약용버섯으로 알려져 있는 동충하초(Cordyceps militaris, 冬蟲夏草)의 생리활성물질인 cordycepin은 염증 및 암세포의 활성억제에 약리적인 효과가 있다고 알려져 있지만, 기전 해석을 위한 분자생물학적 접근은 아직 미흡한 상태이다. 따라서 본 연구에서는 동충하초의 주요 생리활성물질인 cordycepin을 이용하여 항염증(anti-inflammatory) 활성, 암세포 증식억제와 연관된 ...
약용버섯으로 알려져 있는 동충하초(Cordyceps militaris, 冬蟲夏草)의 생리활성물질인 cordycepin은 염증 및 암세포의 활성억제에 약리적인 효과가 있다고 알려져 있지만, 기전 해석을 위한 분자생물학적 접근은 아직 미흡한 상태이다. 따라서 본 연구에서는 동충하초의 주요 생리활성물질인 cordycepin을 이용하여 항염증(anti-inflammatory) 활성, 암세포 증식억제와 연관된 세포사멸(apoptosis) 유도 및 항전이(anti-metastasis)에 미치는 효과를 밝히고 그 생화학적 기전을 해석하고자 하였다. 먼저 cordycepin의 항염증 효과를 밝히기 위하여 lipopolysaccharide(LPS)로 활성화된 BV2 microglia를 이용하여 LPS에 의해 유도된 nuclear factor-kappaB(NF-κB)의 활성과 mitogen-activated protein kinases(MAPKs)의 인산화 및 iNOS, COX-2 및 염증성 cytokine의 발현, 그리고 그 산물에 미치는 cordycepin의 영향을 조사하였다. 그 결과 cordycepin은 LPS 처리에 의한 BV2 세포의 nitric oxide(NO)와 prostaglandin E2(PGE2) 생성을 농도 의존적으로 억제시켰으며, cordycepin 처리에 의해 iNOS 및 COX-2의 발현이 전사 및 번역 수준에서 감소되는 것이 관찰되었다. 아울러 염증 반응의 또 다른 주요인자인 염증성 cytokine(TNF-α 및 IL-1β)을 전사수준에서 조사한 결과 cordycepin 처리에 의해 cytokine의 발현이 억제되는 것을 확인하였으며, TNF-α 및 IL-1β의 생성도 cordycepin의 처리 농도 의존적으로 감소하는 것을 확인하였다. 또한, cordycepin은 염증성 인자들의 전사를 조절하는 것으로 알려진 NF-κB가 IkappaB-α(IκB-α) 분해에 의해 활성화 되어 핵 안으로 translocation 되는 것을 현저하게 억제하였고, Akt, ERK1/2, JNK와 p38 kinase의 인산화를 억제하는 것을 확인하였다. 이상의 결과를 종합해 보았을 때, cordycepin은 NF-κB, Akt 및 MAPK 신호 경로를 억제하여 iNOS, COX-2 및 염증성 cytokine의 발현을 조절함으로서 염증 반응을 효과적으로 억제하는 것을 보여주는 것으로 이는 향후 지속적인 연구를 위한 귀중한 자료가 될 것이라 사료된다. 한편, cordycepin의 처리가 항암에 어떠한 영향을 미치는지 알아보기 위해 먼저 인체 혈구암세포의 생존율에 미치는 영향을 알아본 결과 cordycepin을 처리하였을 경우 농도 의존적으로 억제 효과가 있음을 알 수 있었고, 농도가 증가함에 따라 세포 증식은 점차적으로 감소하였으며 세포 사멸은 증가함을 알 수 있었다. 이 세포사멸은 DAPI staining을 통해 핵의 형태적인 변화를 관찰하여 apoptosis 유발시 특이적으로 나타나는 apoptotic body를 확인함으로써 apoptosis임을 확인하였으며, apoptosis 유발 정도를 보다 더 정량적으로 알아보기 위해 DNA flow cytometry를 이용하여 세포 주기 중 apoptosis가 일어난 세포군에 해당하는 sub-G1기의 빈도를 조사한 결과, cordycepin 처리 농도의 증가에 따라 sub-G1기에 해당하는 세포의 빈도가 증가하는 것을 확인하였다. 이러한 apoptosis의 유발은 reactive oxygen species (ROS), mitochondrial의 dysfunction, caspases의 활성 그리고 poly(ADP-ribose) polymerase(PARP) protein의 분해 등과 관련이 있다는 것을 확인하였으며, 이는 caspase inhibitor와 ROS scavenger 처리를 통하여 재확인하였다. 이상의 결과는 cordycepin이 ROS에 의해 야기된 caspase 경로의 연쇄반응을 통해 인체 혈구암세포의 생장을 억제하고 apoptosis를 유발하는 것이며, 이는 cordycepin이 효과적인 항암제로서의 가능성을 가지고 있는 것으로 사료된다. 더 나아가서 암세포의 증식이 계속 유지되면 암세포가 혈관을 통해 다른 조직으로 유입되어 결과적으로 암의 전이를 유발하게 되는데 이러한 과정에서 cordycepin에 의한 전이 및 암세포의 이동 억제의 상관관계를 알아보기 위해 인체 전립선암세포주인 LNCaP 세포에서 실험을 진행하였다. 그 결과 cordycepin의 처리에 의해 LNCaP 세포의 이동성(migration)과 침윤성(invasiveness)이 시간이 지남에 따라 유의적으로 억제 되었으며, 이러한 억제는 tight junctions(TJs)과 연관되어짐을 확인하였고, cordycepin이 처리된 암세포에서 대표적인 TJ 조절 단백질인 claudin family의 발현이 감소하는 것을 관찰하였다. 추가적으로 cordycepin은 metalloproteinase(MMP)-2/-9의 활성을 현저하게 억제시켰으며, 이러한 현상은 tissue inhibitor of metalloproteinase(TIMP)-1/-2의 mRNA 수준에서의 감소와 연관되어 있음을 알 수 있었으며, 이러한 효과는 Akt의 불활성화를 통해 일어난다는 것을 확인하였다. 이상의 결과에서 cordycepin에 의한 인체 전립선암세포 LNCaP의 전이 억제 효과는 Akt의 활성을 억제하여 TJs와 MMPs의 활성을 조절함으로써 이루어진다는 것을 확인하였다. 이상의 연구결과를 종합해 볼 때, cordycepin은 염증반응을 억제하며, 암세포 내에서 세포사멸 유도를 통해 강력한 항암효능을 가지며, 더 나아가 암세포의 전이 억제에 유용하게 사용될 수 있음을 알 수 있었다. 이는 cordycepin이 향후 염증 및 암의 예방 및 치료제의 개발에 후보물질로서의 가능성을 가지고 있는 것으로 사료된다.
약용버섯으로 알려져 있는 동충하초(Cordyceps militaris, 冬蟲夏草)의 생리활성물질인 cordycepin은 염증 및 암세포의 활성억제에 약리적인 효과가 있다고 알려져 있지만, 기전 해석을 위한 분자생물학적 접근은 아직 미흡한 상태이다. 따라서 본 연구에서는 동충하초의 주요 생리활성물질인 cordycepin을 이용하여 항염증(anti-inflammatory) 활성, 암세포 증식억제와 연관된 세포사멸(apoptosis) 유도 및 항전이(anti-metastasis)에 미치는 효과를 밝히고 그 생화학적 기전을 해석하고자 하였다. 먼저 cordycepin의 항염증 효과를 밝히기 위하여 lipopolysaccharide(LPS)로 활성화된 BV2 microglia를 이용하여 LPS에 의해 유도된 nuclear factor-kappaB(NF-κB)의 활성과 mitogen-activated protein kinases(MAPKs)의 인산화 및 iNOS, COX-2 및 염증성 cytokine의 발현, 그리고 그 산물에 미치는 cordycepin의 영향을 조사하였다. 그 결과 cordycepin은 LPS 처리에 의한 BV2 세포의 nitric oxide(NO)와 prostaglandin E2(PGE2) 생성을 농도 의존적으로 억제시켰으며, cordycepin 처리에 의해 iNOS 및 COX-2의 발현이 전사 및 번역 수준에서 감소되는 것이 관찰되었다. 아울러 염증 반응의 또 다른 주요인자인 염증성 cytokine(TNF-α 및 IL-1β)을 전사수준에서 조사한 결과 cordycepin 처리에 의해 cytokine의 발현이 억제되는 것을 확인하였으며, TNF-α 및 IL-1β의 생성도 cordycepin의 처리 농도 의존적으로 감소하는 것을 확인하였다. 또한, cordycepin은 염증성 인자들의 전사를 조절하는 것으로 알려진 NF-κB가 IkappaB-α(IκB-α) 분해에 의해 활성화 되어 핵 안으로 translocation 되는 것을 현저하게 억제하였고, Akt, ERK1/2, JNK와 p38 kinase의 인산화를 억제하는 것을 확인하였다. 이상의 결과를 종합해 보았을 때, cordycepin은 NF-κB, Akt 및 MAPK 신호 경로를 억제하여 iNOS, COX-2 및 염증성 cytokine의 발현을 조절함으로서 염증 반응을 효과적으로 억제하는 것을 보여주는 것으로 이는 향후 지속적인 연구를 위한 귀중한 자료가 될 것이라 사료된다. 한편, cordycepin의 처리가 항암에 어떠한 영향을 미치는지 알아보기 위해 먼저 인체 혈구암세포의 생존율에 미치는 영향을 알아본 결과 cordycepin을 처리하였을 경우 농도 의존적으로 억제 효과가 있음을 알 수 있었고, 농도가 증가함에 따라 세포 증식은 점차적으로 감소하였으며 세포 사멸은 증가함을 알 수 있었다. 이 세포사멸은 DAPI staining을 통해 핵의 형태적인 변화를 관찰하여 apoptosis 유발시 특이적으로 나타나는 apoptotic body를 확인함으로써 apoptosis임을 확인하였으며, apoptosis 유발 정도를 보다 더 정량적으로 알아보기 위해 DNA flow cytometry를 이용하여 세포 주기 중 apoptosis가 일어난 세포군에 해당하는 sub-G1기의 빈도를 조사한 결과, cordycepin 처리 농도의 증가에 따라 sub-G1기에 해당하는 세포의 빈도가 증가하는 것을 확인하였다. 이러한 apoptosis의 유발은 reactive oxygen species (ROS), mitochondrial의 dysfunction, caspases의 활성 그리고 poly(ADP-ribose) polymerase(PARP) protein의 분해 등과 관련이 있다는 것을 확인하였으며, 이는 caspase inhibitor와 ROS scavenger 처리를 통하여 재확인하였다. 이상의 결과는 cordycepin이 ROS에 의해 야기된 caspase 경로의 연쇄반응을 통해 인체 혈구암세포의 생장을 억제하고 apoptosis를 유발하는 것이며, 이는 cordycepin이 효과적인 항암제로서의 가능성을 가지고 있는 것으로 사료된다. 더 나아가서 암세포의 증식이 계속 유지되면 암세포가 혈관을 통해 다른 조직으로 유입되어 결과적으로 암의 전이를 유발하게 되는데 이러한 과정에서 cordycepin에 의한 전이 및 암세포의 이동 억제의 상관관계를 알아보기 위해 인체 전립선암세포주인 LNCaP 세포에서 실험을 진행하였다. 그 결과 cordycepin의 처리에 의해 LNCaP 세포의 이동성(migration)과 침윤성(invasiveness)이 시간이 지남에 따라 유의적으로 억제 되었으며, 이러한 억제는 tight junctions(TJs)과 연관되어짐을 확인하였고, cordycepin이 처리된 암세포에서 대표적인 TJ 조절 단백질인 claudin family의 발현이 감소하는 것을 관찰하였다. 추가적으로 cordycepin은 metalloproteinase(MMP)-2/-9의 활성을 현저하게 억제시켰으며, 이러한 현상은 tissue inhibitor of metalloproteinase(TIMP)-1/-2의 mRNA 수준에서의 감소와 연관되어 있음을 알 수 있었으며, 이러한 효과는 Akt의 불활성화를 통해 일어난다는 것을 확인하였다. 이상의 결과에서 cordycepin에 의한 인체 전립선암세포 LNCaP의 전이 억제 효과는 Akt의 활성을 억제하여 TJs와 MMPs의 활성을 조절함으로써 이루어진다는 것을 확인하였다. 이상의 연구결과를 종합해 볼 때, cordycepin은 염증반응을 억제하며, 암세포 내에서 세포사멸 유도를 통해 강력한 항암효능을 가지며, 더 나아가 암세포의 전이 억제에 유용하게 사용될 수 있음을 알 수 있었다. 이는 cordycepin이 향후 염증 및 암의 예방 및 치료제의 개발에 후보물질로서의 가능성을 가지고 있는 것으로 사료된다.
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