[학위논문]Mechanisms Underlying the Enhancing Effect of Berberine on Glucose Uptake in 3T3-L1 Adipocytes : Berberine에 의한 3T3-L1 지방세포에서의 Glucose uptake 촉진 작용 기작원문보기
김소희
(Handong Global University
Department of Life Science
국내박사)
항당뇨 효과를 위해 한방치료 또는 민간요법에서 사용되고 있는 17종의 약용식물에 대하여 3T3-L1 지방세포에서의 glucose uptake에 미치는 영향을 조사함으로써 혈당강하소재로의 응용 가능성을 평가하였다. 그 중 황백 추출물이 glucose uptake 촉진활성이 가장 우수함을 확인하였으며, 급성 인슐린을 처리한 인슐린 자극 glucose uptake과 처리하지 않은 인슐린 무자극(basal) glucose uptake을 모두 촉진시키는 작용을 관찰할 수 있었다. 황백의 주요한 알칼로이드 성분인 ...
항당뇨 효과를 위해 한방치료 또는 민간요법에서 사용되고 있는 17종의 약용식물에 대하여 3T3-L1 지방세포에서의 glucose uptake에 미치는 영향을 조사함으로써 혈당강하소재로의 응용 가능성을 평가하였다. 그 중 황백 추출물이 glucose uptake 촉진활성이 가장 우수함을 확인하였으며, 급성 인슐린을 처리한 인슐린 자극 glucose uptake과 처리하지 않은 인슐린 무자극(basal) glucose uptake을 모두 촉진시키는 작용을 관찰할 수 있었다. 황백의 주요한 알칼로이드 성분인 berberine 또한 황백 추출물과 유사한 작용을 나타내었으며, 시간과 농도에는 의존적인 양상을 보여주었으며, 특히 인슐린 무자극 상태에서의 촉진작용이 두드러졌다. Tyrosine kinase inhibitor인 genistein 을 처리시 berberine에 의해 유도된 glucose uptake가 완전히 억제되었는데 이것은 tyrosine 인산화가 berberine의 작용에 매우 중요함을 시사하는 것이었다. Tyrosine phosphatase inhibitor인 vanadate 는 glucose uptake 촉진작용에의 시너지효과를 나타내었는데 이것은 tyrosine 인산화의 중요성을 다시 한 번 확인시켜주는 결과였다. PI 3-K 의 저해제인 wortmannin을 처리했을 때, 인슐린 자극 glucose uptake의 촉진작용만 억제를 시켰고 basal glucose uptake의 증가는 억제하지 못했다. Berberine은 또한 PI 3-K pathway의 upstream 분자인 insulin receptor(IR)와 insulin receptor substrate-1(IRS-1)의 인산화 및 PI 3-K의 downstream 분자 중 하나인 PKCζ/λ의 인산화에도 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 이것은 berbeine의 효과가 IRS-1/PI 3-K/PKCζ/λ 신호전달에 의한 GLUT4 translocation과는 무관하며, GLUT1 와 관련이 있음을 보여주는 것이었다. MAPK 중에서 특별히 ERK는 GLUT1의 발현과 관련된다는 사실이 알려져 있는 바, berberine에 의해서 ERK가 활성화 되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 GLUT1 및 GLUT4 glucose transporter에 대한 real time PCR의 결과도 berberine이 이들 유전자 발현 을 서로 다른 양상으로 조절하고 있음을 보여주었다. Berberine의 glucose uptake 촉진작용 기작을 밝히는 본 연구를 통해 GLUT1, GLUT4의 세포 내에서의 조절뿐만 아니라 인슐린 저항성에 대해서도 간접적으로 이해하게 되는 부가적인 성과를 거둘 수 있었다.
항당뇨 효과를 위해 한방치료 또는 민간요법에서 사용되고 있는 17종의 약용식물에 대하여 3T3-L1 지방세포에서의 glucose uptake에 미치는 영향을 조사함으로써 혈당강하소재로의 응용 가능성을 평가하였다. 그 중 황백 추출물이 glucose uptake 촉진활성이 가장 우수함을 확인하였으며, 급성 인슐린을 처리한 인슐린 자극 glucose uptake과 처리하지 않은 인슐린 무자극(basal) glucose uptake을 모두 촉진시키는 작용을 관찰할 수 있었다. 황백의 주요한 알칼로이드 성분인 berberine 또한 황백 추출물과 유사한 작용을 나타내었으며, 시간과 농도에는 의존적인 양상을 보여주었으며, 특히 인슐린 무자극 상태에서의 촉진작용이 두드러졌다. Tyrosine kinase inhibitor인 genistein 을 처리시 berberine에 의해 유도된 glucose uptake가 완전히 억제되었는데 이것은 tyrosine 인산화가 berberine의 작용에 매우 중요함을 시사하는 것이었다. Tyrosine phosphatase inhibitor인 vanadate 는 glucose uptake 촉진작용에의 시너지효과를 나타내었는데 이것은 tyrosine 인산화의 중요성을 다시 한 번 확인시켜주는 결과였다. PI 3-K 의 저해제인 wortmannin을 처리했을 때, 인슐린 자극 glucose uptake의 촉진작용만 억제를 시켰고 basal glucose uptake의 증가는 억제하지 못했다. Berberine은 또한 PI 3-K pathway의 upstream 분자인 insulin receptor(IR)와 insulin receptor substrate-1(IRS-1)의 인산화 및 PI 3-K의 downstream 분자 중 하나인 PKCζ/λ의 인산화에도 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 이것은 berbeine의 효과가 IRS-1/PI 3-K/PKCζ/λ 신호전달에 의한 GLUT4 translocation과는 무관하며, GLUT1 와 관련이 있음을 보여주는 것이었다. MAPK 중에서 특별히 ERK는 GLUT1의 발현과 관련된다는 사실이 알려져 있는 바, berberine에 의해서 ERK가 활성화 되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 GLUT1 및 GLUT4 glucose transporter에 대한 real time PCR의 결과도 berberine이 이들 유전자 발현 을 서로 다른 양상으로 조절하고 있음을 보여주었다. Berberine의 glucose uptake 촉진작용 기작을 밝히는 본 연구를 통해 GLUT1, GLUT4의 세포 내에서의 조절뿐만 아니라 인슐린 저항성에 대해서도 간접적으로 이해하게 되는 부가적인 성과를 거둘 수 있었다.
Anti-hyperglycemic effects of 17 medicinal plants that have been used for curing diabetes in oriental medicine were evaluated using glucose transport assay in 3T3-L1 adipocytes. Higher activities were obtained by treating water- or alcohol extract of Phellodendri Cortex (PC), which showed enhancing ...
Anti-hyperglycemic effects of 17 medicinal plants that have been used for curing diabetes in oriental medicine were evaluated using glucose transport assay in 3T3-L1 adipocytes. Higher activities were obtained by treating water- or alcohol extract of Phellodendri Cortex (PC), which showed enhancing effects both on basal and insulin-stimulated glucose uptake.Berberine, a major alkaloid of PC, also showed a similar effect both in normal and insulin-resistant 3T3-L1 cells. Chronic treatment of the augmentation of glucose uptake was time-dependent and especially remarkable in the absence of acute insulin stimulation.. Genistein, a tyrosine kinase inhibitor, completely blocked the effect of berberine, indicating that tyrosine phosphorylation processes are strongly related to the berberine action. Vanadate, a tyrosine phosphatase inhibitor, showed an additive effect on glucose uptake by treatment together with berberine confirming the significance of tyrosine phosphorylation in the action of berberine. Inhibition of phosphatidyl inositol 3-kinase (PI 3-kinase) by wortmannin did not result in any reduction of the augmentation of basal glucose uptake induced by berberine. On the other hand, tyrosine phosphorylation on IR and IRS-1 were not affected by berberine. PKCζ/λ, one of the downstream molecules of PI 3-K, was also not activated by berberine, indicating that the berberine effect has no relation with GLUT4 translocation via PI 3-K/ PKCζ/λ pathway. This suggestion provided a clue for understanding the mechanism underlying berberine action in the respect of GLUT1, a glucose transporter, which is much less sensitive to insulin than GLUT4. It has been known that mitogen-activated protein kinase (MAPK) families, especially ERKs, are responsible for the expression of GLUT1. We observed that ERKs are activated by berberine treatment. Berberine-induced ERK phosphorylation and an increase of GLUT1 mRNA were proved by immunoblotting analysis and real-time PCR, respectively. This study helps us to understand not only berberine action mechanism but general information related to GLUT1 regulation and indirectly insulin resistance. As a next step, investigation on the specific molecules that are tyrosine-phosphorylated by berberine is required. The effect of bereberine on TC10/Cbl/CAP pathways is also worth studying
Anti-hyperglycemic effects of 17 medicinal plants that have been used for curing diabetes in oriental medicine were evaluated using glucose transport assay in 3T3-L1 adipocytes. Higher activities were obtained by treating water- or alcohol extract of Phellodendri Cortex (PC), which showed enhancing effects both on basal and insulin-stimulated glucose uptake.Berberine, a major alkaloid of PC, also showed a similar effect both in normal and insulin-resistant 3T3-L1 cells. Chronic treatment of the augmentation of glucose uptake was time-dependent and especially remarkable in the absence of acute insulin stimulation.. Genistein, a tyrosine kinase inhibitor, completely blocked the effect of berberine, indicating that tyrosine phosphorylation processes are strongly related to the berberine action. Vanadate, a tyrosine phosphatase inhibitor, showed an additive effect on glucose uptake by treatment together with berberine confirming the significance of tyrosine phosphorylation in the action of berberine. Inhibition of phosphatidyl inositol 3-kinase (PI 3-kinase) by wortmannin did not result in any reduction of the augmentation of basal glucose uptake induced by berberine. On the other hand, tyrosine phosphorylation on IR and IRS-1 were not affected by berberine. PKCζ/λ, one of the downstream molecules of PI 3-K, was also not activated by berberine, indicating that the berberine effect has no relation with GLUT4 translocation via PI 3-K/ PKCζ/λ pathway. This suggestion provided a clue for understanding the mechanism underlying berberine action in the respect of GLUT1, a glucose transporter, which is much less sensitive to insulin than GLUT4. It has been known that mitogen-activated protein kinase (MAPK) families, especially ERKs, are responsible for the expression of GLUT1. We observed that ERKs are activated by berberine treatment. Berberine-induced ERK phosphorylation and an increase of GLUT1 mRNA were proved by immunoblotting analysis and real-time PCR, respectively. This study helps us to understand not only berberine action mechanism but general information related to GLUT1 regulation and indirectly insulin resistance. As a next step, investigation on the specific molecules that are tyrosine-phosphorylated by berberine is required. The effect of bereberine on TC10/Cbl/CAP pathways is also worth studying
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