Study on phenolic compounds and novel peptides inhibiting UVB- and PM10-induced MMP1 expression and melanogenesis in skin cells : 피부세포에서 자외선과 미세먼지로 유도된 MMP1 발현과 멜라닌 생성을 억제하는 신규 펩타이드 및 페놀 화합물의 발굴 연구원문보기
우리나라 기능성화장품은 자외선 차단, 주름개선, 미백제품을 포함한다. 따라서 이러한 기능성화장품의 유효성분을 발굴하기 위한 연구들이 활발히 진행되고 있다. 자외선은 주름, 처짐, 거칠어짐, 피부톤의 어두움 등으로 나타나는 피부노화를 야기시킨다. 다양한 MMP 중 MMP1은 콜라겐 분해를 통한 자외선B의 피부 노화에 중요한 역할을 한다. 미세먼지는 피부에 침투하여 아토피 성 ...
우리나라 기능성화장품은 자외선 차단, 주름개선, 미백제품을 포함한다. 따라서 이러한 기능성화장품의 유효성분을 발굴하기 위한 연구들이 활발히 진행되고 있다. 자외선은 주름, 처짐, 거칠어짐, 피부톤의 어두움 등으로 나타나는 피부노화를 야기시킨다. 다양한 MMP 중 MMP1은 콜라겐 분해를 통한 자외선B의 피부 노화에 중요한 역할을 한다. 미세먼지는 피부에 침투하여 아토피 성 피부염, 여드름, 건선과 같은 염증성 피부 질환을 유발한다. 또한 미세먼지는 MMP의 활성 및 유전자발현을 유도한다. 이러한 기작들은 자외선과 미세먼지로부터 우리 피부를 보호하기 위한 방어 기작이지만 미관상으로 좋지 않기 때문에, 사람들은 화장품을 통해 자외선차단 및 주름 개선, 미백을 추구하고 있다. 본 연구에서는 이러한 기능성 화장품을 개발하기 위한 기초연구로써 자외선 및 미세먼지 등의 외부요인에 의한 MMP1 발현의 변화와 이에 대한 식물성 페놀화합물의 영향을 연구하고자 한다. 아울러 α-멜라닌 세포 자극 호르몬 (α-MSH)에 의해 유도한 멜라닌 생성을 억제하는 새로운 펩타이드의 발굴과 그 작용 기전에 대해 연구하고자 한다.
1. 자외선에 유도된 각질세포로부터 스트라터핀의 분비를 억제시키고 간접적으로 섬유아세포에서의 콜라게나제를 조절하는 파라쿠마릭 산에 대한 연구. 자외선에 의해 유도된 진피의 세포외 기질의 손실은 피부 광노화와 연관되어있다. 최근 연구들은 섬유아세포에서 콜라게나제 (matrix metalloproteinase 1, MMP1)의 발현을 유도하여 각질세포에서 분비 가능한 스트라티핀 (stratifin, SFN)이 피부 콜라겐 대사에 중요한 역할을 한다는 것을 입증 하였다. 본 연구에서는 자외선B를 조사한 표피 각질 형성세포에서 분비된 스트라티핀이 피부 섬유아세포로부터 콜라게나제 방출을 증가시키는지 여부와 이러한 현상이 항산화 특성을 가진 천연 페놀화합물인 파라쿠마릭산 (p-coumaric acid, p-CA)에 의해 영향을 받는지 확인하기 위해 수행되었다. 파라쿠마릭산이 없거나 존재하에 자외선B에 노출시킨 각질세포를 배양한 배지를 섬유아세포를 자극하기 위한 배지 전달 실험에 사용하였다. 세포 및 배지를 분석하여 스트라티핀 및 콜라게나제의 발현과 분비를 알아보았다. 자외선B에 노출된 각질세포에서는 스트라티핀 방출이 증가되었다. 자외선에 조사된 각질세포의 조건화 배지는 섬유아세포로부터 콜라게나제 분비를 증가시켰다. siRNA를 사용하여 스트라티핀을 억제시키면 자외선B에 조사된 각질세포의 조건화 배지가 섬유아세포를 자극하여 콜라게나제 방출을 감소시켜주고 스트라티핀을 증가시키면 각질세포의 조건화 배지가 섬유아세포를 자극하여 콜라게나제 방출을 증가시켰다. 파라쿠마릭산은 각질세포에서 자외선B에 유도된 스트라티핀의 발현을 완화시켰고 배지전달 실험에서 섬유아세포에 의한 콜라게나제 방출을 감소시켰다. 결론적으로, 파라쿠마릭산과 같은 자외선 흡수제의 사용이 피부 광조사에 관련된 자외선 유도 스트라티핀-매개 신호전달을 감소시킬 수 있음을 보여주었다.
2. 입자상 물질 PM10에 노출된 인체 표피 각질세포의 세포생존을 돕고 염증반응을 완화시키는 푸니칼라긴과 에피갈로카테킨-3-갈레이트에 대한 연구. 대기오염은 사람에게 심각한 건강상의 위험을 준다. 피부는 직접적으로 대기에 노출되며, 직경이 10 μm 미만인 공기 중의 입자상 물질 (PM10) 은 산화적 손상, 염증 및 조기 피부노화에 중요한 역할을 한다. 이 연구의 목적은 PM10에 의해 유발된 피부세포의 반응이 폴리페놀계 항산화제에 의해 약화될 수 있다는 가설을 시험하는 것이다. 배양된 인간의 표피각질 형성세포는 석류와 녹차에서 발견되는 천연 폴리페놀인 푸니칼라긴과 에피갈로카테킨-3-갈레이트 (EGCG)의 부재 또는 존재하에서 PM10에 노출되었다. 처리된 세포는 세포 생존력 및 활성산소종 (ROS) 생산 분석에 적용하였다. NADPH 산화 효소 (NOX), 염증성 사이토카인 및 matrix metalloproteinase (MMP) 1의 발현 수준은 qReal time PCR 또는 western blotting에 의해 결정 되었다. PM10 (3 ~ 100 ㎍·㎖-1) 처리한 군은 세포의 사멸과 ROS 생성을 증가시켰다. 또한 NOX1, NOX2와 DUOX2와 같은 NOX 구성원의 발현수준과 인터페론 (INF)-γ, 종양 괴사 인자-α (TNF-α), 인터루킨 (IL) 과 같은 염증성 사이토카인을 증가시켰다. mRNA와 단백질 수준에서 MMP1 발현을 증가시켰다. 푸니칼라긴 (3 ~30 μM) 과 (-)-EGCG (3~10 μM)를 세포에 처리하면 PM10에 노출된 세포의 생존율을 회복시킬 수 있었다. 푸니칼라긴과 EGCG는 ROS생산과 PM10에 의해 증가된 NOX1, NOX2, DUOX2, INF-γ, TNF-α, IL-1β, IL-6, IL-8 및 MMP1의 발현을 억제했다. 푸니칼라긴을 처리한 군은 300 μM 까지 세포 독성을 나타내지 않았으며 (-)-EGCG 자체는 30 μM 이상에서 세포 독성을 나타냈다. 이 연구는 푸니칼라긴 및 (-)-EGCG와 같은 폴리페놀계 항산화제가 피부 건강에 유익한 영향을 줄 수 있으며 세포 생존을 회복시키고 공기 중 미립자로 인한 염증 반응을 약화시킬 수 있음을 입증하였다.
3. 합성펩타이드 조합라이브러리의 위치스캐닝 positional scanning synthetic peptide combinatorial library (PS-SPCL) 을 통한 새로운 항멜라닌 헥사펩타이드의 발견. 항멜라닌 펩타이드는 피부미백제품에서의 약용화장품의 원료로써 잠재적으로 유용하다. 이 연구의 목적은 합성펩타이드 조합라이브러리의 위치스캐닝 positional scanning synthetic peptide combinatorial library (PS-SPCL)을 통한 세포의 합성펩타이드 멜라닌 저해제를 찾는 것이다. 합성 헥사펩타이드 조합라이브러리는 6개의 위치의 서브라이브러리이며, OXXXXX, XOXXXX, XXOXXX, XXXOXX, XXXXOX 및 XXXXXO로 O위치에는 시스테인을 제외한 19개의 아미노산 중 임의의 하나로 이루어져 있고, X위치에는 19 아미노산의 혼합물로 구성되어있다. 펩타이드 혼합물의 항-멜라닌 생성 효과는 α-멜라닌 세포 자극 호르몬 (α-MSH)으로 자극된 마우스 흑색종세포 (B16-F10)에서 평가하였다. 위치 스캐닝 (positional scanning)을 통해 활성 헥사 펩타이드 서열 (F/I)-(N/S)-(D/H/N)-(H/N)-L-(G/F)-NH2을 찾았다. 분석된 헥사펩타이드 중, 헥사펩타이드 B6 (FSHHLG-NH2)는 가장 강한 활성을 나타내었다. 이 펩타이드는 α-MSH, forskolin 또는 L-tyrosine으로 자극된 흑색종세포 및 인간표피 멜라닌세포에서 멜라닌 합성을 약화시켰다. 따라서 본 연구에서는 피부 색소 침착을 조절하는 새로운 항멜라닌 헥사 펩타이드를 발굴하였다.
결론적으로, 본 연구에서는 기능성 화장품을 개발하기 위한 기초연구로써 각질형성세포에서 자외선에 의한 스트라터핀의 분비가 섬유아세포의 콜라게나제의 분비를 증가시키는 중요한 요인임을 밝히고 자외선을 흡수하는 페놀성 화합물의 하나인 파라-쿠마릭산이 콜라겐 손실로 이어지는 스트라터핀 매개 신호전달을 억제시킴을 밝혔다. 미세먼지에 노출된 각질세포에서는 NOX1, NOX2, DUOX2가 증가하고 ROS와 다양한 염증성 사이토카인이 증가되며 콜라게나제의 분비가 증가됨을 밝혔다. 푸니칼라긴과 (-)-EGCG등의 폴리페놀계의 항산화물질이 공기 중 미립자로 인한 세포생존을 도와주고 염증반응을 감소시켜 피부노화를 억제시킬 수 있음을 증명하였다. 마지막으로, 피부 색소침착을 조절하는데 유용한 새로운 항멜라닌 헥사펩타이드 B6 (FSHHLG-NH2)를 발견하여 미백제로써 가능성을 밝혔다. 후속 연구에는 이러한 페놀 화합물과 펩타이드를 함유한 화장품 제형의 인체피부에서 안전성과 효능에 대한 시험이 필요할 것으로 사료된다.
우리나라 기능성화장품은 자외선 차단, 주름개선, 미백제품을 포함한다. 따라서 이러한 기능성화장품의 유효성분을 발굴하기 위한 연구들이 활발히 진행되고 있다. 자외선은 주름, 처짐, 거칠어짐, 피부톤의 어두움 등으로 나타나는 피부노화를 야기시킨다. 다양한 MMP 중 MMP1은 콜라겐 분해를 통한 자외선B의 피부 노화에 중요한 역할을 한다. 미세먼지는 피부에 침투하여 아토피 성 피부염, 여드름, 건선과 같은 염증성 피부 질환을 유발한다. 또한 미세먼지는 MMP의 활성 및 유전자발현을 유도한다. 이러한 기작들은 자외선과 미세먼지로부터 우리 피부를 보호하기 위한 방어 기작이지만 미관상으로 좋지 않기 때문에, 사람들은 화장품을 통해 자외선차단 및 주름 개선, 미백을 추구하고 있다. 본 연구에서는 이러한 기능성 화장품을 개발하기 위한 기초연구로써 자외선 및 미세먼지 등의 외부요인에 의한 MMP1 발현의 변화와 이에 대한 식물성 페놀화합물의 영향을 연구하고자 한다. 아울러 α-멜라닌 세포 자극 호르몬 (α-MSH)에 의해 유도한 멜라닌 생성을 억제하는 새로운 펩타이드의 발굴과 그 작용 기전에 대해 연구하고자 한다.
1. 자외선에 유도된 각질세포로부터 스트라터핀의 분비를 억제시키고 간접적으로 섬유아세포에서의 콜라게나제를 조절하는 파라쿠마릭 산에 대한 연구. 자외선에 의해 유도된 진피의 세포외 기질의 손실은 피부 광노화와 연관되어있다. 최근 연구들은 섬유아세포에서 콜라게나제 (matrix metalloproteinase 1, MMP1)의 발현을 유도하여 각질세포에서 분비 가능한 스트라티핀 (stratifin, SFN)이 피부 콜라겐 대사에 중요한 역할을 한다는 것을 입증 하였다. 본 연구에서는 자외선B를 조사한 표피 각질 형성세포에서 분비된 스트라티핀이 피부 섬유아세포로부터 콜라게나제 방출을 증가시키는지 여부와 이러한 현상이 항산화 특성을 가진 천연 페놀화합물인 파라쿠마릭산 (p-coumaric acid, p-CA)에 의해 영향을 받는지 확인하기 위해 수행되었다. 파라쿠마릭산이 없거나 존재하에 자외선B에 노출시킨 각질세포를 배양한 배지를 섬유아세포를 자극하기 위한 배지 전달 실험에 사용하였다. 세포 및 배지를 분석하여 스트라티핀 및 콜라게나제의 발현과 분비를 알아보았다. 자외선B에 노출된 각질세포에서는 스트라티핀 방출이 증가되었다. 자외선에 조사된 각질세포의 조건화 배지는 섬유아세포로부터 콜라게나제 분비를 증가시켰다. siRNA를 사용하여 스트라티핀을 억제시키면 자외선B에 조사된 각질세포의 조건화 배지가 섬유아세포를 자극하여 콜라게나제 방출을 감소시켜주고 스트라티핀을 증가시키면 각질세포의 조건화 배지가 섬유아세포를 자극하여 콜라게나제 방출을 증가시켰다. 파라쿠마릭산은 각질세포에서 자외선B에 유도된 스트라티핀의 발현을 완화시켰고 배지전달 실험에서 섬유아세포에 의한 콜라게나제 방출을 감소시켰다. 결론적으로, 파라쿠마릭산과 같은 자외선 흡수제의 사용이 피부 광조사에 관련된 자외선 유도 스트라티핀-매개 신호전달을 감소시킬 수 있음을 보여주었다.
2. 입자상 물질 PM10에 노출된 인체 표피 각질세포의 세포생존을 돕고 염증반응을 완화시키는 푸니칼라긴과 에피갈로카테킨-3-갈레이트에 대한 연구. 대기오염은 사람에게 심각한 건강상의 위험을 준다. 피부는 직접적으로 대기에 노출되며, 직경이 10 μm 미만인 공기 중의 입자상 물질 (PM10) 은 산화적 손상, 염증 및 조기 피부노화에 중요한 역할을 한다. 이 연구의 목적은 PM10에 의해 유발된 피부세포의 반응이 폴리페놀계 항산화제에 의해 약화될 수 있다는 가설을 시험하는 것이다. 배양된 인간의 표피각질 형성세포는 석류와 녹차에서 발견되는 천연 폴리페놀인 푸니칼라긴과 에피갈로카테킨-3-갈레이트 (EGCG)의 부재 또는 존재하에서 PM10에 노출되었다. 처리된 세포는 세포 생존력 및 활성산소종 (ROS) 생산 분석에 적용하였다. NADPH 산화 효소 (NOX), 염증성 사이토카인 및 matrix metalloproteinase (MMP) 1의 발현 수준은 qReal time PCR 또는 western blotting에 의해 결정 되었다. PM10 (3 ~ 100 ㎍·㎖-1) 처리한 군은 세포의 사멸과 ROS 생성을 증가시켰다. 또한 NOX1, NOX2와 DUOX2와 같은 NOX 구성원의 발현수준과 인터페론 (INF)-γ, 종양 괴사 인자-α (TNF-α), 인터루킨 (IL) 과 같은 염증성 사이토카인을 증가시켰다. mRNA와 단백질 수준에서 MMP1 발현을 증가시켰다. 푸니칼라긴 (3 ~30 μM) 과 (-)-EGCG (3~10 μM)를 세포에 처리하면 PM10에 노출된 세포의 생존율을 회복시킬 수 있었다. 푸니칼라긴과 EGCG는 ROS생산과 PM10에 의해 증가된 NOX1, NOX2, DUOX2, INF-γ, TNF-α, IL-1β, IL-6, IL-8 및 MMP1의 발현을 억제했다. 푸니칼라긴을 처리한 군은 300 μM 까지 세포 독성을 나타내지 않았으며 (-)-EGCG 자체는 30 μM 이상에서 세포 독성을 나타냈다. 이 연구는 푸니칼라긴 및 (-)-EGCG와 같은 폴리페놀계 항산화제가 피부 건강에 유익한 영향을 줄 수 있으며 세포 생존을 회복시키고 공기 중 미립자로 인한 염증 반응을 약화시킬 수 있음을 입증하였다.
3. 합성펩타이드 조합라이브러리의 위치스캐닝 positional scanning synthetic peptide combinatorial library (PS-SPCL) 을 통한 새로운 항멜라닌 헥사펩타이드의 발견. 항멜라닌 펩타이드는 피부미백제품에서의 약용화장품의 원료로써 잠재적으로 유용하다. 이 연구의 목적은 합성펩타이드 조합라이브러리의 위치스캐닝 positional scanning synthetic peptide combinatorial library (PS-SPCL)을 통한 세포의 합성펩타이드 멜라닌 저해제를 찾는 것이다. 합성 헥사펩타이드 조합라이브러리는 6개의 위치의 서브라이브러리이며, OXXXXX, XOXXXX, XXOXXX, XXXOXX, XXXXOX 및 XXXXXO로 O위치에는 시스테인을 제외한 19개의 아미노산 중 임의의 하나로 이루어져 있고, X위치에는 19 아미노산의 혼합물로 구성되어있다. 펩타이드 혼합물의 항-멜라닌 생성 효과는 α-멜라닌 세포 자극 호르몬 (α-MSH)으로 자극된 마우스 흑색종세포 (B16-F10)에서 평가하였다. 위치 스캐닝 (positional scanning)을 통해 활성 헥사 펩타이드 서열 (F/I)-(N/S)-(D/H/N)-(H/N)-L-(G/F)-NH2을 찾았다. 분석된 헥사펩타이드 중, 헥사펩타이드 B6 (FSHHLG-NH2)는 가장 강한 활성을 나타내었다. 이 펩타이드는 α-MSH, forskolin 또는 L-tyrosine으로 자극된 흑색종세포 및 인간표피 멜라닌세포에서 멜라닌 합성을 약화시켰다. 따라서 본 연구에서는 피부 색소 침착을 조절하는 새로운 항멜라닌 헥사 펩타이드를 발굴하였다.
결론적으로, 본 연구에서는 기능성 화장품을 개발하기 위한 기초연구로써 각질형성세포에서 자외선에 의한 스트라터핀의 분비가 섬유아세포의 콜라게나제의 분비를 증가시키는 중요한 요인임을 밝히고 자외선을 흡수하는 페놀성 화합물의 하나인 파라-쿠마릭산이 콜라겐 손실로 이어지는 스트라터핀 매개 신호전달을 억제시킴을 밝혔다. 미세먼지에 노출된 각질세포에서는 NOX1, NOX2, DUOX2가 증가하고 ROS와 다양한 염증성 사이토카인이 증가되며 콜라게나제의 분비가 증가됨을 밝혔다. 푸니칼라긴과 (-)-EGCG등의 폴리페놀계의 항산화물질이 공기 중 미립자로 인한 세포생존을 도와주고 염증반응을 감소시켜 피부노화를 억제시킬 수 있음을 증명하였다. 마지막으로, 피부 색소침착을 조절하는데 유용한 새로운 항멜라닌 헥사펩타이드 B6 (FSHHLG-NH2)를 발견하여 미백제로써 가능성을 밝혔다. 후속 연구에는 이러한 페놀 화합물과 펩타이드를 함유한 화장품 제형의 인체피부에서 안전성과 효능에 대한 시험이 필요할 것으로 사료된다.
(Abstract) Ultraviolet (UV) radiation causes skin aging, which is characterized by wrinkles, laxity, roughness, and loss of skin tone. PM10 penetrates the skin and causes inflammatory skin diseases such as atopic dermatitis, acne and psoriasis. Matrix metalloproteinases (MMPs) are the important ...
(Abstract) Ultraviolet (UV) radiation causes skin aging, which is characterized by wrinkles, laxity, roughness, and loss of skin tone. PM10 penetrates the skin and causes inflammatory skin diseases such as atopic dermatitis, acne and psoriasis. Matrix metalloproteinases (MMPs) are the important players in UVB-induced skin aging via collagen degradation. UV and PM10 induce the gene expression of melanogenic enzymes and/or MMPs. Cosmeceuticals in Republic of Korea represent blocking ultraviolet (UV) radiation, skin whitening and improving wrinkles. So there has been doing research for cosmeceutical ingredients actively. This study as initial state of cosmeceuticals development is to examine whether phenolic compounds attenuate MMP1 expression/release induced by UVB and PM10. Also, the purpose of this study is to identify novel peptide inhibitors of cellular melanogenesis induced α-melanocyte-stimulating hormone (α-MSH).
1. P-COUMARIC ACID ATTENUATES UVB-INDUCED RELEASE OF STRATIFIN FROM KERATINOCYTES AND INDIRECTLY REGULATES MATRIX METALLOPROTEINASE 1 RELEASE FROM FIBROBLASTS. Ultraviolet (UV) radiation-induced loss of dermal extracellular matrix is associated with skin photoaging. Recent studies demonstrated that keratinocyte-releasable stratifin (SFN) plays a critical role in skin collagen metabolism by inducing matrix metalloproteinase 1 (MMP1) expression in target fibroblasts. This study is to examine whether SFN released from UVB-irradiated epidermal keratinocytes increases MMP1 release from dermal fibroblasts, and whether these events are affected by p-coumaric acid (p-CA), a natural phenolic compound with UVB-shielding and antioxidant properties. HaCaT cells were exposed to UVB in the absence and presence of p-CA, and the conditioned medium was used to stimulate fibroblasts in medium transfer experiments. The cells and media were analyzed to determine the expressions/releases of SFN and MMP1. UVB exposure increased SFN release from keratinocytes into the medium. The conditioned medium of UVB-irradiated keratinocytes increased MMP1 release from fibroblasts. The depletion of SFN using a siRNA rendered the conditioned medium of UVB-irradiated keratinocytes ineffective at stimulating fibroblasts to release MMP1. p-CA mitigated UVB-induced SFN expression in keratinocytes, and attenuated the MMP1 release by fibroblasts in medium transfer experiments. In conclusion, the present study demonstrated that the use of UV absorbers such as p-CA would reduce UV-induced SFN-centered signaling events involved in skin photoaging.
2. PUNICALAGIN AND (-)-EPIGALLOCATECHIN 3-GALLATE RESCUE THE CELL VIABILITY AND ATTENUATE INFLAMMATORY RESPONSES OF HUMAN EPIDERMAL KERATINOCYTES EXPOSED TO AIRBORNE PARTICULATE MATTER PM10. Air pollution has become a major health risk to humans. The skin is directly exposed to atmosphere, and airborne particulate matter with a diameter of <10 µm (PM10) is an important contributor to oxidative damage, inflammation, and premature skin aging. The purpose of this study is to test a hypothesis that PM10-induced skin cell responses may be attenuated by polyphenolic antioxidants. Cultured human epidermal keratinocytes were exposed to PM10 in the absence or presence of punicalagin and (-)-epigallocatechin-3-gallate (EGCG), which are natural polyphenols found in pomegranate and green tea, respectively. The treated cells were subjected to assays for viability and reactive oxygen species (ROS) production. Expression levels of NADPH oxidases (NOX), pro-inflammatory cytokines and matrix metalloproteinase (MMP) 1 were determined by quantitative real time-polymerase chain reaction or Western blotting. PM10 treatment (3 ~ 100 μg mL-1) increased cell death and ROS production in dose-dependent manners. It also increased the expression levels of NOX members such as NOX1, NOX2 and dual oxidase (DUOX) 2, and pro-inflammatory cytokines such as interferon (INF)-γ, tumor necrosis factor (TNF) -α, interleukin (IL)-1β, IL-6 and IL-8. It also increased MMP1 expression at the mRNA and protein levels. Treatment of cells with punicalagin (3 ~ 30 μM) and (-)-EGCG (3 ~ 10 μM) at non-toxic concentrations rescued the viability of the cells exposed to PM10 (100 μg mL-1). They also suppressed ROS production, and the expression of the NOX1, NOX2, DUOX2, INF-γ, TNF-α, IL-1β, IL-6, IL-8 and MMP1 stimulated by PM10. Punicalagin alone did not show cytotoxicity up to 300 μM and (-)-EGCG itself showed cytotoxicity above 30μM. This study demonstrates that polyphenolic antioxidants, such as punicalagin and (-)-EGCG, can have beneficial effects to the skin health, rescuing the cell viability and attenuating inflammatory responses due to airborne particulates.
3. IDENTIFICATION OF NOVEL ANTI-MELANOGENIC HEXAPEPTIDES VIA POSITIONAL SCANNING OF A SYNTHETIC PEPTIDE COMBINATORIAL LIBRARY. Anti-melanogenic peptides are potentially useful as cosmeceutical ingredients in skin whitening agents. The purpose of this study is to identify peptide inhibitors of cellular melanogenesis through positional scanning of a synthetic peptide combinatorial library (PS-SPCL). A synthetic hexapeptide combinatorial library consisted of 6 positional sub-libraries, namely OXXXXX, XOXXXX, XXOXXX, XXXOXX, XXXXOX, and XXXXXO, where O positions are any one of the 19 amino acids excluding cysteine, and other X positions are equimolar mixtures of the 19 amino acids. The anti-melanogenic effects of peptide mixtures were evaluated in murine melanoma B16-F10 cells stimulated with α-melanocyte-stimulating hormone (α-MSH) to identify the sequence of anti-melanogenic hexapeptides. PS-SPCL identified the active hexapeptide sequences as (F/I)(N/S)(D/H/N)(H/N)L(G/F)-NH2. Of the hexapeptide mixtures and individual hexapeptides evaluated, the strongest anti-melanogenic activity was seen with hexapeptide B6 (FSHHLG-NH2). Hexapeptide B6 decreased melanin content and levels of melanogenic enzymes in B16-F10 cells stimulated with α-MSH. Additionally, it decreased melanin content in human epidermal melanocytes stimulated with L-tyrosine and α-MSH. The present study identified novel anti-melanogenic hexapeptides that might be useful for controlling skin pigmentation.
In conclusion, SFN secretion which is caused by UVB in keatinocytes is the key factor which stimulates the realease of MMP1 from fibroblasts. The use of UV absorbers such as p-CA would be a promising strategy to reduce UV-induced skin damage and SFN-centered signaling events leading to dermal collagen loss, involved in skin photoaging. NOX1, NOX2 and DUOX2 were increased in keratinocytes exposed to PM10, and PM10 caused the release of various inflammatory cytokines and increasing collagenase. Punicalagin and (-)-EGCG rescued the cell viability and attenuated inflammatory responses of human epidermal keratinocytes exposed to airborne PM10, supporting their skin anti-aging effects. Also, FSHHLG-NH2 peptide was discovered as potential skin whitening agents. Further studies are required to evaluate the safety and efficacy of cosmetic formulations containing these phenolic compounds and peptides on human skin.
(Abstract) Ultraviolet (UV) radiation causes skin aging, which is characterized by wrinkles, laxity, roughness, and loss of skin tone. PM10 penetrates the skin and causes inflammatory skin diseases such as atopic dermatitis, acne and psoriasis. Matrix metalloproteinases (MMPs) are the important players in UVB-induced skin aging via collagen degradation. UV and PM10 induce the gene expression of melanogenic enzymes and/or MMPs. Cosmeceuticals in Republic of Korea represent blocking ultraviolet (UV) radiation, skin whitening and improving wrinkles. So there has been doing research for cosmeceutical ingredients actively. This study as initial state of cosmeceuticals development is to examine whether phenolic compounds attenuate MMP1 expression/release induced by UVB and PM10. Also, the purpose of this study is to identify novel peptide inhibitors of cellular melanogenesis induced α-melanocyte-stimulating hormone (α-MSH).
1. P-COUMARIC ACID ATTENUATES UVB-INDUCED RELEASE OF STRATIFIN FROM KERATINOCYTES AND INDIRECTLY REGULATES MATRIX METALLOPROTEINASE 1 RELEASE FROM FIBROBLASTS. Ultraviolet (UV) radiation-induced loss of dermal extracellular matrix is associated with skin photoaging. Recent studies demonstrated that keratinocyte-releasable stratifin (SFN) plays a critical role in skin collagen metabolism by inducing matrix metalloproteinase 1 (MMP1) expression in target fibroblasts. This study is to examine whether SFN released from UVB-irradiated epidermal keratinocytes increases MMP1 release from dermal fibroblasts, and whether these events are affected by p-coumaric acid (p-CA), a natural phenolic compound with UVB-shielding and antioxidant properties. HaCaT cells were exposed to UVB in the absence and presence of p-CA, and the conditioned medium was used to stimulate fibroblasts in medium transfer experiments. The cells and media were analyzed to determine the expressions/releases of SFN and MMP1. UVB exposure increased SFN release from keratinocytes into the medium. The conditioned medium of UVB-irradiated keratinocytes increased MMP1 release from fibroblasts. The depletion of SFN using a siRNA rendered the conditioned medium of UVB-irradiated keratinocytes ineffective at stimulating fibroblasts to release MMP1. p-CA mitigated UVB-induced SFN expression in keratinocytes, and attenuated the MMP1 release by fibroblasts in medium transfer experiments. In conclusion, the present study demonstrated that the use of UV absorbers such as p-CA would reduce UV-induced SFN-centered signaling events involved in skin photoaging.
2. PUNICALAGIN AND (-)-EPIGALLOCATECHIN 3-GALLATE RESCUE THE CELL VIABILITY AND ATTENUATE INFLAMMATORY RESPONSES OF HUMAN EPIDERMAL KERATINOCYTES EXPOSED TO AIRBORNE PARTICULATE MATTER PM10. Air pollution has become a major health risk to humans. The skin is directly exposed to atmosphere, and airborne particulate matter with a diameter of <10 µm (PM10) is an important contributor to oxidative damage, inflammation, and premature skin aging. The purpose of this study is to test a hypothesis that PM10-induced skin cell responses may be attenuated by polyphenolic antioxidants. Cultured human epidermal keratinocytes were exposed to PM10 in the absence or presence of punicalagin and (-)-epigallocatechin-3-gallate (EGCG), which are natural polyphenols found in pomegranate and green tea, respectively. The treated cells were subjected to assays for viability and reactive oxygen species (ROS) production. Expression levels of NADPH oxidases (NOX), pro-inflammatory cytokines and matrix metalloproteinase (MMP) 1 were determined by quantitative real time-polymerase chain reaction or Western blotting. PM10 treatment (3 ~ 100 μg mL-1) increased cell death and ROS production in dose-dependent manners. It also increased the expression levels of NOX members such as NOX1, NOX2 and dual oxidase (DUOX) 2, and pro-inflammatory cytokines such as interferon (INF)-γ, tumor necrosis factor (TNF) -α, interleukin (IL)-1β, IL-6 and IL-8. It also increased MMP1 expression at the mRNA and protein levels. Treatment of cells with punicalagin (3 ~ 30 μM) and (-)-EGCG (3 ~ 10 μM) at non-toxic concentrations rescued the viability of the cells exposed to PM10 (100 μg mL-1). They also suppressed ROS production, and the expression of the NOX1, NOX2, DUOX2, INF-γ, TNF-α, IL-1β, IL-6, IL-8 and MMP1 stimulated by PM10. Punicalagin alone did not show cytotoxicity up to 300 μM and (-)-EGCG itself showed cytotoxicity above 30μM. This study demonstrates that polyphenolic antioxidants, such as punicalagin and (-)-EGCG, can have beneficial effects to the skin health, rescuing the cell viability and attenuating inflammatory responses due to airborne particulates.
3. IDENTIFICATION OF NOVEL ANTI-MELANOGENIC HEXAPEPTIDES VIA POSITIONAL SCANNING OF A SYNTHETIC PEPTIDE COMBINATORIAL LIBRARY. Anti-melanogenic peptides are potentially useful as cosmeceutical ingredients in skin whitening agents. The purpose of this study is to identify peptide inhibitors of cellular melanogenesis through positional scanning of a synthetic peptide combinatorial library (PS-SPCL). A synthetic hexapeptide combinatorial library consisted of 6 positional sub-libraries, namely OXXXXX, XOXXXX, XXOXXX, XXXOXX, XXXXOX, and XXXXXO, where O positions are any one of the 19 amino acids excluding cysteine, and other X positions are equimolar mixtures of the 19 amino acids. The anti-melanogenic effects of peptide mixtures were evaluated in murine melanoma B16-F10 cells stimulated with α-melanocyte-stimulating hormone (α-MSH) to identify the sequence of anti-melanogenic hexapeptides. PS-SPCL identified the active hexapeptide sequences as (F/I)(N/S)(D/H/N)(H/N)L(G/F)-NH2. Of the hexapeptide mixtures and individual hexapeptides evaluated, the strongest anti-melanogenic activity was seen with hexapeptide B6 (FSHHLG-NH2). Hexapeptide B6 decreased melanin content and levels of melanogenic enzymes in B16-F10 cells stimulated with α-MSH. Additionally, it decreased melanin content in human epidermal melanocytes stimulated with L-tyrosine and α-MSH. The present study identified novel anti-melanogenic hexapeptides that might be useful for controlling skin pigmentation.
In conclusion, SFN secretion which is caused by UVB in keatinocytes is the key factor which stimulates the realease of MMP1 from fibroblasts. The use of UV absorbers such as p-CA would be a promising strategy to reduce UV-induced skin damage and SFN-centered signaling events leading to dermal collagen loss, involved in skin photoaging. NOX1, NOX2 and DUOX2 were increased in keratinocytes exposed to PM10, and PM10 caused the release of various inflammatory cytokines and increasing collagenase. Punicalagin and (-)-EGCG rescued the cell viability and attenuated inflammatory responses of human epidermal keratinocytes exposed to airborne PM10, supporting their skin anti-aging effects. Also, FSHHLG-NH2 peptide was discovered as potential skin whitening agents. Further studies are required to evaluate the safety and efficacy of cosmetic formulations containing these phenolic compounds and peptides on human skin.
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