모든 진핵세포에는 기능성 세포소기관인 리소좀과 퍼옥시좀이 존재한다. 그 중, 리소좀은 골지에서 생성되며 약 60 여가지의 가수분해 효소를 포함하고 항균활성과 항암활성을 가지고 있으며, 세포 내의 리소좀의 효소들은 외부의 산화적 스트레스나 탄소 결핍 스트레스의 요인에 의해 활성화 된다. 또 다른 세포소기관인 퍼옥시좀은 리소좀과는 달리 ...
모든 진핵세포에는 기능성 세포소기관인 리소좀과 퍼옥시좀이 존재한다. 그 중, 리소좀은 골지에서 생성되며 약 60 여가지의 가수분해 효소를 포함하고 항균활성과 항암활성을 가지고 있으며, 세포 내의 리소좀의 효소들은 외부의 산화적 스트레스나 탄소 결핍 스트레스의 요인에 의해 활성화 된다. 또 다른 세포소기관인 퍼옥시좀은 리소좀과는 달리 소포체에서 생성되며, 여러가지 산화효소를 포함하고 있어 활성산소 대사와 같은 리소좀과는 다른 세포 기능을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 여러 스트레스 조건 하에서 리소좀의 기능을 향상 시키고자 였으며, 리소좀과 퍼옥시좀의 기능을 특성화 하기 위한 분리를 진행하였다. 세포소기관의 특별한 기능을 확인하기 위해, Saccharomyces cerevisiae 와 동물세포인 HeLa cell 에 산화적 스트레스를 유발하는 여러 화학물질과 탄소결핍으로 자극을 주어 리소좀과 퍼옥시좀의 in vitro 에서 기능을 사용하였다. 그 결과, 이러한 자극에 의해 리소좀의 항균활성과 항암활성과 퍼옥시좀의 멜라닌색소 감소의 활성이 증가되는 것을 확인하였다. 하지만, 화학물질을 처리한 후, 리소좀을 추출시 화학물질이 다 제거 됨에도 불구하고 화학물질을 이용하여 리소좀을 활성화 시키는 것은 인체에 유해할 것이라는 거부감을 갖게된다. 따라서, 유전자 조작을 통해 화학물질을 처리하지 않으면서 리소좀의 활성을 증가시키고, 리소좀 내의 특정 단백질의 활성화를 통해 리소좀의 기능을 더욱 향상시키고자 하였다. 우선, 외부 자극에 의해 리소좀 내에서 변화를 보이는 효소 단백질을 2DE를 이용하여 분석하고, 그 중 아미노펩티데이즈 와이 (aminopeptidase Y: APE3)를 선택하였으며, 선택된 APE3를 유전재조합을 통해 S. cerevisiae 내에서 과발현 시켰다. 그 결과, 재조합된 S. cerevisiae 에서 생성된 리소좀의 항균활성이 증가하였고, 갈락토오즈 induction을 통해 과발현 시킨 리소좀의 항균활성이 더욱 증가하였다. 암세포인 HeLa cell, HaCaT cell, Melanoma cell 에서도 향상된 항암효과를 확인할 수 있었다. 이러한 기능은 추출물에 리소좀과 퍼옥시좀이 섞여 있어 어느 한 소기관의 기능만을 확인하기 불가능하다. 따라서 리소좀과 퍼옥시좀의 활성 조절을 통해 각각의 기능을 분리하고자 하였다. 리소좀과 퍼옥시좀에 영향을 주는 여러가지 화학물질을 선택하여 세포에 처리한 후 이 두 소기관을 추출하여 기능을 확인한 결과 항균, 항암, 멜라닌 색소 감소 효과 모두 이 두 소기관의 각각의 기능이 아닌 두 기관이 같이 작용하여 나타남을 확인 하였다. 리소좀의 활성 조절은 외부의 자극에 의해 세포 내의 변화를 통하여 이루어졌다. 리소좀의 활성을 조절 과정에서 리소좀의 효소들이 리소좀 내로 targeting 되어 들어가게 되고 그로 인해 리소좀이 활성화 된다. 따라서 이러한 targeting 관여하는 효소 phosphodiesterase (PDEs) 를 조절하여 리소좀 효소의 targeting에 따른 리소좀의 활성과의 관계를 확인하고자 하였다. PDE4 series 의 antisense를 동물 세포에 transfection하여 PDE4 series의 발현을 억제하였고, 그로 인해 리소좀의 활성이 감소하였으며, 특히 PDE4C에 의해 리소좀 내에 존재하는 cathepsin B와 D의 발현이 변화되는 것을 관찰하였다. 그리고, 리소좀을 질병 치료 물질로 사용하기 위하여 동물모델에 리소좀을 주입하였을 때 독성이 나타나지 않고 안전성을 보였으며, 병원균에 감염된 동물모델에 리소좀을 주입하였을 때 혈액 내의 병원균의 성장을 저해시키며 생체 내에서 항균활성을 나타내었다. 따라서, 본 연구는 외부 자극에 의해 세포 내의 리소좀 활성증가와 유전자 조작에 의한활성 증가는 항균제 및 암치료를 위한 apoptosis 유도 물질로 in vitro와 in vivo에서 다양한 응용분야에 사용될 수 있으며, 퍼옥시좀 추출물은 과색소침착 장애 치료와 피부 기능성 약용화장품으로 사용 가능함을 제시하면서 두 소기관이 함께 작용할 때 더 효과적임을 제시하였다.
모든 진핵세포에는 기능성 세포소기관인 리소좀과 퍼옥시좀이 존재한다. 그 중, 리소좀은 골지에서 생성되며 약 60 여가지의 가수분해 효소를 포함하고 항균활성과 항암활성을 가지고 있으며, 세포 내의 리소좀의 효소들은 외부의 산화적 스트레스나 탄소 결핍 스트레스의 요인에 의해 활성화 된다. 또 다른 세포소기관인 퍼옥시좀은 리소좀과는 달리 소포체에서 생성되며, 여러가지 산화효소를 포함하고 있어 활성산소 대사와 같은 리소좀과는 다른 세포 기능을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 여러 스트레스 조건 하에서 리소좀의 기능을 향상 시키고자 였으며, 리소좀과 퍼옥시좀의 기능을 특성화 하기 위한 분리를 진행하였다. 세포소기관의 특별한 기능을 확인하기 위해, Saccharomyces cerevisiae 와 동물세포인 HeLa cell 에 산화적 스트레스를 유발하는 여러 화학물질과 탄소결핍으로 자극을 주어 리소좀과 퍼옥시좀의 in vitro 에서 기능을 사용하였다. 그 결과, 이러한 자극에 의해 리소좀의 항균활성과 항암활성과 퍼옥시좀의 멜라닌색소 감소의 활성이 증가되는 것을 확인하였다. 하지만, 화학물질을 처리한 후, 리소좀을 추출시 화학물질이 다 제거 됨에도 불구하고 화학물질을 이용하여 리소좀을 활성화 시키는 것은 인체에 유해할 것이라는 거부감을 갖게된다. 따라서, 유전자 조작을 통해 화학물질을 처리하지 않으면서 리소좀의 활성을 증가시키고, 리소좀 내의 특정 단백질의 활성화를 통해 리소좀의 기능을 더욱 향상시키고자 하였다. 우선, 외부 자극에 의해 리소좀 내에서 변화를 보이는 효소 단백질을 2DE를 이용하여 분석하고, 그 중 아미노펩티데이즈 와이 (aminopeptidase Y: APE3)를 선택하였으며, 선택된 APE3를 유전재조합을 통해 S. cerevisiae 내에서 과발현 시켰다. 그 결과, 재조합된 S. cerevisiae 에서 생성된 리소좀의 항균활성이 증가하였고, 갈락토오즈 induction을 통해 과발현 시킨 리소좀의 항균활성이 더욱 증가하였다. 암세포인 HeLa cell, HaCaT cell, Melanoma cell 에서도 향상된 항암효과를 확인할 수 있었다. 이러한 기능은 추출물에 리소좀과 퍼옥시좀이 섞여 있어 어느 한 소기관의 기능만을 확인하기 불가능하다. 따라서 리소좀과 퍼옥시좀의 활성 조절을 통해 각각의 기능을 분리하고자 하였다. 리소좀과 퍼옥시좀에 영향을 주는 여러가지 화학물질을 선택하여 세포에 처리한 후 이 두 소기관을 추출하여 기능을 확인한 결과 항균, 항암, 멜라닌 색소 감소 효과 모두 이 두 소기관의 각각의 기능이 아닌 두 기관이 같이 작용하여 나타남을 확인 하였다. 리소좀의 활성 조절은 외부의 자극에 의해 세포 내의 변화를 통하여 이루어졌다. 리소좀의 활성을 조절 과정에서 리소좀의 효소들이 리소좀 내로 targeting 되어 들어가게 되고 그로 인해 리소좀이 활성화 된다. 따라서 이러한 targeting 관여하는 효소 phosphodiesterase (PDEs) 를 조절하여 리소좀 효소의 targeting에 따른 리소좀의 활성과의 관계를 확인하고자 하였다. PDE4 series 의 antisense를 동물 세포에 transfection하여 PDE4 series의 발현을 억제하였고, 그로 인해 리소좀의 활성이 감소하였으며, 특히 PDE4C에 의해 리소좀 내에 존재하는 cathepsin B와 D의 발현이 변화되는 것을 관찰하였다. 그리고, 리소좀을 질병 치료 물질로 사용하기 위하여 동물모델에 리소좀을 주입하였을 때 독성이 나타나지 않고 안전성을 보였으며, 병원균에 감염된 동물모델에 리소좀을 주입하였을 때 혈액 내의 병원균의 성장을 저해시키며 생체 내에서 항균활성을 나타내었다. 따라서, 본 연구는 외부 자극에 의해 세포 내의 리소좀 활성증가와 유전자 조작에 의한활성 증가는 항균제 및 암치료를 위한 apoptosis 유도 물질로 in vitro와 in vivo에서 다양한 응용분야에 사용될 수 있으며, 퍼옥시좀 추출물은 과색소침착 장애 치료와 피부 기능성 약용화장품으로 사용 가능함을 제시하면서 두 소기관이 함께 작용할 때 더 효과적임을 제시하였다.
Lysosomes and peroxisomes are functional cell organelles in all eukaryotic cells. Activity of lysosomal enzymes which has antimicrobial and anticancerous functions was altered by some stimuli factor such as oxidative and starvation stress. Unlike lysosomes, peroxisomes have different cellular functi...
Lysosomes and peroxisomes are functional cell organelles in all eukaryotic cells. Activity of lysosomal enzymes which has antimicrobial and anticancerous functions was altered by some stimuli factor such as oxidative and starvation stress. Unlike lysosomes, peroxisomes have different cellular functions because they contain oxidative enzyme. In this study, the lysosomal activity under the several stresses conditions and characterizing the suitable conditions to separate function of lysosomes and peroxisomes based on subcellular distribution. To certify to organelles’ special function, several chemicals and different concentrations of glucose were used to stimulate in vitro function of lysosomes and peroxisomes isolated from Saccharomyces cerevisiae. The antimcirobial and anticancerous activity of lysosomes was enhanced as a result of subcellular distribution of lysosomes and peroxisomes, and also melanin pigments intensity was reduced. Moreover, we performed a proteomic analysis of lysosomal enzymes in response to the enhanced and repressed conditions for in vitro activity using two-dimensional gel electrophoresis (2-DE). Among analyzed protein, aminopeptidase Y (APE3) was found as the most up-regulated protein in response to oxidative stress. Then, the gene encoding for the APE3 gene was recombinanted and overexpressed in S. cerevisiae in order to confirm its activity in lysosomes. As a result, recombinant S. cerevisiae had antimicrobial effects more than normal cells, besides those were increased more over by galactose induction. We also found that anticancerous effects of lysosomes isolated from recombinant S. cerevisiae were increased against cancer cells such as HeLa cells and melanoma cells, in vitro assay. In addition, bacterial growth in blood was inhibited by lysosomes when we injected lysosomes for therapy agents of bacterimia in rat model. Our results indicated that the increase in endogenous levels of lysosomes and their activity following genetic modification may have various applications as antimicrobial agent and apoptosis-inducing materials for cancer cells. Therefore, it is very promising to use the organelles from genetic modified cells for improving in vitro and in vivo functions and peroxisomal extract as useful agent for skin lightening cosmetics and treatment of hyperpigmentation disorders.
Lysosomes and peroxisomes are functional cell organelles in all eukaryotic cells. Activity of lysosomal enzymes which has antimicrobial and anticancerous functions was altered by some stimuli factor such as oxidative and starvation stress. Unlike lysosomes, peroxisomes have different cellular functions because they contain oxidative enzyme. In this study, the lysosomal activity under the several stresses conditions and characterizing the suitable conditions to separate function of lysosomes and peroxisomes based on subcellular distribution. To certify to organelles’ special function, several chemicals and different concentrations of glucose were used to stimulate in vitro function of lysosomes and peroxisomes isolated from Saccharomyces cerevisiae. The antimcirobial and anticancerous activity of lysosomes was enhanced as a result of subcellular distribution of lysosomes and peroxisomes, and also melanin pigments intensity was reduced. Moreover, we performed a proteomic analysis of lysosomal enzymes in response to the enhanced and repressed conditions for in vitro activity using two-dimensional gel electrophoresis (2-DE). Among analyzed protein, aminopeptidase Y (APE3) was found as the most up-regulated protein in response to oxidative stress. Then, the gene encoding for the APE3 gene was recombinanted and overexpressed in S. cerevisiae in order to confirm its activity in lysosomes. As a result, recombinant S. cerevisiae had antimicrobial effects more than normal cells, besides those were increased more over by galactose induction. We also found that anticancerous effects of lysosomes isolated from recombinant S. cerevisiae were increased against cancer cells such as HeLa cells and melanoma cells, in vitro assay. In addition, bacterial growth in blood was inhibited by lysosomes when we injected lysosomes for therapy agents of bacterimia in rat model. Our results indicated that the increase in endogenous levels of lysosomes and their activity following genetic modification may have various applications as antimicrobial agent and apoptosis-inducing materials for cancer cells. Therefore, it is very promising to use the organelles from genetic modified cells for improving in vitro and in vivo functions and peroxisomal extract as useful agent for skin lightening cosmetics and treatment of hyperpigmentation disorders.
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