[논문]대두 이소플라본 당전이 반응 산물의 콜레스테롤 생합성 저해 효과

유랑국; 최승준; 문태화; 심재훈

doi:10.3746/jkfn.2016.45.2.293

대두 이소플라본 당전이 반응 산물의 콜레스테롤 생합성 저해 효과
Inhibitory Effects of Transglycoslyation Products of Soy Isoflavones on Cholesterol Biosynthesis 원문보기

한국식품영양과학회지 = Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition, v.45 no.2, 2016년, pp.293 - 297

유랑국 (서울대학교 농생명공학부) , 최승준 (서울과학기술대학교 식품공학과) , 문태화 (서울대학교 농생명공학부) , 심재훈 (한림대학교 식품영양학과)

초록
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HMG-CoA reductase는 체내 콜레스테롤 생합성에 있어서 속도제한단계(율속) 효소이다. 본 연구는 HMG-CoA reductase에 대한 이소플라본 배당체의 저해 효과를 연구하였다. $100{\mu}M$의 농도에서 genistein-7-O-triglucoside(G2-genistin)는 HMG-CoA reductase 활성을 약 18% 정도 저해하였으나, daidzein-7-O-triglucoside는 저해 효과를 갖지 않았다. 시리아햄스터 HMG-CoA reductase의 반응속도 실험에서 G2-genistin은 농도에 관계없이 $V_{max}$의 저해 정도가 일정하였으며, 이것은 G2-genistin이 HMG-CoA reductase의 경쟁적 저해제로 작용함을 시사하고 HMG-CoA reductase의 활성을 직접적으로 저해함으로써 혈중 콜레스테롤 함량을 감소시킬 수 있음을 예상할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Hydroxy-3-methylglutaryl-CoA reductase (HMG-CoA reductase) is the rate-limiting enzyme in biosynthesis of cholesterol in animals. In this study, inhibitory effects of isoflavone glycosides on HMG-CoA reductase were investigated. At sample concentration of $100{\mu}M$, genistein-7-O-triglucoside (G2-genistin) inhibited HMG-CoA reductase activity by approximately 18%, whereas daidzein-7-O-triglucoside had no inhibitory effect. In the kinetic experiments with Syrian hamster HMG-CoA reductase, G2-genistin showed inhibitory efficacy with an invariable $V_{max}$ value, suggesting that G2-genistin works as a competitive inhibitor of HMG-CoA reductase and has potential for hypocholesterolemic action through direct regulation of HMG-CoA reductase.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그러나 이소플라본의 생물학적 활성들이 잘 알려진 것에 비하여 이소플라본의 당전이 반응 산물들의 콜레스테롤 저하 효과에 대한 연구는 보고된 바 없다. 따라서 본 연구에서는 대두 이소플라본 당전이 반응 산물들의 콜레스테롤 저하 효과를 시험하고 HMG-CoA와 NADPH를 사용하여 HMGCoA reductase에 대한 genistin과 daidzin 당전이 반응 산물들의 저해 효과를 확인하였다.

제안 방법

이소플라본 당전이 반응 산물은 TLC와 LC-MS를 통해 확인하였다. Daidzin과 genistin 당전이 반응의 주된 산물은 recycling preparative HPLC를 이용하여 정제하였으며, 반응 산물의 분석을 위하여 RI detector(JAI, Tokyo, Japan)와 고분자 겔 여과 칼럼(W-251, JAI)을 장착한 HPLC (LC-918, JAI)의 재순환을 통해 보다 더 정제하였다. HPLC 이동상으로는 메탄올을 사용하였으며 이동상의 속도는 3 mL/min으로 조절하였고 시료주입량은 3 mL였다.
저해제의 정제를 위하여 35~55% (NH₄)₂SO₄ 추출물에 Blue Sepharose CL-6B 칼럼(16×140 mm, Amersham Pharmacia Biotech, Inc., Piscataway, NJ, USA)을 사용하여 정제하였다. 1 mL의 (NH₄)₂SO₄ 추출물은 10 mL의 buffer A로 희석하였고 이를 buffer A로 평형을 유지한 Blue Sepharose CL-6B 칼럼에 투입 후 0 M에서 1.
8)가 포함하도록 하였다. 정제된 효소와 HMG-CoA를 제외한 다른 구성요소를 포함하는 반응 혼합물에서 HMG-CoA 비의존적인 NADPH의 산화를 먼저 관찰한 후, HMG-CoA를 첨가하여 반응을 시작하였다. HMG-CoA reductase의 1 unit은 1분 동안 1μmol의 NADPH가 산화하는 것을 촉진하는 효소의 양으로 정의하였다.

대상 데이터

대두 이소플라본 혼합물(35% 이소플라본 배당체)은 풀무원(Seoul, Korea)에서 제공받았으며, maltotriose 및 그 밖의 시약은 Sigma-Aldrich Co.(St. Louis, MO, USA)에서 구매하였다.

데이터처리

본 실험에서 얻어진 결과는 SAS 9.2(SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)를 이용하였으며, 유의성 차이를 검증하기 위해 P<0.05 수준에서 Duncan's multiple range test로 비교 분석하였다.
효소 반응은 다양한 농도의 저해제를 사용하여 수행하였다. 저해제의 저해 유형은 Lineweaver-Burk 식으로 확인 하였으며, V_max, k_cat, K_i와 같은 반응속도론의 매개변수는 선형회귀 분석법을 사용하여 계산하였다. NADPH는 200 μM로 유지하였고 HMG-CoA는 6.

이론/모형

HMG-CoA reductase의 1 unit은 1분 동안 1μmol의 NADPH가 산화하는 것을 촉진하는 효소의 양으로 정의하였다. 단백질의 농도는 bovine serum albumin(BSA)을 표준물질로 사용하는 Bradford(20)의 방법으로 측정하 였다.
시리아 햄스터 HMG-CoA reductase 플라스미드, pKFT7-21은 Purdue University의 Victor W. Rodwell 교수로부터 제공받았고, HMG-CoA reductase는 Escherichia coli(E.coli)에서 과발현 되었으며 Frimpong 등(19)의 방법에 따라 정제하였다. HMG-CoA에 의존적인 NADPH 산화는 37°C에서 diode array spectrophotometer(Ultrospec 4000, Amersham Pharmacia Biotech, Inc.

성능/효과

그러나 이들 사이에서 저해 효과에 대한 유의적 차이를 나타내지는 않았다. Daidzein-7-O-monoglucoside(daidzin)와 daidzein-7-O-triglucoside(G2-daidzin)는 HMG-CoA reductase에 대한 저해 효과를 갖고 있지 않았다. Daidzin과 G2-daidzin이 HMG-CoA reductase에 대한 저해 효과를 나타내지 않았기 때문에 HMG-CoA reductase 저해 효과에 대한 연구는 genistin과 G2-genistin으로 수행하였다.
Lineweaver-Burk(LB) plot으로 저해 유형을 예측할 수 있기 때문에 각각의 저해제에 대한 도면을 조사하였다. 농도에 따라 저해 정도는 다르나 V_max에서 동일한 값으로 수렴하는 것으로 보아 G2-genistin은 HMG-CoA에 대한 경쟁적 저해제로 작용함을 확인하였다(Fig. 3). HMG-CoA에 대한 K_i(저해상수)는 G2-genistin에 대해 128.
7 μM의 저해상수(K_i)로 HMG-CoA와 경쟁적 저해를 하는 것으로 보고하였다. 이 결과는 이소플라본이 HMG-CoA reductase의 HMG-CoA 결합 부위인 소수성 부분에 결합함으로써 HMG-CoA와 HMG-CoA reductase 간의 steric hindrance를 일으켜 HMG-CoA reductase를 저해한다는 것을 시사한다(14). 따라서 aglycone 유형(genistein)의 HMG-CoA reductase 저해 효과와 비교하여 genistin 당전이 반응 산물의 HMG-CoA reductase에 대한 낮은 저해 효과는 그것의 낮은 소수성에 기인한다고 할 수 있다.

후속연구

Glycoside의 당전이 반응은 aglycone의 수용성 증대에 큰 영향을 미친다(15-17). 비록 G2-genistin의 저해상수가 기존에 보고된 aglycone 형태인 gestein에 비하여 상대적으로 높으나 G2-genistin은 당전이 반응을 통하여 높은 수용성을 지니게 되므로 G2-genistin의 고형분말뿐 아니라 액상의 형태로도 식품에 사용이 가능하여 그 활용도가 확장될 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	이소플라본이 식품에 사용하기도, 우리 몸이 사용하기도 어려운 이유는?	이러한 이소플라본의 흥미로운 생물학적 활성에도 불구하고 이소플라본의 낮은 수용성으로 인하여 식품에 적용하는 것은 쉽지 않으며, 또한 glycone과 aglycone 형태의 이소플라본 모두의 낮은 수용성은 신체 내에서 그것들의 낮은 생체이용률의 이유가 되기도 한다(15-17). 그런 이유로 이소플라본의 식품에 적용성을 높이기 위하여 이소플라본의 수용성을 높이는 다양한 연구가 진행되었다.
	이소플라본이 콜레스테롤 생합성을 저해하는 기작 중, 이소플라본은 어떤 효소를 저해하는가?	또한 Wangen 등(12)의 연구에 따르면 일반적인 콜레스테롤과 가벼운 고콜레스테롤의 폐경기 여성의 혈장지질을 개선한다고 발표하였다. Sung 등(13,14)은 생체 외 실험을 통해 한국의 된장에 함유된 이소플라본이 3-hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme A(HMG-CoA) reductase를 저해한다는 것을 보여주었다. 특히 HMG-CoA reductase는 콜레스테롤 생합성의 초기 단계에서 HMG-CoA를 mevalonic acid로 전환함으로써 콜레스테롤을 생합성 한다고 알려져 있어, 이소플라본이 콜레스테롤 생합성 저해에 효과가 있음을 알 수 있다.
	이소플라본 당전이 반응의 산물이 genistin에 대한 HMG-CoA reductase 저해 효과는 몇 퍼센트였는가?	2). Genistein-7-O-monoglucoside(genistin)와 genistein-7-O-triglucoside(G2-genistin) 각각 9%와 5% 정도의 저해 효과를 보여주었다. 그러나 이들 사이에서 저해 효과에 대한 유의적 차이를 나타내지는 않았다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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