Glyphosate exposure attenuates testosterone synthesis via NR1D1 inhibition of StAR expression in mouse Leydig cells.
Sci Total Environ · 2021 · 785:147323 · PMID 33957581 · 등급5 동물·현장 동물시험 · 비발암 건강영향 > 생식독성 · 포유동물
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글리포세이트는 포유류에서 테스토스테론 합성을 저해하는 광범위 스펙트럼 제초제이다. 테스토스테론의 주요 생성원인 라이디히 세포(LCs)는 생체 내 및 시험관 내 모두에서 일주기 리듬 유전자들의 리드미컬한 발현을 보인다. 핵 수용체 NR1D1은 일주기 시계 시스템에서 보조적인 전사/번역 루프를 구성하는 중요한 시계 구성 요소이다. Nr1d1 결핍은 수컷과 암컷 마우스 모두에서 생식 능력 감소를 초래하였다. 그러나 NR1D1이 LCs에서 글리포세이트 매개 테스토스테론 합성 억제에 관여하는지는 불분명하다. 본 연구에서는 시험관 내 및 생체 내에서 글리포세이트가 매개하는 테스토스테론 합성 억제에 있어 NR1D1의 관여 여부를 조사하였다. TM3 세포에 대한 글리포세이트 노출은 Nr1d1 mRNA 수준을 유의하게 증가시켰으나, Bmal1, Per2, StAR, Cyp11a1 및 Cyp17a1 mRNA 수준을 감소시켰다. 웨스턴 블로팅 결과는 글리포세이트 노출 후 NR1D1과 StAR 단백질 수준이 증가하고 감소했음을 확인하였다. 또한 글리포세이트 노출은 TM3 세포의 테스토스테론 생성도 감소시켰다. 일차 LCs에서도 글리포세이트 노출은 Nr1d1 mRNA 수준을 상향 조절하고 다른 시계 유전자(Bmal1 및 Per2)와 스테로이드 생성 유전자(StAR, Cyp17a1, Cyp11a1 및 Hsd3b2)의 mRNA 수준을 하향 조절하였으며 테스토스테론 합성을 억제하였다. 더욱이 글리포세이트 노출은 mPer2Luciferase 녹인 마우스에서 분리한 일차 LCs의 PER2::LUCIFERASE 진동의 진폭을 유의하게 감소시키고 주기를 단축시켰다. 4주간의 경구 글리포세이트 투여는 마우스 고환에서 NR1D1을 mRNA 및 단백질 수준 모두에서 상향 조절하였으며, 이는 StAR 발현 감소를 동반하였다. 특히 혈청 중 테스토스테론 수치 역시 글리포세이트로 처리된 마우스에서 현저하게 감소하였다. 더욱이 이중 루시페라아제 리포터 및 EMSA 분석은 TM3 세포에서 NR1D1이 그 프로모터 내에 존재하는 전형적인 RORE 요소에 결합함으로써 StAR의 발현을 억제함을 보여주었다. 종합적으로, 이러한 데이터들은 글리포세이트가 마우스 LCs에서 NR1D1 매개 StAR 발현 억제를 통해 테스토스테론 합성을 교란함을 입증한다. 이러한 발견은 글리포세이트가 남성 생식 기능을 손상시키는 기전에 대한 이해를 확장시킨다.ORIGINAL ABSTRACT
Glyphosate is a broad-spectrum herbicide that impairs testosterone synthesis in mammals. Leydig cells (LCs), the primary producers of testosterone, demonstrate rhythmic expression of circadian clock genes both in vivo and in vitro. The nuclear receptor NR1D1 is an important clock component that constitutes the subsidiary transcriptional/translational loop in the circadian clock system. Nr1d1 deficiency resulted in diminished fertility in both male and female mice. However, whether NR1D1 is involved in the glyphosate-mediated inhibition of testosterone synthesis in LCs remains unclear. Here, the involvement of NR1D1 in glyphosate-mediated inhibition of testosterone synthesis was investigated both in vitro and in vivo. Glyphosate exposure of TM3 cells significantly increased Nr1d1 mRNA levels, but decreased Bmal1, Per2, StAR, Cyp11a1, and Cyp17a1 mRNA levels. Western blotting confirmed elevated NR1D1 and reduced StAR protein levels following glyphosate exposure. Glyphosate exposure also reduced testosterone production in TM3 cells. In primary LCs, glyphosate exposure also upregulated Nr1d1 mRNA levels and downregulated the mRNA levels of other clock genes (Bmal1 and Per2) and steroidogenic genes (StAR, Cyp17a1, Cyp11a1, and Hsd3b2), and inhibited testosterone synthesis. Moreover, glyphosate exposure significantly reduced the amplitude and shortened the period of PER2::LUCIFERASE oscillations in primary LCs isolated from mPer2Luciferase knock-in mice. Four weeks of oral glyphosate upregulated NR1D1 at both the mRNA and protein levels in mouse testes, and this was accompanied by a reduction in StAR expression. Notably, serum testosterone levels were also drastically reduced in mice treated with glyphosate. Moreover, dual-luciferase reporter and EMSA assays revealed that in TM3 cells NR1D1 inhibits the expression of StAR by binding to a canonical RORE element present within its promoter. Together, these data demonstrate that glyphosate perturbs testosterone synthesis via NR1D1 mediated inhibition of StAR expression in mouse LCs. These findings extend our understanding of how glyphosate impairs male fertility.| 저자 | Zhao, L.; Zhang, J.; Yang, L.; Zhang, H.; Zhang, Y.; Gao, D.; Jiang, H.; Li, Y.; Dong, H.; Ma, T.; Wang, X.; Wu, M.; Wang, A.; Jin, Y.; Yuan, Y.; Chen, H. |
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| 저널 | The Science of the total environment |
| 권·호·쪽 | 785, 147323 |
| PMID | 33957581 |
| DOI | 10.1016/j.scitotenv.2021.147323 |
| MeSH | Animals; Circadian Clocks; Female; Glycine; Leydig Cells; Male; Mice; Nuclear Receptor Subfamily 1, Group D, Member 1; Testosterone; Glyphosate |