EFFECTS OF HYDROQUINONE ON NEOPLASTIC TRANSFORMATION OF HUMAN EPITHELIAL CELLS IN CULTURE

Components of dental resin-based restorative materials are reported to leach from the filling materials even after polymerization. Hydroquinone (HQ) is one of the major monomers used in the dental resin and is known as a carcinogen. Thus, carcinogenic risk of HQ leaching from the dental resin becomes a public health concern. The present study attempted to examine the carcinogenic potentials of HQ on the human epithelial cell, which is the target cell origin of the most of oral cancers. Cytotoxicity of HQ was observed above 50${\mu}M$ as measured by LDH assay, indicating a relatively low toxicity of this substance in human epithelial cells. The parameters of neoplastic cellular transformation such as cell saturation density, soft agar colony formation and cell aggregation were analyzed to examine the carcinogenic potential of HQ. The study showed that 2-week exposure of HQ showed the tendency of increase in the saturation density and the significant enhancement of soft agar colony formation at the highest dose, 50 ${\mu}M$ only. It is suggested that HQ has a weak potential of carcinogenicity. When cells were treated with HQ and TPA, a well-known tumor promoter, the parameters of neoplastic cellular transformation was significantly increased. This result indicates that the potential risk of carcinogenicity from HQ is largely dependent upon the presence of promoter. Exposure of 50 ${\mu}M$ HQ increased the time-dependent apoptosis as measured by the ELISA kit. This concentration coincides with a dose of neoplastic transformation, indicating a possible link between apoptosis and HQ-induced cellular transformation. Hydroquinone generated Reactive Oxygen Species (ROS) which was evidenced by the treatment of antioxidants such as trolox and N-acetyl cysteine and the GSH depleting agent, BSO. Antioxidants blocked the generation of ROS and the GSH depleting agent, BSO dramatically increased the ROS production. Since HQ is known to increase ROS production thru activation of transcriptional factor such as c-Myb and Pim-1, it is speculated that ROS generation by HQ plays a role in the activation of oncogene, which may lead to neoplastic transformation. In addition, ROS is involved in the alteration of signal transduction, which regulates the apoptosis in many cellular systems. Thus, ROS-mediated apoptosis may be involved in the HQ-induced carcinogenic processes. Protein kinase C (PKC) is known to play pivotal roles in neoplastic transformation of cells and its high expression is often found in a variety of types of tumors including oral cancer. PKC translocation of PKC-${\alpha}$ was observed following HQ exposure. Altered signaling system may also play a role in the transformation process. Taken together, HQ leached from the dental resin does not pose a significant threat as a cancer causing agent, but its carcinogenic potential can be significantly elevated in the presence of promoter. The mechanism of HQ-induced carcinogenesis involved ROS generation, apoptosis and altered signaling pathway. The present study will provide a valuable data to estimate the potential risk of HQ as a carcinogen and understand mechanism of HQ-induced carcinogenesis in human epithelial cells.

Hydroquinone이 인체 상피세포의 발암화에 미치는 영향

발암물질로 알려진 Hydroquinone (HQ)은 치과용 합성수지를 구성하는 중요한 성분으로서 지금까지 치과용 재료영역에서 널리 사용되고 있으며 구강 내에서 HQ의 유출이 일어나는 것으로 확인 되었다. 따라서 구강암의 기원이 되는 인체상피세포의 발암화에 HQ가 미치는 영향을 평가하였다. HQ에 의한 인체세포 독성을 평가하기위해 LDH assay를 실시하고 세포 독성이 높지 않은 용량을 실험 용량으로 설정하였다. 인체 세포의 발암화를 평가하기 위해 세포 발암화 지표로서 cell saturation density, soft-agar colony formation 및 cell aggregation의 분석을 사용한 결과 고용량인 50 ${\mu}M$을 제외한 모든 용량에서 발암화 지표의 변화를 나타내지 않아 HQ의 발암력은 매우 낮은 것으로 추정된다. 그러나 발암촉진제인 TPA와 함께 투여 시 발암력의 증가를 보여 주변 환경의 여건에 따라 발암력이 증가할 수 있음을 입증하였다. HQ를 노출 후 세포사멸화를 측정하기 위해 DNA fragmentation변화를 분석한 결과 10 ${\mu}M$부터 50 ${\mu}M$까지 노출 시간 의존형의 증가를 나타내었으며 50 ${\mu}M$과 같은 고용량 농도에서는 노출시간 의존적 세포사멸 효과를 보였다. 따라서 세포 발암화를 일으킨 용량에서 세포사멸도 함께 일어나 HQ에 의한 발암화에 세포사멸이 관여함을 보였다. HQ는 ROS를 생성하였으며 Trolox, NAC와 같은 항산화물에 의한 ROS의 차단 효과와 BSO와 같은 GSH 고갈 유발 물질에 따른 ROS의 급격한 증가는 HQ가 인체세포에서 ROS를 효율적으로 생성함을 입증하는 결과이다. 세포간의 신호전달기작 조절에 중요한 역할을 하는 효소인 protein kinase C (PKC)를 immunoblot으로 분석한 결과 PKC-${\alpha}$의 활성이 증가 된 반면 PKC-${\beta}II$의 영향은 나타나지 않았다. 따라서 특정 이성질체에 대한 특이적인 효소반응이 발암화에 관여할 것으로 추정된다. 본 연구결과 치과용 합성수지 구성성분인 HQ 유출에 따른 인체상피세포의 발암성은 매우 낮은 것으로 추정되나 발암촉진제 등과의 상호작용에 의한 발암성 증가는 HQ의 구강암 발생 평가에 고려되어야 할 사항이다. 따라서 본 연구는 구강암의 예방을 위한 과학적인 접근 방법 및 기반 자료를 제시하였고 치과용 합성수지사용의 적정성에 대한 과학적인 판단을 할 수 있는 근거를 제공 하였다. 또한 본 연구 결과는 새로운 치과용 합성수지 개발의 필요성 및 개선방향을 제시 할 수 있는 근거로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.