본 연구에서는 블루베리에 포함된 anthocyanin 중 delphinidin이 인간 유래의 MDA-MB-231 유방암세포의 성장을 억제시키고 apoptosis를 유발하는지 살펴보고 in vivo 실험에서도 항암효과가 나타나는지 확인하였다. 그 결과 cell viability를 보기 위한 MTT assay에서는 농도 의존적으로 암세포의 성장을 억제시켰으며, apoptosis의 확인을 위한 DAPI stain에서 농도 의존적으로 chromatin condensation이 유의적으로 증가하는 것을 확인하였다. 또한 western blot에서 암 억제 유전자인 p53 단백질이 증가하였고, anti-apoptotic 분자인 Bcl-2 단백질과 p-$GSK3{\beta}$ 단백질은 감소하였다. In vivo 실험에서는 대조군과 비교해 10 mg/kg delphinidin을 투여한 군에서 종양의 크기가 감소하였으며, TUNEL assay를 통해 apoptosis 세포 또한 통계학적으로 유의적인 증가가 관찰되어 종양 억제 효과를 확인하였다. 이상의 결과들로 볼 때, MDA-MB-231 유방암세포에서 delphinidin은 암세포의 증식을 억제시키고, apoptosis를 유발시키는 효과를 보이므로 암 예방제나 치료제로 개발될 수 있을 것으로 사료된다.
본 연구에서는 블루베리에 포함된 anthocyanin 중 delphinidin이 인간 유래의 MDA-MB-231 유방암세포의 성장을 억제시키고 apoptosis를 유발하는지 살펴보고 in vivo 실험에서도 항암효과가 나타나는지 확인하였다. 그 결과 cell viability를 보기 위한 MTT assay에서는 농도 의존적으로 암세포의 성장을 억제시켰으며, apoptosis의 확인을 위한 DAPI stain에서 농도 의존적으로 chromatin condensation이 유의적으로 증가하는 것을 확인하였다. 또한 western blot에서 암 억제 유전자인 p53 단백질이 증가하였고, anti-apoptotic 분자인 Bcl-2 단백질과 p-$GSK3{\beta}$ 단백질은 감소하였다. In vivo 실험에서는 대조군과 비교해 10 mg/kg delphinidin을 투여한 군에서 종양의 크기가 감소하였으며, TUNEL assay를 통해 apoptosis 세포 또한 통계학적으로 유의적인 증가가 관찰되어 종양 억제 효과를 확인하였다. 이상의 결과들로 볼 때, MDA-MB-231 유방암세포에서 delphinidin은 암세포의 증식을 억제시키고, apoptosis를 유발시키는 효과를 보이므로 암 예방제나 치료제로 개발될 수 있을 것으로 사료된다.
This research showed that delphinidin, an anthocyanin present in blueberry, induced apoptosis in MDA-MB-231 breast cancer cells as well as mediated anti-cancer effects in vivo. As a result, growth of cancer cells as assessed by MTT assay decreased in a concentration-dependent manner. Chromatin conde...
This research showed that delphinidin, an anthocyanin present in blueberry, induced apoptosis in MDA-MB-231 breast cancer cells as well as mediated anti-cancer effects in vivo. As a result, growth of cancer cells as assessed by MTT assay decreased in a concentration-dependent manner. Chromatin condensation by DAPI staining significantly increased in a concentration-dependent manner, indicating apoptosis. The level of p53-protein increased while those of anti-apoptotic molecules (Bcl-2, p-$GSK3{\beta}$) decreased in the western blot. Tumor size decreased in cells treated with 10 mg/kg of delphinidin compared with the control group in vivo. Cell apoptosis assessed by TUNEL assay significantly increased, and tumor inhibitory effect was confirmed. Therefore, delphinidin can be developed for cancer preventive medicine due to its growth inhibitory effects and induction of apoptosis in human breast cancer cells.
This research showed that delphinidin, an anthocyanin present in blueberry, induced apoptosis in MDA-MB-231 breast cancer cells as well as mediated anti-cancer effects in vivo. As a result, growth of cancer cells as assessed by MTT assay decreased in a concentration-dependent manner. Chromatin condensation by DAPI staining significantly increased in a concentration-dependent manner, indicating apoptosis. The level of p53-protein increased while those of anti-apoptotic molecules (Bcl-2, p-$GSK3{\beta}$) decreased in the western blot. Tumor size decreased in cells treated with 10 mg/kg of delphinidin compared with the control group in vivo. Cell apoptosis assessed by TUNEL assay significantly increased, and tumor inhibitory effect was confirmed. Therefore, delphinidin can be developed for cancer preventive medicine due to its growth inhibitory effects and induction of apoptosis in human breast cancer cells.
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문제 정의
Xenograft를 실시한 마우스의 MDA-MB-231 유방암세포 증식에 delphinidin이 어떠한 영향을 미치는지 관찰하였다. 종양사이즈는 주 2회 측정하였고, delphinidin(10 mg/kg)은 D・W증류수 200 μL에 희석시켜 주 3회 같은 시간에 4주 경구투여하였고, 대조군은 D・W증류수 200 μL를 주 3회 같은 시간에 4주 경구투여하였다.
그리하여 본 연구에서는 블루베리에서 항암효과를 나타낼 것으로 기대되는 delphinidin이 인간 유래의 MDA-MB-231 유방암세포의 증식을 억제하는지 확인하고, in vivo 실험에서도 항암효과가 나타나는지 알아보고자 하였다.
제안 방법
175T flask에 MDA-MB-231 유방암세포를 24시간 배양한 후 delphinidin을 0, 25 μM 농도로 24시간 동안 처리하였다.
Dead End™ Colorimetric TUNEL System(Promega, Madison, WI, USA)를 이용한 TUNEL assay를 통해 apoptosis 세포를 확인하였다.
Delphinidin이 MDA-MB-231 유방암세포 생존에 미치는 영향을 확인하기 위하여 delphinidin을 농도(0, 12.5, 25,50 μM)별로 처리하여 MTT assay을 통해 관찰하였다.
MDA-MB-231 유방암세포 배양을 위해 RPMI-1640배지, 5% fetal bovine serum(FBS; Life Technologies Inc., Gaithersburg, MD, USA)과 항생제(1% penicillin-streptomycin 0.525 mL)를 첨가하여 37℃, 5% CO2가 유지되는 배양기(Thermo Electron Corp., Marietta, OH, USA) 내에서 세포를 배양하였다. 세포가 80~90% 정도 flask를 덮으면 phosphate buffered saline solution(PBS)으로 2번 씻어내고 trypsin-EDTA를 처리하여 세포를 계대 배양하고 배지는 2~3일마다 교환하였다.
MDA-MB-231 유방암세포에 delphinidin을 농도(0, 12.5, 25, 50 μM)별로 24시간 처리 후 DAPI 염색을 이용하여 형광현미경으로 관찰하였다(Fig. 3).
MTT assay을 통해 관찰된 세포사멸이 apoptosis에 의해 나타난 결과인지 확인하기 위해 DAPI stain을 실시하였다. MDA-MB-231 유방암세포에 delphinidin을 농도(0, 12.
Xenograft 부검을 통해 채취한 종양조직에 대하여 apoptosis 유도에 의한 항암효능을 확인하고자 Tunel assay를 실시하였다. 그 결과 대조군보다 10 mg/kg delphinidin을 투여한 군에서 apoptosis가 일어난 세포의 유의적 증가를 관찰할 수 있었다(Fig.
그 후 anti-rabbit IgG를 첨가하여 1시간 반응시켰다. 각 protein band는 ECL detection reagents(Pierce, Rockford, IL, USA)를 이용하여 실험결과를 보았다.
그 다음 종양 사이즈가 군별로 일정하게 나오도록 군 분류를 한 후 실험군 3마리는 delphinidin을 선행연구논문(22)에서 생체실험에서 효과가 있는 것으로 판단되는 최저농도를 선정하여 D・W증류수 200 μL에 희석시켜 매주 3번 10 mg/kg을 같은 시간에 4주간 경구투여 하였고, 대조군은 D・W증류수 200 μL를 매주 3번 같은 시간에 4주간 경구투여 하였다.
그러고 나서 그 성장배지는 제거하고 delphinidin을 0,12.5, 25, 50 μM 농도 조건으로 처리하였다.
마지막으로 methyl green으로 염색 후 광학현미경으로 관찰하였다(×200).
Dead End™ Colorimetric TUNEL System(Promega, Madison, WI, USA)를 이용한 TUNEL assay를 통해 apoptosis 세포를 확인하였다. 먼저 xylene을 이용해 탈파라핀화를 거친 후 ethanol을 100, 95, 85, 70, 50% 순서로 이용하여 함수시켰다. 그 후 PBS로 세척 후 Proteinase K를 각 슬라이드에 떨어트려 실온에서 15분간 반응시키고, equilibration buffer와 Biotinylated Nucl.
이전 실험에서 MDA-MB-231 유방암세포에 delphinidin을 25 μM 처치한 투여군에서부터 apoptosis 양성세포의 유의적인 증가가 관찰되었으므로 Western blot을 통해 apoptosis를 조절하는 p53, Bcl-2, p-GSK3β 단백질의 유전자 발현 정도를 관찰하여 delphinidin이 apoptosis 발현 유전자의 역할에 어떠한 영향을 미치는지 확인하였다.
종양사이즈는 주 2회 측정하였고, delphinidin(10 mg/kg)은 D・W증류수 200 μL에 희석시켜 주 3회 같은 시간에 4주 경구투여하였고, 대조군은 D・W증류수 200 μL를 주 3회 같은 시간에 4주 경구투여하였다.
처리 시간이 끝나면 배양기에서 배양접시를 상온으로 꺼낸 후 PBS로 조심스럽게 세척한 후에 4% paraformaldehyde solution으로 15분간 고정하였으며, PBS로 다시 세척 후 PBS로 10배 희석한 DAPI stain 용액을 500μL/well 처치하였다. 처치 후 암실에서 형광현미경(Zeiss fluorescence microscope, Thornwood, NY, USA)으로 관찰하였다.
체외 배양중인 MDA-MB-231 유방암세포의 블루베리 처리 시 세포의 핵 변화를 시각화하기 위하여 DNA염기 서열에 특이적으로 반응하는 DAPI 핵 염색을 수행하여 핵의 변화를 분석하였다. 96 well plates에 MDA-MB-231 유방암세포(2×10⁵ cells/mL)를 넣은 후 37℃ 배양기에서 배양하였다.
그 다음 종양 사이즈가 군별로 일정하게 나오도록 군 분류를 한 후 실험군 3마리는 delphinidin을 선행연구논문(22)에서 생체실험에서 효과가 있는 것으로 판단되는 최저농도를 선정하여 D・W증류수 200 μL에 희석시켜 매주 3번 10 mg/kg을 같은 시간에 4주간 경구투여 하였고, 대조군은 D・W증류수 200 μL를 매주 3번 같은 시간에 4주간 경구투여 하였다. 투여기간 동안 마우스의 일반적인 상태를 살피고 종양사이즈는 주 2회 측정하였다.
Delphinidin chloride는 Sigma-Aldrich(St. Louis, MO, USA)에서 구입하여 in vitro 실험에서는 DMSO에 희석하여 사용하였고, in vivo 실험에서는 D・W증류수에 희석하여 사용하였다.
실험에 사용된 MDA-MB-231 유방암세포는 American Type Culture Collection(Rockville, MD, USA)에서 구입하였다.
데이터처리
모든 실험결과는 평균치와 표준오차를 사용하여 나타내고 각 군간 비교는 one-way ANOVA에 이은 t-test분석을 실시하였다. 대조군과 비교하여 P 값이 0.
이론/모형
Lysate는 13,000 rpm에서 5분 동안 원심분리하여 상등액을 취해 cell lysate로 사용하였다. 추출한 단백질의 농도는 Bradford protein assay를 이용해 측정하였다. 단백질을 12% sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis(SDS-PAGE)로 크기별로 분리한 후 nitrocellulose membranes(Bio-Rad Laboratories Inc.
성능/효과
그 결과 경구투여 11일째부터 대조군과 비교하였을 때, 종양의 사이즈가 감소하는 경향을 보였다. 25일째 대조군에 비해 delphinidin을 처리한 군에서 43% 정도의 억제율을 보였다(Fig. 5A). 최종 종양의 크기는 대조군은 평균 3,953 mm3, delphinidin 투여군은 1,566 mm3이었으며, 종양의 무게는 대조군 1.
Delphinidin을 각각 0, 12.5, 25, 50 μM로 24시간 처리하였을 때 각각 농도별 세포 생존율은 100, 100, 80, 20%로 대조군에 비해 25 μM의 농도에서부터 농도 의존적으로 세포 생존에 대하여 유의적인 감소를 보였다(Fig. 2).
Yun 등(23)의 연구에서는 HCT116 cell에 delphinidin을 처리하였을 때 30 μM에서부터 농도 의존적으로 p53 단백질이 증가하였고 Bcl-2 단백질은 감소한 것으로 나타났으며, Hafeez 등(25)의 연구에서는 PC3 cell에 delphinidin을 60, 120, 180 μmol/L로 처리하였을 때 p21, p27은 농도 의존적으로 증가하였고 pNF-κB/p50과 pNF-κB/p65가 농도 의존적으로 감소하였다. 결과적으로 delphinidin이 MDAMB-231 유방암세포의 apoptosis 유도에 매우 중요한 역할을 하고 있음을 알 수 있다.
그 결과 delphinidin 을 25 μM 처치한 투여군에서부터 apoptosis 발현세포의 증가가 관찰되었으며, MTT assay 결과에서 농도 의존적으로 세포의 성장이 감소한 것과 동일하게 DAPI 염색에서도 대조군과 비교하였을 때 delphinidin을 처리한 군에서 세포수가 줄어들었고 세포질의 위축, 염색사의 응축, apoptotic body와 같은 apoptosis형태가 관찰되었다.
종양사이즈는 주 2회 측정하였고, delphinidin(10 mg/kg)은 D・W증류수 200 μL에 희석시켜 주 3회 같은 시간에 4주 경구투여하였고, 대조군은 D・W증류수 200 μL를 주 3회 같은 시간에 4주 경구투여하였다. 그 결과 경구투여 11일째부터 대조군과 비교하였을 때, 종양의 사이즈가 감소하는 경향을 보였다. 25일째 대조군에 비해 delphinidin을 처리한 군에서 43% 정도의 억제율을 보였다(Fig.
Xenograft 부검을 통해 채취한 종양조직에 대하여 apoptosis 유도에 의한 항암효능을 확인하고자 Tunel assay를 실시하였다. 그 결과 대조군보다 10 mg/kg delphinidin을 투여한 군에서 apoptosis가 일어난 세포의 유의적 증가를 관찰할 수 있었다(Fig. 5C). Anthocyanin 성분들의 암에 대한 연구 중 가장 분포가 많은 cyanidin에 대한 연구로, Chu 등(27)의 연구에서는 cyanidin이 MDA-MB-231 유방암세포의 이동성과 침윤성에 미치는 영향을 조사했는데 cyanidin의 첨가 농도가 세포 증식에 영향을 주지 않는 0, 5, 10, 20 μM에서 이동성 및 침윤성이 유의적으로 감소되었고, Zhang 등(28)의 연구에서는 AGS cell, HCT-116cell, MCF-7 cell, NCI-H460 cell, SF-268 cell에 cyanidin을100 μM 이상으로 처리했을 때 유방암세포인 MCF-7에서 세포 증식이 유의적으로 감소되었다고 보고하였다.
따라서 delphinidin이 MDA-MB-231 유방암세포에 25 μM부터 농도 의존적으로 세포사멸을 유도하는 것으로 판단되었다.
Pal 등(24)의 연구에서도 A549, NHBE, NCIH441, SK-MES-1 cell에 delphinidin을 농도별로 처리한 결과 NHBE cell을 제외하고 나머지 cell에서 20 μM의 농도에서부터 농도 의존적으로 감소를 보였다. 이러한 결과는 본 연구에서 delphinidin이 MBA-MD-231 유방암세포에 농도 의존적으로 세포생존율을 감소시킨 것과 같은 결과로 나타나 delphinidin이 암세포에 억제효과를 보이는 것으로 사료된다.
그리고 Kim 등(6)의 연구 결과에 따르면 anthocyanin 함량 중 특히 cyanidin 함량은 타 계통보다 2배 이상 높았고, 암세포에 대한 독성효과로 JurKat T 세포와 MCF-7 세포에 cyanidin, delphinidin, petunidin을 농도별로 처리한 결과 petunidin은 cyanidin에 비해 조금 떨어지지만, delphinidin은 cyanidin에 뒤지지 않는 암세포 독성효과가 있는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 본 연구에서 delphinidin이 MDA-MB-231 유방암세포에 농도 의존적으로 세포생존율을 감소시킨 것과 같은 결과로 나타나 delphinidin이 암세포에 억제효과를 보이는 것으로 사료된다.
Hafeez 등(25)의 연구에서는 PC3 cell로 xenograft를 실시한 마우스에 delphinidin을 주 3회, 2 mg을 복강투여하여 8주 동안 관찰한 결과 최종 종양의 크기는 대조군은 1,200 mm3, delphinidin 투여군은 361 mm3로 높은 억제율을 나타내었고, delphinidin투여군의 종양크기가 12주가 되었을 때 대조군의 1,200mm3와 비슷해졌다. 이러한 결과는 본 연구에서 나타난 결과와 일치하여 delphinidin이 MDA-MB-231 유방암세포에 대한 억제효과를 보이는 것으로 판단되어진다.
5A). 최종 종양의 크기는 대조군은 평균 3,953 mm3, delphinidin 투여군은 1,566 mm3이었으며, 종양의 무게는 대조군 1.575 g,delphinidin 투여군은 1.008 g으로 delphinidin 투여군의 종양이 감소하는 경향을 보였다(Fig. 5B). Hafeez 등(25)의 연구에서는 PC3 cell로 xenograft를 실시한 마우스에 delphinidin을 주 3회, 2 mg을 복강투여하여 8주 동안 관찰한 결과 최종 종양의 크기는 대조군은 1,200 mm3, delphinidin 투여군은 361 mm3로 높은 억제율을 나타내었고, delphinidin투여군의 종양크기가 12주가 되었을 때 대조군의 1,200mm3와 비슷해졌다.
특히 채소 및 과실류에서 안토시아닌 중 cyanidin이 50% 정도로 가장 많으며 delphinidin, pelargonidin, peonidin이 각각 12% 정도, petunidin과 malvidin은 7%로 분포하는데, 그중 본 연구에 쓰인 delphinidin(Fig. 1)은 담자색, 적자색 및 청색을 나타내고 항산화 작용을 비롯한 콜레스테롤 저하와 항암 및 항염증(18), DNA 손상의 보호(19,20) 등에 효과가 있는 것으로 알려졌다. 또한 시력과 기억력이 좋아지고 비만을 억제하여 심장, 뇌혈관 질환과 당뇨병 및 관절염에 효과가 있다고 알려졌다(21).
후속연구
그동안 delphinidin, petunidin에 비해 cyanidin의 효과가 부각된 것은 대부분 식물이 함유하고 있는 anthocyanin이 cyanidin인 까닭에 그동안의 연구 결과는 cyanidin 중심으로 이루어진 것으로 생각된다. 따라서 cyanidin을 포함한 anthocyanin의 개별 성분에 대한 더 깊은 연구가 필요할 것으로 판단된다. 본 연구는 anthocyanin의 성분 중 항암 가능성이 있을 것으로 여겨지는 delphinidin이 MDA-MB-231 유방암세포에 미치는 영향을 알아보았고, delphinidin이 MDA-MB-231 유방암세포에 대해 apoptosis를 유발시켜 암세포 증식을 억제한다는 것을 확인하여 delphinidin이 암 예방제나 치료제로 개발될 수 있을 것으로 사료된다.
따라서 cyanidin을 포함한 anthocyanin의 개별 성분에 대한 더 깊은 연구가 필요할 것으로 판단된다. 본 연구는 anthocyanin의 성분 중 항암 가능성이 있을 것으로 여겨지는 delphinidin이 MDA-MB-231 유방암세포에 미치는 영향을 알아보았고, delphinidin이 MDA-MB-231 유방암세포에 대해 apoptosis를 유발시켜 암세포 증식을 억제한다는 것을 확인하여 delphinidin이 암 예방제나 치료제로 개발될 수 있을 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
페놀 화합물 중 안토시아닌의 생리활성 기능은?
블루베리에 포함된 안토시아닌(anthocyanin)은 식물계에 널리 분포되어 있는 페놀 화합물 중의 하나로 과실, 줄기, 잎, 뿌리 등 식물체 각 부위에 폭넓게 분포되어 있는 적색, 자색, 청색 등의 매력적인 색을 띠는 수용성 색소이다(5). 기능성인 측면에서 안토시아닌은 항산화 활성(6,7), 신경계 질환(8), 심장독성(9), 항염증(10) 등에 효과가 있으며 암발생 억제(7,11), 항바이러스 작용(12,13), 지질대사 조절(14,15), 시력(16) 및 난소 기능 증강효과(17) 등 생리활성 연구가 보고되어 있다.
유방암이 전이 특성은?
유방암은 원발부위로부터 림프절이나 혈관을 타고 다른 곳으로 쉽게 이동하여 2차성 암을 형성하는 전이능력을 가지며 특히 선택적으로 뼈나 폐로 전이가 잘된다고 알려졌는데 이러한 전이성 유방암 환자들은 수술과 여러 치료요법으로도 개선되기 힘들다(3,4).
delphinidin이 나타내는 색은?
특히 채소 및 과실류에서 안토시아닌 중 cyanidin이 50% 정도로 가장 많으며 delphinidin, pelargonidin, peonidin이 각각 12% 정도, petunidin과 malvidin은 7%로 분포하는데, 그중 본 연구에 쓰인 delphinidin(Fig. 1)은 담자색, 적자색 및 청색을 나타내고 항산화 작용을 비롯한 콜레스테롤 저하와 항암 및 항염증(18), DNA 손상의 보호(19,20) 등에 효과가 있는 것으로 알려졌다. 또한 시력과 기억력이 좋아지고 비만을 억제하여 심장, 뇌혈관 질환과 당뇨병 및 관절염에 효과가 있다고 알려졌다(21).
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