험시작부터 종료시까지 AIN-76A 정제고형사료(Teklad사, WI, USA)를 자유로이 급이하였다. 각군간의 체중, 사료 및 음수소비량을 매 2주마다 측정하였고, 10주간 (16주령)의 실험종료시에는 최종체중과 간장, 신장, 비장 등의 장기무게를 측정하여 상대장기 무게비를 산출하였다. 대조군으로서 C57BL/6J계의 동일 산자, 동일 주령의 수컷 wildtype 비형질전환 마우스 10마리는 같은 조건의 사육실에서 AIN-76A 정제고형사료를 33주간 자유로이 급이하였다. 실험동물은 부검전에 하룻밤 동안 절식하고 이산화탄소 흡입 마취하에서 흉대동맥을 절단하여 방혈하고 각 장기(심장, 폐, 위)를 적출하여 생리심염수에 넣어 장기무게를 측정하고 포르말린에 고정하였다. 소장과 대장의 검사를 위하여 위의 식도부위와 직장을 실로 결찰하여 적출하고 생리심염수를 주입하여 팽창시켜, 십이지장, 공장, 및 회장, 그리고 대장으로 나누어 여과지에 펼친 후 포르말린에 고정하였다. 소장과 대장은 육안 및 자동 영상분석길ㄹ 이용한 분석이 끝난 후에 각 부위별로 4-6개의 절편을 작제하여 포르말린에 재고정하고, 통상적인 조직처리과정, 파리핀 포매 및 3-4$\mu$m 두께의 조직절편을 제작하여 H&E 염색을 실시하여 현미경으로 검경하였다. 약 1주일간의 포르말린 고정이 끝난 소장 및 대장을 부위별, 별 종양개수 및 분포를 자동영상분석기(Kontron Co. Ltd., Germany)로 분석하였다. 체의 변화, 장기무게, 사료소비량 및 마리당 종양의 개수에 대한 통계학적 유의성 검증을 위하여 Duncan's t-test로 통계처리 하였고, 종양 발생빈도에 대하여는 Likelihood ration Chi-square test로 유의성을 검증하였다. C57BL/6J-Apc$^{min/+}$계 수컷 이형접합체 형질전환 마우스에 AIN-76A 정제사료만을 투여한 대조군의 대장선종의 발생률은 84%(Group 3; 21/25례)로써 I3C 100ppm 및 300ppm을 투여한 경우에 있어서는 각군 모두 60%(Group 1; 12/20 례, Group 2; 15/25 례)로 감소하는 경향을 나타내었다. 대장선종의 마리당 발생개수에 있어서는 C57BL/6J-Apc$^{min/+}$계 수컷 이형접합체 형질전환 마우스에 AIN-76A 정제사료만을 투여한 대조군은 1.40$\pm$0.24(100%)에 비하여 I3C 저농도 투여 실험군(Group 1; 0.85$\pm$0.23; 61%, P<0.01), 그리고 I3C 고농도 투여 실험군(Group 2 ; 1.32$\pm$0.29 ; 94%)의 순으로 감소하였다. 선종의 크기별 종양의 발생개수의 분포에 있어서 I3C 저농도 투여 실험군에 있어서는 선종의 크기가 3mm이하의 수가 현저하게 감소하였다. C57BL/6J-Apc$^{min/+}$계 수컷 이형접합체 형질전환 마우스에 AIN-76A 정제사료만을 투여한 대조군의 부위별 소장선종의 발생수는 십이지장부위를 제외하고 각 군에서 유의한 변화는 관찰되지 않았다. 십이지장 종양의 발생개수에서만 I3C 저농도 투여 실험군(Group 1 ; 3.11$\pm$0.85)이 대조군 (Group 3: 1.48$\pm$0.35) 및 I3C 고농도 투여 실험군(Group 2: 1.56$\pm$0.47)에 비하여 유의성 있게 증가하였다. (P<0.05). 따라서 I3C은 소장에서는 암예방 효과가 뚜렷하지 않으나, 대장에 대한 암에방 효과가 있을 것으로 생각된다. 소장 및 대장을 제외한 간장, 신장, 비장, 심장, 폐 그리고 위 등의 기타 장기에서의 조직병리학적 변화는 관찰되지 않았다. 소장 및 대장의 종양은 선종(polyps)으로 관찰되었다. 지난 10여년간 형질전환 및 유전자 결핍 실험동물의 종류가 기하 급수적으로 증가하여 이용되고 있다. 가족성 대장 선종성 용종증(FAP)의 대표적인 모델로 이용되고 있는 C57BL/6J-Apc$^{min/+}$계 수컷 이형접합체 형질전환 마우스를 사용하여 배추나 양배추의 주요성분인 Indole-3-carbinol(I3C)의 대장암 예방효과가 있는지를 검색하여 본 결과 AIN-76A정제사료만을 투여한 대조군의 대장선종의 발생률 84%에 비하여 I3C 100 및 300ppm을 투여한 실험군에 있어서 각군 모두 60%로서 감소하는 경향을 나타내었으며, 대장선종의 마리당 발생개수에 있어서는 대조군의 1.40$\pm$1.041를 100%로 환산하였을 경우 I3C 저농도 및 고농도 투여 실험군에서는 각각 약 61%와 94%를 나타내여 감소하였다. 특히 대장선종의 크기별 분포에 있어서 선종의 크기가 3mm이하의 수가 현저하게 감소하였다. 따라서 저농도 I3C의 투여는 실험적 유전성 가족성 대장 선종성 용종증 모델에 있어서 어느정도 암 예방효과가 있는 것으로 생각된다. 그러나 소장 선종의 발생에는 별 영향이 없는 것으로 생각된다. 그러나 본 실험에 사용된 C57BL/6J-Apc$^{min/+}$계 수컷 이형접합체 형질전환 마우스는 실험개시 시점이 7내지 8주령이 경과하여 이미 태생기부터 소장 및 대장의 선종 발생이 진행되어 온 것을 감안하고 특히 비스테로이드계 항염증 소염제(NSAIDS)와 같은 강력한 COX-2억제제가 아님을 고려하면, 상당한 선종의 발생을 억제할 수 있는 가능성이 매우 높다고 생각한다. 또한 이제까지 배추나 양배추 성분의 복합성분들에 대한 실험적 대장암 모델에서의 촉진효과 등에 대한 보고들이 있어 온 점을 고려할 때 위암(Kim 등, 1994) 간암(Kim 등, 1994), 유방암(Grubbs, 등, 1995; Bradlow 등, 1995)에 대한 예방효과가 있을 것으로 생각된다. 앞으로 이러한 종양조직내에서의 COX-2 및 iNOS mRNA와 단백질의 발현정도를 분자병리학적으로 연구중에 있으며, 향후 십자화과식물 성분인 indole-3-carbinol이 마우스뿐 만 아니라 랫드의 화학발암물질에 의한 대장종양에 대한 억제효과 있는지 연구 필요가 있다. Min 마우스와 같은 형질 전환(유전자결핍;knockout) 실험동물을 이용한 새로운 중기 발암성 시험범의 확립을 통한 각종 환경 유해물질의 발암성 유무 및 COX-2 억제작용이 있는 식품인자의 암예방 후보물질을 체계적으로 검색하는데 유용하게 활용될 수 있을 것으로 생각한다.