플라보노이드는 식물의 주요 2차 대사산물 중 하나로 자외선 차단, 식물의 수분을 위한 곤충 유인 등 외부환경에 적응하는데 이로운 역할을 한다. 특히 플라보노이드는 항산화 효과가 우수한 것으로 알려져 노화방지와 생활습관 질병예방에 유용한 건강기능식품소재로 각광받고 있다. 하지만 플라보노이드의 생체이용률은 매우 낮으며 이러한 플라보노이드 흡수과정에 관한 생물학적기전은 최근에 조금씩 밝혀지기 시작하고 있다. 플라보노이드의 수송기전에는 세포 내에서 일어나는 소포체 매개 수송과 세포막 및 소기관 표면 단백질에 의한 막 수송체 매개 수송이 있다. 소포체 매개 수송의 경우 cellular trafficking에 의한 일련의 소포체 유래 vesicle의 융합 반응을 거쳐 식물 세포의 경우 액포 내에 플라보노이드가 축적되거나 세포 외부로 배출된다. 표면 단백질에 의해 플라보노이드의 세포막 흡수가 일어나게 되는데 ATP를 사용한 능동수송, 막 전위를 이용한 2차 수송에 관여하는 다수의 수송체들이 관여하는 것으로 보인다. 다양한 종류의 플라보노이드가 존재하는 만큼 플라보노이드 수송체도 다양하며 어쩌면 모든 플라보노이드의 특이적 수송체를 규명하는 것은 불가능 할 지도 모른다. 하지만 식품에 다량 존재하는 주요 플라보노이드를 모델 화합물로 이용한 연구를 수행하면 이에 관련된 주요 수송체 단백질과 관련 메커니즘에 대해 깊이 이해할 수 있고 이를 통해 생체 이용률을 향상시키는 방법을 생각해 볼 수 있으며 특히 낮은 혈중 농도 조건에서도 조직 세포 내에 플라보노이드 축적을 통해 건강 기능성을 최적화하는 노력을 기울이는데 적절한 과학적 방법을 제시해 줄 수 있을 것으로 기대한다.
플라보노이드는 식물의 주요 2차 대사산물 중 하나로 자외선 차단, 식물의 수분을 위한 곤충 유인 등 외부환경에 적응하는데 이로운 역할을 한다. 특히 플라보노이드는 항산화 효과가 우수한 것으로 알려져 노화방지와 생활습관 질병예방에 유용한 건강기능식품소재로 각광받고 있다. 하지만 플라보노이드의 생체이용률은 매우 낮으며 이러한 플라보노이드 흡수과정에 관한 생물학적기전은 최근에 조금씩 밝혀지기 시작하고 있다. 플라보노이드의 수송기전에는 세포 내에서 일어나는 소포체 매개 수송과 세포막 및 소기관 표면 단백질에 의한 막 수송체 매개 수송이 있다. 소포체 매개 수송의 경우 cellular trafficking에 의한 일련의 소포체 유래 vesicle의 융합 반응을 거쳐 식물 세포의 경우 액포 내에 플라보노이드가 축적되거나 세포 외부로 배출된다. 표면 단백질에 의해 플라보노이드의 세포막 흡수가 일어나게 되는데 ATP를 사용한 능동수송, 막 전위를 이용한 2차 수송에 관여하는 다수의 수송체들이 관여하는 것으로 보인다. 다양한 종류의 플라보노이드가 존재하는 만큼 플라보노이드 수송체도 다양하며 어쩌면 모든 플라보노이드의 특이적 수송체를 규명하는 것은 불가능 할 지도 모른다. 하지만 식품에 다량 존재하는 주요 플라보노이드를 모델 화합물로 이용한 연구를 수행하면 이에 관련된 주요 수송체 단백질과 관련 메커니즘에 대해 깊이 이해할 수 있고 이를 통해 생체 이용률을 향상시키는 방법을 생각해 볼 수 있으며 특히 낮은 혈중 농도 조건에서도 조직 세포 내에 플라보노이드 축적을 통해 건강 기능성을 최적화하는 노력을 기울이는데 적절한 과학적 방법을 제시해 줄 수 있을 것으로 기대한다.
Flavonoids have various biological activities; however, their cellular uptake mechanism is beginning to be understood only recently. This review focuses on cellular flavonoids transport mechanisms in both plants and animals. In plants, flavonoids exist in various cellular compartments, providing a s...
Flavonoids have various biological activities; however, their cellular uptake mechanism is beginning to be understood only recently. This review focuses on cellular flavonoids transport mechanisms in both plants and animals. In plants, flavonoids exist in various cellular compartments, providing a specialized transport system. Newly synthesized flavonoids can be transported from the endoplasmic reticulum to the vacuoles or extracellular space via cellular trafficking pathway. Among membrane transporters, ATP binding cassette, multidrug and toxic extrusion, bilitranslocase homologue transporters play roles in both the influx and efflux of cellular flavonoids across the cell membrane. In recent years, extensive researches have provided a better understanding on the cellular flavonoid transport in mammalian cells. Bilitranslocase transports flavonoids in various tissues, including the liver, intestine and kidneys. However, other transport mechanisms are largely unknown and thus, further investigation should provide detailed mechanisms, which can potentially lead to an improved bioavailability and cellular function of flavonoids in humans.
Flavonoids have various biological activities; however, their cellular uptake mechanism is beginning to be understood only recently. This review focuses on cellular flavonoids transport mechanisms in both plants and animals. In plants, flavonoids exist in various cellular compartments, providing a specialized transport system. Newly synthesized flavonoids can be transported from the endoplasmic reticulum to the vacuoles or extracellular space via cellular trafficking pathway. Among membrane transporters, ATP binding cassette, multidrug and toxic extrusion, bilitranslocase homologue transporters play roles in both the influx and efflux of cellular flavonoids across the cell membrane. In recent years, extensive researches have provided a better understanding on the cellular flavonoid transport in mammalian cells. Bilitranslocase transports flavonoids in various tissues, including the liver, intestine and kidneys. However, other transport mechanisms are largely unknown and thus, further investigation should provide detailed mechanisms, which can potentially lead to an improved bioavailability and cellular function of flavonoids in humans.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
지금까지 식물세포에서 플라보노이드의 수송에 연관된 ABC 수송체, MATE 수송체, 빌리트랜스로케이즈 상동 유전자에 대해 살펴보았다. 다음에서는 포유류의 간 조직에 존재하는 빌리루빈 수송체인 빌리트랜스로케이즈에 의한 플라보노이드 수송에 대해 고찰해보도록 한다.
플라보노이드 수송체에 대한 이해는 생체이용률이 낮은 플라보노이드의 체내 건강효능을 설명하고 생체흡수율의 개선 및 조직 세포 내 플라보노이드 축적을 유도하는데 도움이 될 것으로 사료된다. 이번 총설에서는 비교적 많은 연구가 이루어진 식물체에서의 플라보노이드 수송 및 축적 경로에 관여하는 수송체들에 대한 연구와 최근에 연구가 이루어지고 있는 동물체 내에서의 플라보노이드 수송 기전에 대한 연구결과를 요약하고, 이들의 연관성에 대해 고찰해 보고자 한다.
제안 방법
지금까지 식물세포에서 플라보노이드의 수송에 연관된 ABC 수송체, MATE 수송체, 빌리트랜스로케이즈 상동 유전자에 대해 살펴보았다. 다음에서는 포유류의 간 조직에 존재하는 빌리루빈 수송체인 빌리트랜스로케이즈에 의한 플라보노이드 수송에 대해 고찰해보도록 한다.
성능/효과
세 번째로, 동물 세포에서 플라보노이드 수송체로 알려지고 있는 빌리트랜스로케이즈의 상동유전자가 다양한 식물세포에도 존재하는 것으로 확인 되었다. 카네이션(Dianthus caryophyllus L.
안토사이아닌이 빌리트랜스로케이즈의 기질로 작용할 수 있는지 알아보기 위해 앞서 설명한 전기생성 BSP 수송의 저해 활성을 확인한 결과 안토사이아닌 성분 20종 가운데 17종이 BSP의 경쟁적 저해제로 작용했으며 효소저해상수 Ki가 1.4-22 µM의 범위로 낮은 농도에서도 효과적으로 흡수될 수 있음을 시사하였다(29).
4-22 µM의 범위로 낮은 농도에서도 효과적으로 흡수될 수 있음을 시사하였다(29). 특히 안토사이아닌의 모노글루코 시드(monoglucoside)와 디글루코시드(diglucoside) 유도체들은 높은 저해효과를 나타냈는데 이 결과는 빌리트랜스로케이즈가 인체의 안토사이아닌의 생체이용률에 관여할 가능성을 의미하며 빌리트랜스로케이즈의 결합자리가 당을 인식할 수 있는 기전이 있음을 암시한다.
후속연구
이와 같이 빌리트랜스로케이즈는 간, 위장관, 신장 등 포유류의 다양한 조직에 분포하며 각 조직에서 플라보노이드 수송에 관여하는 것으로 알려져 있다. 그러나 여전히 각각의 빌리트랜스로케이즈 발현 조직에서 빌리트랜스로케이즈가 플라보노이드의 수송체로 역할을 하는 정확한 기전에 대한 연구가 더 필요하다.
이와 같은 연구 결과는 다양한 플라보노이드들이 빌리트랜스로캐이즈를 통해 세포 내로 흡수됨을 보여주며 플라보노이드들의 빌리트랜스로케이즈의 흡수 기전과 발현조절 기전 및 이를 증진시킬 수 있는 천연물과 식품연구를 통해 생체이용률을 높이는 방법을 도출하는데 기여할 수 있을 것으로 보인다.
최근 들어 약물과 기타 화합물을 세포 밖으로 내보내는 다중-특이 유출 수송체(multi-specific efflux transporter)들이 대사에너지를 이용해 플라보노이드를 선택적으로 배출한다는 것이 알려지면서 관련 수송체들에 대한 연구가 진전되고 있다(9). 플라보노이드 수송체에 대한 이해는 생체이용률이 낮은 플라보노이드의 체내 건강효능을 설명하고 생체흡수율의 개선 및 조직 세포 내 플라보노이드 축적을 유도하는데 도움이 될 것으로 사료된다. 이번 총설에서는 비교적 많은 연구가 이루어진 식물체에서의 플라보노이드 수송 및 축적 경로에 관여하는 수송체들에 대한 연구와 최근에 연구가 이루어지고 있는 동물체 내에서의 플라보노이드 수송 기전에 대한 연구결과를 요약하고, 이들의 연관성에 대해 고찰해 보고자 한다.
다양한 종류의 플라보노이드가 존재하는 만큼 플라보노이드 수송체도 다양하며 어쩌면 모든 플라보노이드의 특이적 수송체를 규명하는 것은 불가능 할 지도 모른다. 하지만 식품에 다량 존재하는 주요 플라보노이드를 모델 화합물로 이용한 연구를 수행하면 이에 관련된 주요 수송체 단백질과 관련 메커니즘에 대해 깊이 이해할 수 있고 이를 통해 생체 이용률을 향상시키는 방법을 생각해 볼 수 있으며 특히 낮은 혈중 농도 조건에서도 조직 세포 내에 플라보노이드 축적을 통해 건강 기능성을 최적화하는 노력을 기울이는데 적절한 과학적 방법을 제시해 줄 수 있을 것으로 기대한다.
그러나, 이러한 막융합에 의한 물질수송 과정은 매우 복잡하여 아직까지는 소포체-매개 플라보노이드 수송에 대한 유전적, 분자적, 생화학적 증거들은 충분하지 않은 상황이며 동물세포에서 소포체-매개 플라보노이드 수송에 관한 연구는 전무하다. 향후에는 식물 세포에서 알려진 수송 기전을 바탕으로 동물 세포에서도 세포 소기관 및 소포체에 플라보노이드가 축적되는 현상을 연구할 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
무엇을 이용하여 플라보노이드를 선택적으로 배출하는가?
최근 들어 약물과 기타 화합물을 세포 밖으로 내보내는 다중특이 유출 수송체(multi-specific efflux transporter)들이 대사에너지를 이용해 플라보노이드를 선택적으로 배출한다는 것이 알려지면서 관련 수송체들에 대한 연구가 진전되고 있다(9). 플라보노이드 수송체에 대한 이해는 생체이용률이 낮은 플라보노이드의 체내 건강효능을 설명하고 생체흡수율의 개선 및 조직 세포 내 플라보노이드 축적을 유도하는데 도움이 될 것으로 사료된다.
플라보노이드는 어디에 존재하는가?
플라보노이드는 식물의 잎·꽃·뿌리·열매·줄기 등에 존재하는데 조직 세포 내의 세포질 쪽 소포체 표면에서 생합성이 되어 다른 부위로 수송되는 것으로 알려지고 있다. 생성된 플라보노이드는 조직간 수송을 통해 주로 식물 기관의 외피나 피하 조직과 같은 말초 조직의 가장 바깥쪽 층 세포로 이동된 후 일부는 세포벽에 포함되고, 대부분의 플라보노이드들은 식물 조직 세포 내 액포에 축적된다.
토시아노플라스트는 pre-vacuolar compartment (PVC), 단백질 저장 액포(protein storage vacuoles, PSV)와 융합되며(11) 안토사이 아닌을 가지는 단백질 저장 액포는 액포와 융합된 후 안토시아닌 액포 내에서 액포 함유물(anthocyanic vacuolar inclusions, AVI) 을 형성하여 저장되는 과정을 거친다고 본 이유는?
소포체 매개 플라보노이드 수송은 안토사이아닌(anthocyanins) 을 모델 화합물로 연구가 되었는데(Fig. 1) 안토시아닌을 함유하는 막구조물을 안토시아노플라스트(anthocyanoplast)라 하며 이 소기관이 세포 내 안토시아닌 수송에 관여한다(10). 먼저 세포질 쪽 소포체 표면에서 안토시아닌이 생성되면 안토시아노플라스트를 형성하여 안토시아닌을 일시적으로 저장하게 되고 이후에 세포내 작은 vesicle들과 연쇄적인 막융합 과정을 거치게 된다. 즉 안토시아노플라스트는 pre-vacuolar compartment (PVC), 단백질 저장 액포(protein storage vacuoles, PSV)와 융합되며(11) 안토사이 아닌을 가지는 단백질 저장 액포는 액포와 융합된 후 안토시아닌 액포 내에서 액포 함유물(anthocyanic vacuolar inclusions, AVI) 을 형성하여 저장되는 과정을 거친다(12).
참고문헌 (34)
Harborne JB, Williams CA. Advances in flavonoid research since 1992. Phytochemistry 55: 481-504 (2000)
Rice-Evans CA, Miller NJ, Paganga G. Structure-antioxidant activity relationships of flavonoids and phenolic acids. Free Radical Bio. Med. 20: 933-956 (1996)
Hu JN, Huang Y, Xiong MR, Luo SF, Chen Y. The effects of natural flavonoids on lipoxygenase-mediated oxidation of compounds with a benzene ring structure - A new possible mechanism of flavonoid anti-chemical carcinogenesis and other toxicities. Int. J. Toxicol. 25: 295-301 (2006)
Passamonti S, Terdoslavich M, Franca R, Vanzo A, Tramer F, Braidot E, Petrussa E, Vianello A. Bioavailability of flavonoids: A review of their membrane transport and the function of bilitranslocase in animal and plant organisms. Curr. Drug. Metab. 10: 369-394 (2009)
Grotewold E. The challenges of moving chemicals within and out of cells: Insights into the transport of plant natural products. Planta 219: 906-909 (2004)
Poustka F, Irani NG, Feller A, Lu Y, Pourcel L, Frame K, Grotewold E. A trafficking pathway for anthocyanins overlaps with the endoplasmic reticulum-to-vacuole protein-sorting route in arabidopsis and contributes to the formation of vacuolar inclusions. Plant Physiol. 145: 1323-1335 (2007)
Zhang HB, Wang L, Deroles S, Bennett R, Davies K. New insight into the structures and formation of anthocyanic vacuolar inclusions in flower petals. BMC Plant Biol. 6: 29 (2006)
Hsieh K, Huang AHC. Tapetosomes in Brassica tapetum accumulate endoplasmic reticulum-derived flavonoids and alkanes for delivery to the pollen surface. Plant Cell. 19: 582-596 (2007)
Sanchez-Fernandez R, Davies TGE, Coleman JOD, Rea PA. The Arabidopsis thaliana ABC protein superfamily, a complete inventory. J. Biol. Chem. 276: 30231-30244 (2001)
Sugiyama A, Shitan N, Yazaki K. Involvement of a soybean ATP-binding cassette-type transporter in the secretion of genistein, a signal flavonoid in legume-Rhizobium symbiosis (1). Plant Physiol. 144: 2000-2008 (2007)
Goodman CD, Casati P, Walbot V. A multidrug resistance-associated protein involved in anthocyanin transport in Zea mays. Plant Cell. 16: 1812-1826 (2004)
Buer CS, Muday GK, Djordjevic MA. Flavonoids are differentially taken up and transported long distances in arabidopsis. Plant Physiol. 145: 478-490 (2007)
Moriyama Y, Hiasa M, Matsumoto T, Omote H. Multidrug and toxic compound extrusion (MATE)-type proteins as anchor transporters for the excretion of metabolic waste products and xenobiotics. Xenobiotica 38: 1107-1118 (2008)
Frangne N, Eggmann T, Koblischke C, Weissenbock G, Martinoia E, Klein M. Flavone glucoside uptake into barley mesophyll and arabidopsis cell culture vacuoles. Energization occurs by $H^{+}$ -antiport and ATP-binding cassette-type mechanisms. Plant Physiol. 128: 726-733 (2002)
Passamonti S, Cocolo A, Braidot E, Petrussa E, Peresson C, Medic N, Macri F, Vianello A. Characterization of electrogenic bromosulfophthalein transport in carnation petal microsomes and its inhibition by antibodies against bilitranslocase. FEBS J. 272: 3282-3296 (2005)
Braidot E, Petrussa E, Bertolini A, Peresson C, Ermacora P, Loi N, Terdoslavich M, Passamonti S, Macri F, Vianello A. Evidence for a putative flavonoid translocator similar to mammalian bilitranslocase in grape berries (Vitis vinifera L.) during ripening. Planta 228: 203-213 (2008)
Karawajczyk A, Dran V, Medic N, Oboh G, Passamonti S, Novic M. Properties of flavonoids influencing the binding to bilitranslocase investigated by neural network modelling. Biochem. Pharmacol. 73: 308-320 (2007)
Battiston L, Macagno A, Passamonti S, Micali F, Sottocasa GL. Specific sequence-directed anti-bilitranslocase antibodies as a tool to detect potentially bilirubin-binding proteins in different tissues of the rat. FEBS Lett. 453: 351-355 (1999)
Elias MM, Lunazzi GC, Passamonti S, Gazzin B, Miccio M, Stanta G, Sottocasa GL, Tiribelli C. Bilitranslocase localization and function in basolateral plasma-membrane of renal proximal tubule in rat. Am. J. Physiol. 259: F559-F564 (1990)
Vanzo A, Terdoslavich M, Brandoni A, Torres AM, Vrhovsek U, Passamonti S. Uptake of grape anthocyanins into the rat kidney and the involvement of bilitranslocase. Mol. Nutr. Food Res. 52: 1106-1116 (2008)
Murota K, Terao J. Quercetin appears in the lymph of unanesthetized rats as its phase II metabolites after administered into the stomach. FEBS Lett. 579: 5343-5346 (2005)
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.