다양한 해양자원 중에 해조류는 피부 건강 기능성을 지니는 유용한 생리활성물질이 풍부한 자원으로 여겨져 왔다. 해조류 유래 기능성 소재는 항산화, 항염증, 항노화, 미백과 같은 다양한 피부 건강 기능성을 가지는 것으로 보고되어 왔으며 이는 해조류 유래 당류에 의한 것으로 알려졌다. 특히, 갈조류 유래 황화 다당인 ...
다양한 해양자원 중에 해조류는 피부 건강 기능성을 지니는 유용한 생리활성물질이 풍부한 자원으로 여겨져 왔다. 해조류 유래 기능성 소재는 항산화, 항염증, 항노화, 미백과 같은 다양한 피부 건강 기능성을 가지는 것으로 보고되어 왔으며 이는 해조류 유래 당류에 의한 것으로 알려졌다. 특히, 갈조류 유래 황화 다당인 푸코이단과 홍조류 유래 황화다당인 카라기난에 대한 연구가 많이 보고 되어 있다. 그러나 홍조류의 또 다른 대표적인 다당인 한천은 산업적으로 많이 활용하고 있음에도 불구하고, 피부 건강 기능성에 대한 연구가 많이 보고되어 있지 않다. 대신 고분자인 한천으로부터 화학적 및 효소적 가수분해 방법을 통해 생산된 한천 유래 당류인 아가로올리고당이 최근 관심을 받고 있다. 아가로올리고당은 D-글루코오스와 3,6-안하이드로 갈락토오즈가 2~10개 결합한 중합체이다. 최근에 아가로올리고당은 항산화, 항염증, 항피부암과 같은 피부 건강 기능성을 나타낸다고 보고되었다. 미백기능성과 관련한 연구에서는, 단당인 3,6-안하이드로-L-갈락토오스와 몇몇 아가로올리고당이 마우스 흑색종세포주 (B16F10)에서 멜라닌 색소 생성 억제효능을 나타낸다고 알려져 있다. 그러나, 한천 유래 당류의 각각 개별적인 연구만 보고되었을 뿐만 아니라 이들의 분자생물학적 작용기전 및 인체피부모델에서의 미백효능에 관하여 연구 보고된 바가 없다. 따라서, 본 연구에서는 홍조류 유래 한천으로부터 분리·정제한 기능성 한천당류의 유효성분이 3,6-안하이드로-L-갈락토오스라는 것을 밝히고, 미백 기능성을 나타내는 분자생물학적 작용 기전 및 인체 미백 효능에 대해 연구하였다. 먼저 한천당류의 미백유효성분을 확인하기 위하여 중합도가 2~7인 아가로 올리고당과 단당인 3,6-안하이드로-L-갈락토오스의 멜라닌 색소 억제 효능을 비교하였다. 3,6-안하이드로-L-갈락토오스와 3,6-안하이드로-L-갈락토오스가 중합도가 2, 4, 6인 네오아가로올리고당이 마우스 흑색종 세포주 (B16F10)와 사람 유래 멜라닌 형성 세포 (Human epidermal melanocytes, HEMs)에서 멜라닌 세포자극 호르몬 (-MSH)에 의해 유도된 멜라닌 색소 형성을 억제하였고, 중합도가 3, 5, 7인 아가로올리고당은 멜라닌 색소 억제 효능을 보이지 않았다. 가장 작은 구성 단위인 3,6-안하이드로-L-갈락토오스가 가장 우수한 멜라닌 색소 형성 억제능을 보였을 뿐만 아니라, 3,6-안하이드로-L-갈락토오스가 환원당에 위치한 네오아가로올리고당만 멜라닌 색소 억제효능을 보였기 때문에 한천 유래 올리고당의 미백 효능은 3,6-안하이드로-L-갈락토오스로부터 유래된 것으로 생각된다. 다음으로, 한천당의 분자생물학적 작용 기전 및 인체 피부 모델에서의 미백 효능을 밝히기 위하여 한천당류의 유효성분인 3,6-안하이드로-L-갈락토오스에 초점을 맞추어 연구를 진행하였다. 3,6-안하이드로-L-갈락토오스는 사람 유래 멜라닌 형성 세포 (Human epidermal melanocytes, HEMs)에서 멜라닌 세포자극 호르몬 (-MSH)에 의해 유도된 뛰어난 멜라닌 색소 형성 억제 효능을 보였다. 3,6-안하이드로-L-갈락토오스는 이전 선행연구보다 좀 더 낮은 농도에서 마우스 흑색종 세포주 (B16F10)와 과색소침착 세포주 모델인 마우스 멜라닌 세포주 (Melan-a)에서도 멜라닌 색소 생성 억제 효능을 보임을 확인하였다. 3,6-안하이드로-L-갈락토오스는 멜라닌 색소 형성 활성 멜라닌 색소형성 관련 효소인 tyrosinase와 tyrosinase-related potein-1 (TRP-1), tyrosinase-related potein-2 (TRP-2)의 발현을 억제하였으나, tyrosinase의 활성에는 영향을 미치지 않았다. 또한 3,6-안하이드로-L-갈락토오스는 멜라닌 색소 형성 관련 전사인자인 Micro-phthalmia-associated transcription factor (MITF)의 발현과 cAMP response element-binding (CREB)의 멜라닌세포자극호르몬에 의한 활성화를 억제하였으며, 이는 PKA, p38, JNK, ERK 및 Akt신호전달인산화효소 체계의 저해를 통해 이루어지는 것을 확인하였다. 뿐만 아니라 3차원인공 피부 모델에서도 3,6-안하이드로-L-갈락토오스는 멜라닌 색소생성을 억제하는 것을 확인하였다. 이와 같은 결과를 종합해볼 때, 홍조류 유래 유효 기능성 한천으로부터 분리·정제한 3,6-안하이드로-L-갈락토오스는 멜라닌 형성 효소의 발현을 감소시키고 관련 신호전달과정을 억제함으로써 멜라닌 생성을 억제하며, 피부의 색소침착을 억제하고 미백효능을 나타내는데 탁월한 효과를 나타냄을 알 수 있다. 이러한 3,6-안하이드로-L-갈락토오스의 멜라닌 색소 억제 효능은 홍조류의 화장품 활용에 크게 기여할 것이라 생각된다.
다양한 해양자원 중에 해조류는 피부 건강 기능성을 지니는 유용한 생리활성물질이 풍부한 자원으로 여겨져 왔다. 해조류 유래 기능성 소재는 항산화, 항염증, 항노화, 미백과 같은 다양한 피부 건강 기능성을 가지는 것으로 보고되어 왔으며 이는 해조류 유래 당류에 의한 것으로 알려졌다. 특히, 갈조류 유래 황화 다당인 푸코이단과 홍조류 유래 황화다당인 카라기난에 대한 연구가 많이 보고 되어 있다. 그러나 홍조류의 또 다른 대표적인 다당인 한천은 산업적으로 많이 활용하고 있음에도 불구하고, 피부 건강 기능성에 대한 연구가 많이 보고되어 있지 않다. 대신 고분자인 한천으로부터 화학적 및 효소적 가수분해 방법을 통해 생산된 한천 유래 당류인 아가로올리고당이 최근 관심을 받고 있다. 아가로올리고당은 D-글루코오스와 3,6-안하이드로 갈락토오즈가 2~10개 결합한 중합체이다. 최근에 아가로올리고당은 항산화, 항염증, 항피부암과 같은 피부 건강 기능성을 나타낸다고 보고되었다. 미백기능성과 관련한 연구에서는, 단당인 3,6-안하이드로-L-갈락토오스와 몇몇 아가로올리고당이 마우스 흑색종 세포주 (B16F10)에서 멜라닌 색소 생성 억제효능을 나타낸다고 알려져 있다. 그러나, 한천 유래 당류의 각각 개별적인 연구만 보고되었을 뿐만 아니라 이들의 분자생물학적 작용기전 및 인체피부모델에서의 미백효능에 관하여 연구 보고된 바가 없다. 따라서, 본 연구에서는 홍조류 유래 한천으로부터 분리·정제한 기능성 한천당류의 유효성분이 3,6-안하이드로-L-갈락토오스라는 것을 밝히고, 미백 기능성을 나타내는 분자생물학적 작용 기전 및 인체 미백 효능에 대해 연구하였다. 먼저 한천당류의 미백유효성분을 확인하기 위하여 중합도가 2~7인 아가로 올리고당과 단당인 3,6-안하이드로-L-갈락토오스의 멜라닌 색소 억제 효능을 비교하였다. 3,6-안하이드로-L-갈락토오스와 3,6-안하이드로-L-갈락토오스가 중합도가 2, 4, 6인 네오아가로올리고당이 마우스 흑색종 세포주 (B16F10)와 사람 유래 멜라닌 형성 세포 (Human epidermal melanocytes, HEMs)에서 멜라닌 세포자극 호르몬 (-MSH)에 의해 유도된 멜라닌 색소 형성을 억제하였고, 중합도가 3, 5, 7인 아가로올리고당은 멜라닌 색소 억제 효능을 보이지 않았다. 가장 작은 구성 단위인 3,6-안하이드로-L-갈락토오스가 가장 우수한 멜라닌 색소 형성 억제능을 보였을 뿐만 아니라, 3,6-안하이드로-L-갈락토오스가 환원당에 위치한 네오아가로올리고당만 멜라닌 색소 억제효능을 보였기 때문에 한천 유래 올리고당의 미백 효능은 3,6-안하이드로-L-갈락토오스로부터 유래된 것으로 생각된다. 다음으로, 한천당의 분자생물학적 작용 기전 및 인체 피부 모델에서의 미백 효능을 밝히기 위하여 한천당류의 유효성분인 3,6-안하이드로-L-갈락토오스에 초점을 맞추어 연구를 진행하였다. 3,6-안하이드로-L-갈락토오스는 사람 유래 멜라닌 형성 세포 (Human epidermal melanocytes, HEMs)에서 멜라닌 세포자극 호르몬 (-MSH)에 의해 유도된 뛰어난 멜라닌 색소 형성 억제 효능을 보였다. 3,6-안하이드로-L-갈락토오스는 이전 선행연구보다 좀 더 낮은 농도에서 마우스 흑색종 세포주 (B16F10)와 과색소침착 세포주 모델인 마우스 멜라닌 세포주 (Melan-a)에서도 멜라닌 색소 생성 억제 효능을 보임을 확인하였다. 3,6-안하이드로-L-갈락토오스는 멜라닌 색소 형성 활성 멜라닌 색소형성 관련 효소인 tyrosinase와 tyrosinase-related potein-1 (TRP-1), tyrosinase-related potein-2 (TRP-2)의 발현을 억제하였으나, tyrosinase의 활성에는 영향을 미치지 않았다. 또한 3,6-안하이드로-L-갈락토오스는 멜라닌 색소 형성 관련 전사인자인 Micro-phthalmia-associated transcription factor (MITF)의 발현과 cAMP response element-binding (CREB)의 멜라닌세포자극호르몬에 의한 활성화를 억제하였으며, 이는 PKA, p38, JNK, ERK 및 Akt 신호전달 인산화효소 체계의 저해를 통해 이루어지는 것을 확인하였다. 뿐만 아니라 3차원 인공 피부 모델에서도 3,6-안하이드로-L-갈락토오스는 멜라닌 색소생성을 억제하는 것을 확인하였다. 이와 같은 결과를 종합해볼 때, 홍조류 유래 유효 기능성 한천으로부터 분리·정제한 3,6-안하이드로-L-갈락토오스는 멜라닌 형성 효소의 발현을 감소시키고 관련 신호전달과정을 억제함으로써 멜라닌 생성을 억제하며, 피부의 색소침착을 억제하고 미백효능을 나타내는데 탁월한 효과를 나타냄을 알 수 있다. 이러한 3,6-안하이드로-L-갈락토오스의 멜라닌 색소 억제 효능은 홍조류의 화장품 활용에 크게 기여할 것이라 생각된다.
Among various marine resources, marine algae has been regarded as abundant sources of useful bioactive compounds with skin health benefits. Functional substances derived from marine algae have been reported to have extensive skin health benefits such as anti-oxidant, anti-inflammatory, anti-aging an...
Among various marine resources, marine algae has been regarded as abundant sources of useful bioactive compounds with skin health benefits. Functional substances derived from marine algae have been reported to have extensive skin health benefits such as anti-oxidant, anti-inflammatory, anti-aging and skin-whitening, which are known to be caused by marine algae-derived saccharides (carbohydrates). In particular, numerous studies have been reported on fucoidan, a sulfated polysaccharide derived from brown algae, and carrageenan, a sulfated polysaccharide derived from red algae. Although agar is another polysaccharide of red algae, however, its biological activity has less studied. Instead of agar, considerable attention has focused on agar-derived saccharides produced by chemical and enzymatic hydrolysis methods. Agarooligosaccharides (AOSs) are small numbered polymer with degree of polymerization (DP) 2 to 10 which composed of 3,6-anhyto-L-galactose (L-AHG) and D-galactose. Recently, several oligosaccharides with various DPs have been reported to exhibit several biological activities such as anti-oxidation, anti-inflammation and anti-skin cancer. Studies on melanogenesis have shown that L-AHG and some AOSs inhibited -MSH-induced melanin production in murine melanoma B16F10 cells. However, their studies have been conducted individually, and their biological action in human and detailed molecular mechanisms remain to be unknown. However, not only individual studies of agar-derived saccharides have been reported, but their molecular mechanism and whitening efficacy in human skin models have not been reported. Therefore, the present study revealed that the active ingredient of agar-derived saccharides was L-AHG and its underlying molecular mechanism in in vitro and in vivo human skin model. To identify active ingredient of agar-derived saccharides, comparison study was conducted by evaluating the anti-melanogenic activity of L-AHG and L-AHG-containing oligosaccharides from DP 2 to 7. L-AHG and L-AHG containing oligosaccharides from DP 2, 4 and 6 inhibited -MSH-induced melanogenesis in human epidermal melanocytes (HEMs) and B16F10 melanoma cells. However, AOSs from DP3, 5 and 7 did not show anti-melanogenic activity at the same concentration. As the smallest component unit of agar-derived saccharides, L-AHG exhibited the most profound effect on melanin production, neoagaroligosaccharides, which have L-AHG at non-reducing end, showed the anti-melanogenic effects. Based on these results, skin whitening potential of the agar-derived oligosaccharide is believed to be derived from L-AHG. Next, further investigations has been focused on the detailed molecular mechanisms and anti-melanogenic effects of L-AHG in in vitro and in vivo human skin models. Although L-AHG did not inhibit tyrosinase activity in vitro and ex vivo, L-AHG effectively suppressed -MSH-induced tyrosinase expression at non-cytotoxic concentration. In addition, other melanogenic proteins expression including tyrosinase related protein-1 (TRP-1) and tyrosinase related protein-2 (TRP-2) was also dose-dependently inhibited by L-AHG treatment. Western blot data also revealed that L-AHG inhibited -MSH-induced microphthalmia-associated transcription factor (MITF) expression and subsequently attenuated -MSH-induced activation of PKA/MAPK/Akt signal pathways. Topical application of L-AHG significantly attenuated melanin production in a 3D pigmented human skin model. Collectively, these results indicate that L-AHG is the most abundant and bioactive sugar derived from red macroalgae for anti-melanogenesis. These biological effect of L-AHG is mainly achieved by targeting PKA/MAPK/Akt signaling pathways. These results provides for the first time a molecular basis for the anti-melanogenic efficacy of L-AHG.
Among various marine resources, marine algae has been regarded as abundant sources of useful bioactive compounds with skin health benefits. Functional substances derived from marine algae have been reported to have extensive skin health benefits such as anti-oxidant, anti-inflammatory, anti-aging and skin-whitening, which are known to be caused by marine algae-derived saccharides (carbohydrates). In particular, numerous studies have been reported on fucoidan, a sulfated polysaccharide derived from brown algae, and carrageenan, a sulfated polysaccharide derived from red algae. Although agar is another polysaccharide of red algae, however, its biological activity has less studied. Instead of agar, considerable attention has focused on agar-derived saccharides produced by chemical and enzymatic hydrolysis methods. Agarooligosaccharides (AOSs) are small numbered polymer with degree of polymerization (DP) 2 to 10 which composed of 3,6-anhyto-L-galactose (L-AHG) and D-galactose. Recently, several oligosaccharides with various DPs have been reported to exhibit several biological activities such as anti-oxidation, anti-inflammation and anti-skin cancer. Studies on melanogenesis have shown that L-AHG and some AOSs inhibited -MSH-induced melanin production in murine melanoma B16F10 cells. However, their studies have been conducted individually, and their biological action in human and detailed molecular mechanisms remain to be unknown. However, not only individual studies of agar-derived saccharides have been reported, but their molecular mechanism and whitening efficacy in human skin models have not been reported. Therefore, the present study revealed that the active ingredient of agar-derived saccharides was L-AHG and its underlying molecular mechanism in in vitro and in vivo human skin model. To identify active ingredient of agar-derived saccharides, comparison study was conducted by evaluating the anti-melanogenic activity of L-AHG and L-AHG-containing oligosaccharides from DP 2 to 7. L-AHG and L-AHG containing oligosaccharides from DP 2, 4 and 6 inhibited -MSH-induced melanogenesis in human epidermal melanocytes (HEMs) and B16F10 melanoma cells. However, AOSs from DP3, 5 and 7 did not show anti-melanogenic activity at the same concentration. As the smallest component unit of agar-derived saccharides, L-AHG exhibited the most profound effect on melanin production, neoagaroligosaccharides, which have L-AHG at non-reducing end, showed the anti-melanogenic effects. Based on these results, skin whitening potential of the agar-derived oligosaccharide is believed to be derived from L-AHG. Next, further investigations has been focused on the detailed molecular mechanisms and anti-melanogenic effects of L-AHG in in vitro and in vivo human skin models. Although L-AHG did not inhibit tyrosinase activity in vitro and ex vivo, L-AHG effectively suppressed -MSH-induced tyrosinase expression at non-cytotoxic concentration. In addition, other melanogenic proteins expression including tyrosinase related protein-1 (TRP-1) and tyrosinase related protein-2 (TRP-2) was also dose-dependently inhibited by L-AHG treatment. Western blot data also revealed that L-AHG inhibited -MSH-induced microphthalmia-associated transcription factor (MITF) expression and subsequently attenuated -MSH-induced activation of PKA/MAPK/Akt signal pathways. Topical application of L-AHG significantly attenuated melanin production in a 3D pigmented human skin model. Collectively, these results indicate that L-AHG is the most abundant and bioactive sugar derived from red macroalgae for anti-melanogenesis. These biological effect of L-AHG is mainly achieved by targeting PKA/MAPK/Akt signaling pathways. These results provides for the first time a molecular basis for the anti-melanogenic efficacy of L-AHG.
Keyword
#Red macroalgae sugar 3 6-anhydro-L-galactose a-melanocyte-stimulating hormone melanogenesis human skin model
학위논문 정보
저자
김지혜
학위수여기관
경북대학교 대학원
학위구분
국내박사
학과
식품공학부
지도교수
강남주
발행연도
2016
총페이지
xiii, 149p.
키워드
Red macroalgae sugar 3 6-anhydro-L-galactose a-melanocyte-stimulating hormone melanogenesis human skin model
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