식물은 건조, 고농도 염 또는 냉해 등의 극한 환경조건에 노출 될 시 세포내의 특수한 물질들의 기능을 활용하여 이를 극복하기도 한다. 본 연구에서는 사막식물의 건조 저항성 기능을 갖게 하는 저장 탄수화물인 트레할로스를 활용하여 인간세포에서의 보습 및 세포활성 기능을 탐색하였다. 트레할로스(Trehalose)는 두 개의 ...
식물은 건조, 고농도 염 또는 냉해 등의 극한 환경조건에 노출 될 시 세포내의 특수한 물질들의 기능을 활용하여 이를 극복하기도 한다. 본 연구에서는 사막식물의 건조 저항성 기능을 갖게 하는 저장 탄수화물인 트레할로스를 활용하여 인간세포에서의 보습 및 세포활성 기능을 탐색하였다. 트레할로스(Trehalose)는 두 개의 글루코스로 이루어진 이당류이며 수분과 결합하여 식물내의 수분손실을 방지하고 보습기능을 가지게 하는 천연물질이다. 트레할로스는 부활초(Selaginella lepidophilla)나 모우레라 프루비아틸리스(Mourera fluviatilis), 버섯, 해초, 곤충, 무척추동물 등에 포함되어 있으며, 이들 생명체가 건조 또는 동결상해 등의 열악한 환경에서도 건조저항성을 갖게 하는 중요한 기능을 한다. 본 연구에서는 인간 신장세포주인 HEK-293 세포에 트레할로스를 처리 한 후 cell viability를 조사하였다. Trypan blue exclusion test에서 살아있는 세포를 계수한 결과 트레할로스를 처리 후 0시간에서 72시간까지는 세포수가 시간에 비례하여 증가하는 추세였고 120시간이 되자 세포성장률이 급격히 증가하였으며 대조군에 비해 cell viability가 0.01%군은 40%, 0.1%군은 31%, 1%군은 19% 더 증가하는 경향을 보였다. 트레할로스를 0.01%로 처리한 군에서는 0시간에서 72시간까지는 대조군과 큰 차이 없이 시간에 비례하여 세포수가 증가하는 추세를 나타내다가 120시간이 되자 세포성장률이 급격히 증가하였으며 대조군에 비해 40%가 더 증가하는 경향을 보였다. 168시간에 세포증식이 최대로 증가했으며 대조군에 비해 25% 더 세포성장을 촉진하는 결과를 나타내었고 216시간에서는 대조군과 0.01%군 모두 cell viability가 감소하였다. 트레할로스를 1%로 처리한 군에서도 마찬가지로 120시간이 되자 세포성장률이 급격히 증가하였으며 대조군에 비해 19%가 더 증가하는 경향을 보였다. 168시간에 세포증식이 최대로 증가했으며 대조군에 비해 8% 더 세포성장을 촉진하는 결과를 나타내었고 216시간에서는 대조군과 1%군 모두 cell viability가 감소하였다. 인간 신장세포주인 HEK-293 세포와 HaCaT세포에서 트레할로스에 의한 수분 보유력을 조사하였다. HEK-293 세포와 HaCaT에 트레할로스를 최종농도가 1%가 되도록 처리하여 72시간 후 세포 상층액을 제거하고 0분, 15분, 30분, 60분 후의 세포생존율을 알아보기 위해 trypan blue exclusion test를 실시한 결과 무처리 군에 비하여 평균 25%이상의 세포생존울이 증가되었다. 이는 트레할로스가 세포수분보습력 증가에 직접적인 영향을 보인 것으로 여겨진다. 세포상층액을 제거한 후 15분 경과시 트레할로스 1% 처리군의 세포생존력이 대조군에 비해 5배, 30분 후에는 15배 높은 것으로 나타났으며 1시간 후에는 대조군과 트레할로스 1%군 모두 세포가 사멸하는 결과를 보였다. 이것은 트레할로스가 세포의 수분보유력을 높여 생존력을 증가시키는 것으로 사료된다(Fig. 5). 이상으로 트레할로스를 HaCaT과 HEK-293세포에 처리한 경우 이들 세포의 분열속도 증가와 수분손실 저항성 증가 등의 세포생리학적 현상과 밀접한 관련이 있었다. 즉 트레할로스가 세포의 분열속도와 세포의 건조저항성 증가 등의 능력을 향상 시켰다. 본 연구 결과 트레할로스를 피부 세포주 HaCaT 세포와 인간 신장세포주인 HEK-293 세포에 처리한 경우 세포내 수분의 보습유지와 성장과 분열을 촉진하는 신규의 기능이 있음을 밝혔다. 또한 분자유전학적 분석으로 단백질체 분석(Proteomic analysis)결과 트레할로스가 세포기능에 관여하는 32개의 유전자와 단백질들을 밝혔다. 그러므로 분자수준의 단백질체연구 결과 트레할로스가 첨가된 세포는 세포구조를 형성하는 세포내골격단백질 증가, 단백질합성관련 단백질 중가, 세포분열촉진 관련 단백질 및 콜라겐생성관련 단백질들이 증가하였으며 이러한 현상의 결과로서 세포의 분열속도증가와 건조저항성 기능이 획득된 것으로 여겨진다. 이러한 현상은 트레할로스의 적용이 피부섬유아세포의 분열을 촉진하고 콜라겐합성을 증가시켜 궁극적으로 주름이 개선되며 또한 세포내외의 골격단백질과 세포간극의 접착단백질들을 암호화하는 유전자들을 발현시켜 이들 단백질들을 증가시켜 피부의 탄력을 증가 시킨다. 식물에 건조저항성기능을 주는 트레할로스 자체의 수분흡착기능은 피부세포내의 보습력을 높이는 직접적인 기능을 하였다고 여겨진다. 그러므로 이들 물질들을 기눙성 화장품 소재로 활용할 수 있는 당위성에 관한 원천적인 기술을 확보하였다. 이는 화학물질로 조성된 물리화학적 보습보다 피부 세포내에서 보습을 조절할 수 있는 세포친화성 화장품의 개발로서 궁극적으로 기초화장품 스킨, 에멀젼, 에션스, 크림과 아이크림으로 구성된 5종 화장품 2개 세트를 개발하였다. 이러한 본 연구의 결과를 고찰하여 트레할로스가 첨가된 기능성 화장품 적용 시 피부의 탄력과 주름이 개선되는 기작을 원천적으로 기술하였다. 종합하여 고찰할 때 트레할로스는 비환원성물질로서 화학반응을 하지 않으며 삼투압조절성, 보습성 및 결정방지성 등을 가지고 있다. 식물의 트레할로스가 세포를 보호하는 방식은 세포표면의 단백질과 수소결합을 함으로써 세포막을 보호하고, 안정화와 인지질막의 구조를 안정화시켜 온도변화에 따른 인지질막의 라멜라 구조의 파괴를 방지한다. 본 연구에서 밝힌 바 이러한 식물의 유전자원으로부터 탐색한 기능성 소재물질인 트레할로스를 인간 세포에 투여 할 경우 세포내 수분의 보습유지와 성장과 분열을 촉진하는 신규의 기능이 있음을 밝혔다. 그러므로 트레할로스가 인간세포의 유전자의 발현과 조절을 중재하는 신규 기능을 이용하여 기능성 화장품 개발에 활용하고자 한다.
식물은 건조, 고농도 염 또는 냉해 등의 극한 환경조건에 노출 될 시 세포내의 특수한 물질들의 기능을 활용하여 이를 극복하기도 한다. 본 연구에서는 사막식물의 건조 저항성 기능을 갖게 하는 저장 탄수화물인 트레할로스를 활용하여 인간세포에서의 보습 및 세포활성 기능을 탐색하였다. 트레할로스(Trehalose)는 두 개의 글루코스로 이루어진 이당류이며 수분과 결합하여 식물내의 수분손실을 방지하고 보습기능을 가지게 하는 천연물질이다. 트레할로스는 부활초(Selaginella lepidophilla)나 모우레라 프루비아틸리스(Mourera fluviatilis), 버섯, 해초, 곤충, 무척추동물 등에 포함되어 있으며, 이들 생명체가 건조 또는 동결상해 등의 열악한 환경에서도 건조저항성을 갖게 하는 중요한 기능을 한다. 본 연구에서는 인간 신장세포주인 HEK-293 세포에 트레할로스를 처리 한 후 cell viability를 조사하였다. Trypan blue exclusion test에서 살아있는 세포를 계수한 결과 트레할로스를 처리 후 0시간에서 72시간까지는 세포수가 시간에 비례하여 증가하는 추세였고 120시간이 되자 세포성장률이 급격히 증가하였으며 대조군에 비해 cell viability가 0.01%군은 40%, 0.1%군은 31%, 1%군은 19% 더 증가하는 경향을 보였다. 트레할로스를 0.01%로 처리한 군에서는 0시간에서 72시간까지는 대조군과 큰 차이 없이 시간에 비례하여 세포수가 증가하는 추세를 나타내다가 120시간이 되자 세포성장률이 급격히 증가하였으며 대조군에 비해 40%가 더 증가하는 경향을 보였다. 168시간에 세포증식이 최대로 증가했으며 대조군에 비해 25% 더 세포성장을 촉진하는 결과를 나타내었고 216시간에서는 대조군과 0.01%군 모두 cell viability가 감소하였다. 트레할로스를 1%로 처리한 군에서도 마찬가지로 120시간이 되자 세포성장률이 급격히 증가하였으며 대조군에 비해 19%가 더 증가하는 경향을 보였다. 168시간에 세포증식이 최대로 증가했으며 대조군에 비해 8% 더 세포성장을 촉진하는 결과를 나타내었고 216시간에서는 대조군과 1%군 모두 cell viability가 감소하였다. 인간 신장세포주인 HEK-293 세포와 HaCaT세포에서 트레할로스에 의한 수분 보유력을 조사하였다. HEK-293 세포와 HaCaT에 트레할로스를 최종농도가 1%가 되도록 처리하여 72시간 후 세포 상층액을 제거하고 0분, 15분, 30분, 60분 후의 세포생존율을 알아보기 위해 trypan blue exclusion test를 실시한 결과 무처리 군에 비하여 평균 25%이상의 세포생존울이 증가되었다. 이는 트레할로스가 세포수분보습력 증가에 직접적인 영향을 보인 것으로 여겨진다. 세포상층액을 제거한 후 15분 경과시 트레할로스 1% 처리군의 세포생존력이 대조군에 비해 5배, 30분 후에는 15배 높은 것으로 나타났으며 1시간 후에는 대조군과 트레할로스 1%군 모두 세포가 사멸하는 결과를 보였다. 이것은 트레할로스가 세포의 수분보유력을 높여 생존력을 증가시키는 것으로 사료된다(Fig. 5). 이상으로 트레할로스를 HaCaT과 HEK-293세포에 처리한 경우 이들 세포의 분열속도 증가와 수분손실 저항성 증가 등의 세포생리학적 현상과 밀접한 관련이 있었다. 즉 트레할로스가 세포의 분열속도와 세포의 건조저항성 증가 등의 능력을 향상 시켰다. 본 연구 결과 트레할로스를 피부 세포주 HaCaT 세포와 인간 신장세포주인 HEK-293 세포에 처리한 경우 세포내 수분의 보습유지와 성장과 분열을 촉진하는 신규의 기능이 있음을 밝혔다. 또한 분자유전학적 분석으로 단백질체 분석(Proteomic analysis)결과 트레할로스가 세포기능에 관여하는 32개의 유전자와 단백질들을 밝혔다. 그러므로 분자수준의 단백질체연구 결과 트레할로스가 첨가된 세포는 세포구조를 형성하는 세포내골격단백질 증가, 단백질합성관련 단백질 중가, 세포분열촉진 관련 단백질 및 콜라겐생성관련 단백질들이 증가하였으며 이러한 현상의 결과로서 세포의 분열속도증가와 건조저항성 기능이 획득된 것으로 여겨진다. 이러한 현상은 트레할로스의 적용이 피부섬유아세포의 분열을 촉진하고 콜라겐합성을 증가시켜 궁극적으로 주름이 개선되며 또한 세포내외의 골격단백질과 세포간극의 접착단백질들을 암호화하는 유전자들을 발현시켜 이들 단백질들을 증가시켜 피부의 탄력을 증가 시킨다. 식물에 건조저항성기능을 주는 트레할로스 자체의 수분흡착기능은 피부세포내의 보습력을 높이는 직접적인 기능을 하였다고 여겨진다. 그러므로 이들 물질들을 기눙성 화장품 소재로 활용할 수 있는 당위성에 관한 원천적인 기술을 확보하였다. 이는 화학물질로 조성된 물리화학적 보습보다 피부 세포내에서 보습을 조절할 수 있는 세포친화성 화장품의 개발로서 궁극적으로 기초화장품 스킨, 에멀젼, 에션스, 크림과 아이크림으로 구성된 5종 화장품 2개 세트를 개발하였다. 이러한 본 연구의 결과를 고찰하여 트레할로스가 첨가된 기능성 화장품 적용 시 피부의 탄력과 주름이 개선되는 기작을 원천적으로 기술하였다. 종합하여 고찰할 때 트레할로스는 비환원성물질로서 화학반응을 하지 않으며 삼투압조절성, 보습성 및 결정방지성 등을 가지고 있다. 식물의 트레할로스가 세포를 보호하는 방식은 세포표면의 단백질과 수소결합을 함으로써 세포막을 보호하고, 안정화와 인지질막의 구조를 안정화시켜 온도변화에 따른 인지질막의 라멜라 구조의 파괴를 방지한다. 본 연구에서 밝힌 바 이러한 식물의 유전자원으로부터 탐색한 기능성 소재물질인 트레할로스를 인간 세포에 투여 할 경우 세포내 수분의 보습유지와 성장과 분열을 촉진하는 신규의 기능이 있음을 밝혔다. 그러므로 트레할로스가 인간세포의 유전자의 발현과 조절을 중재하는 신규 기능을 이용하여 기능성 화장품 개발에 활용하고자 한다.
Plants accumulate osmotic regulators in the cells under unfavorable environmental stresses such as dry, high salt and high temperature. Under these stresses, plants accumulate specific molecules including proline, trehalsoe, sucrose, polysaccharides and salts to protect cell damage. It has been know...
Plants accumulate osmotic regulators in the cells under unfavorable environmental stresses such as dry, high salt and high temperature. Under these stresses, plants accumulate specific molecules including proline, trehalsoe, sucrose, polysaccharides and salts to protect cell damage. It has been known that halophillic microorganisms and dry-tolerant desert plants utilize trehalose in their cells to protect stress damages against varieties of physical and chemical stresses. Using this fundamental cellular function of trehalose, here we studied the cell viability and gene expression levels of HEK-239T and HaCat cells in the presence of trehalose to develop moisturizing formulation for skin specific moisturizing cosmetics. Cell viability and cell growth rate were increased by trehalose treatment compared with untreated cells. Cells treated trehalose for 30 min in the culture medium were survived better than non-treated cells, suggesting that trehalose might prevent water depletion in cells in the dry condition. After trehalose treatment to human keratinocytes, the growth rate of human keratinocytes increased cell viability compared with that of untreated cell control. These results suggested that trehalose might involve in the extension of cell viability. Trehalose also reduced cell death ratio under dry condition, suggesting that trehalose involved in moisturizing cells to extend viability of cells. To identify the physiological functions of trehalose in human cells, proteome analysis was performed. Proteome analysis results showed that expression levels of proteins and enzymes which are involved in fundamental functions of cell matrix, including collagen, cytokines and metalloproteinases were charged, therefore, the expression levels were reanalyzed using western blot analysis. Trehalose treated cells and untreated cells revealed that large numbers of functional proteins and genes including integrin, procollagen-lysine, 2-oxoglutarate 5-dioxygenase3, vinculin and others were induced by trehalose treatment. Trehalose also reduced the expression levels of genes, such as heat shock proteins and IL-1a, which were stimulated the expression under stress conditions, indicating that the cells treated with trehalose were getting stabilized as a quantity dependent manner. Based on these fundamental findings, skin cares including trehalose as a main ingredient were developed and examined on the human skin. Trehalose containing skin moistening creams showed better moisturizing and shooting functions to skin compared to basic creams. Therefore, trehalose keeps moisture and enhance elasticity functions of skin. Trehalose, a plants osmotic regulator, can be applied as a cosmetic ingredient for various applications in the fields of cosmetics and pharmaceuticals.
Plants accumulate osmotic regulators in the cells under unfavorable environmental stresses such as dry, high salt and high temperature. Under these stresses, plants accumulate specific molecules including proline, trehalsoe, sucrose, polysaccharides and salts to protect cell damage. It has been known that halophillic microorganisms and dry-tolerant desert plants utilize trehalose in their cells to protect stress damages against varieties of physical and chemical stresses. Using this fundamental cellular function of trehalose, here we studied the cell viability and gene expression levels of HEK-239T and HaCat cells in the presence of trehalose to develop moisturizing formulation for skin specific moisturizing cosmetics. Cell viability and cell growth rate were increased by trehalose treatment compared with untreated cells. Cells treated trehalose for 30 min in the culture medium were survived better than non-treated cells, suggesting that trehalose might prevent water depletion in cells in the dry condition. After trehalose treatment to human keratinocytes, the growth rate of human keratinocytes increased cell viability compared with that of untreated cell control. These results suggested that trehalose might involve in the extension of cell viability. Trehalose also reduced cell death ratio under dry condition, suggesting that trehalose involved in moisturizing cells to extend viability of cells. To identify the physiological functions of trehalose in human cells, proteome analysis was performed. Proteome analysis results showed that expression levels of proteins and enzymes which are involved in fundamental functions of cell matrix, including collagen, cytokines and metalloproteinases were charged, therefore, the expression levels were reanalyzed using western blot analysis. Trehalose treated cells and untreated cells revealed that large numbers of functional proteins and genes including integrin, procollagen-lysine, 2-oxoglutarate 5-dioxygenase3, vinculin and others were induced by trehalose treatment. Trehalose also reduced the expression levels of genes, such as heat shock proteins and IL-1a, which were stimulated the expression under stress conditions, indicating that the cells treated with trehalose were getting stabilized as a quantity dependent manner. Based on these fundamental findings, skin cares including trehalose as a main ingredient were developed and examined on the human skin. Trehalose containing skin moistening creams showed better moisturizing and shooting functions to skin compared to basic creams. Therefore, trehalose keeps moisture and enhance elasticity functions of skin. Trehalose, a plants osmotic regulator, can be applied as a cosmetic ingredient for various applications in the fields of cosmetics and pharmaceuticals.
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