Polyglutamic acid(PGA) 함유량이 증대된 청국장이 조골세포에 미치는 영향을 세포 수준에서 관찰하고자 하였다. 조골세포에 미치는 영향을 관찰하기 위하여 세포 생존율, 염기성 인산분해효소(alkaline phosphatase, ALP) 활성, 골 석회화 형성능, 조골세포 분화 관련 유전자 발현능을 측정하였다. 세포 독성이 없는 농도에서 염기성 인산분해효소 활성을 측정한 결과 농도에 의존적으로 ALP 활성이 증가하였으며, 일반 청국장 A보다 PGA 함유량이 증가한 청국장 B가 더 높은 ALP 활성 증가 효과를 나타내었다. 청국장의 골 석회화 형성능을 측정한 결과 역시 청국장 A보다 B가 더 높은 석회화 형성능을 나타내었다. 또한 분화 관련 유전자인 OCN, OPN, Col1, ALP 역시 청국장 B가 A보다 유전자 발현이 더 높게 나타났다. 이러한 실험 결과를 바탕으로 PGA가 증대된 청국장이 기존 청국장보다 조골세포의 활성에 효과적일 것으로 생각한다.
Polyglutamic acid(PGA) 함유량이 증대된 청국장이 조골세포에 미치는 영향을 세포 수준에서 관찰하고자 하였다. 조골세포에 미치는 영향을 관찰하기 위하여 세포 생존율, 염기성 인산분해효소(alkaline phosphatase, ALP) 활성, 골 석회화 형성능, 조골세포 분화 관련 유전자 발현능을 측정하였다. 세포 독성이 없는 농도에서 염기성 인산분해효소 활성을 측정한 결과 농도에 의존적으로 ALP 활성이 증가하였으며, 일반 청국장 A보다 PGA 함유량이 증가한 청국장 B가 더 높은 ALP 활성 증가 효과를 나타내었다. 청국장의 골 석회화 형성능을 측정한 결과 역시 청국장 A보다 B가 더 높은 석회화 형성능을 나타내었다. 또한 분화 관련 유전자인 OCN, OPN, Col1, ALP 역시 청국장 B가 A보다 유전자 발현이 더 높게 나타났다. 이러한 실험 결과를 바탕으로 PGA가 증대된 청국장이 기존 청국장보다 조골세포의 활성에 효과적일 것으로 생각한다.
Cheonggukjang (CKJ) is a Korean traditional food made of fermented soybeans. In comparison to normal intake of soybeans, Cheonggukjang has high digestibility with bioactive, antioxidant substances, and thrombolytic enzymes. Recent studies have reported anti-oxidant, anti-cancer, anti-inflammatory, a...
Cheonggukjang (CKJ) is a Korean traditional food made of fermented soybeans. In comparison to normal intake of soybeans, Cheonggukjang has high digestibility with bioactive, antioxidant substances, and thrombolytic enzymes. Recent studies have reported anti-oxidant, anti-cancer, anti-inflammatory, anti-obesity activities as well as inhibitory activities against osteoporosis for CKJ. In this study, we identified the effects of CKJ on osteoblast differentiation by increasing the polyglutamic acid (PGA) content of CKJ. Alkaline phosphatase (ALP) activity and mineralization significantly increased in response to treatment with both natural CKJ (CKJ A) and PGA-increased CKJ (CKJ B). However, CKJ B exhibited higher ALP activity and mineralization than CKJ A. Real-time reverse transcription PCR demonstrated that mRNA expression of osteoblastic-associated genes such as type I collagen, alkaline phosphatase, osteocalcin, and osteopontin in C2C12 cells was significantly up-regulated by CKJ A or B treatment. These results indicate that treatment with CKJ has an anabolic effect on bone by increasing osteoblastic differentiation and ALP activity. Increasing PGA content in CKJ had a greater effect than CKJ A on up-regulation of osteoblastic gene expression in osteoblast cells.
Cheonggukjang (CKJ) is a Korean traditional food made of fermented soybeans. In comparison to normal intake of soybeans, Cheonggukjang has high digestibility with bioactive, antioxidant substances, and thrombolytic enzymes. Recent studies have reported anti-oxidant, anti-cancer, anti-inflammatory, anti-obesity activities as well as inhibitory activities against osteoporosis for CKJ. In this study, we identified the effects of CKJ on osteoblast differentiation by increasing the polyglutamic acid (PGA) content of CKJ. Alkaline phosphatase (ALP) activity and mineralization significantly increased in response to treatment with both natural CKJ (CKJ A) and PGA-increased CKJ (CKJ B). However, CKJ B exhibited higher ALP activity and mineralization than CKJ A. Real-time reverse transcription PCR demonstrated that mRNA expression of osteoblastic-associated genes such as type I collagen, alkaline phosphatase, osteocalcin, and osteopontin in C2C12 cells was significantly up-regulated by CKJ A or B treatment. These results indicate that treatment with CKJ has an anabolic effect on bone by increasing osteoblastic differentiation and ALP activity. Increasing PGA content in CKJ had a greater effect than CKJ A on up-regulation of osteoblastic gene expression in osteoblast cells.
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문제 정의
Polyglutamic acid(PGA) 함유량이 증대된 청국장이 조골세포에 미치는 영향을 세포 수준에서 관찰하고자 하였다. 조골 세포에 미치는 영향을 관찰하기 위하여 세포 생존율, 염기성인산분해효소(alkaline phosphatase, ALP) 활성, 골 석회화 형성능, 조골세포 분화 관련 유전자 발현능을 측정하였다.
따라서 본 연구에서는 청국장의 유효성분으로 보고되어 있는 γ-PGA에 대한 함량을 증대시키고 이를 HPLC를 이용하여 기존 청국장(청국장 A)과 γ-PGA가 증대된 청국장(청국장 B)의 γ-PGA 함량을 비교 탐색하였다. 또한 유효성분을 증대시킨 청국장이 기존 청국장보다 조골세포 분화에 어떠한 효과를 미치는지 검색하고자 하였다.
ALP의 발현 역시 증대되면 조골세포의 분화를 촉진한다고 알려졌다. 이를 토대로 본 실험에서는 청국장이 조골세포 분화와 관련된 유전자 발현에 미치는 영향에 대해 알아보고자 하였다.
제안 방법
γ-PGA의 함유량이 증대되도록 시료를 준비하기 위하여 청국장 발효에 사용된 동일 균주를 사용하여 Bang 등(21)의 방법을 변형하여 액체 배양물 3 L를 준비하였다. 그중 일부를 사용하고 나머지는 냉동 보관하였다.
C2C12 세포주에서 청국장 시료의 독성을 각각 조사하기 위해 MTS 실험을 수행하였다. 각각 C2C12 세포에 농도별(62.
PGA의 함량분석에 사용한 고성능 액체크로마토그래피 (HPLC)는 Agilent 1200 series(Agilent Technologies Inc., Santa Clara, CA, USA)를 사용하였으며, 검출기는 FLD (fluorescence detector)와 DAD(diode array detector)를 사용하였다. 샘플의 주입은 Agilent auto-sampler(Agilent Technologies Inc.
또한 의료분야에서는 약물 전달체, 의료용 생물접착제, 골다공증 예방 등에 이용되고 있는 것으로 알려졌다(20). 따라서 본 연구에서는 청국장의 유효성분으로 보고되어 있는 γ-PGA에 대한 함량을 증대시키고 이를 HPLC를 이용하여 기존 청국장(청국장 A)과 γ-PGA가 증대된 청국장(청국장 B)의 γ-PGA 함량을 비교 탐색하였다. 또한 유효성분을 증대시킨 청국장이 기존 청국장보다 조골세포 분화에 어떠한 효과를 미치는지 검색하고자 하였다.
Polyglutamic acid(PGA) 함유량이 증대된 청국장이 조골세포에 미치는 영향을 세포 수준에서 관찰하고자 하였다. 조골 세포에 미치는 영향을 관찰하기 위하여 세포 생존율, 염기성인산분해효소(alkaline phosphatase, ALP) 활성, 골 석회화 형성능, 조골세포 분화 관련 유전자 발현능을 측정하였다. 세포 독성이 없는 농도에서 염기성 인산분해효소 활성을 측정한 결과 농도에 의존적으로 ALP 활성이 증가하였으며, 일반 청국장 A보다 PGA 함유량이 증가한 청국장 B가 더 높은 ALP 활성 증가 효과를 나타내었다.
데이터처리
실험의 정량적인 결과는 평균값과 표준편차로 표시하였다. 통계적인 차이는 Student's t-test를 이용하여 분석하였고 P 값이 0.
실험의 정량적인 결과는 평균값과 표준편차로 표시하였다. 통계적인 차이는 Student's t-test를 이용하여 분석하였고 P 값이 0.05 이하인 경우 통계적으로 유의성이 있다고 판정하였다.
성능/효과
HPLC-FLD를 이용해 균주별 청국장 함유량을 확인하기 위해 기존의 일반적인 방법으로 발효시킨 청국장 A와 PGA의 증대를 위한 공정시술개발로 발효시킨 청국장 B의 시료를 같은 실험방법을 이용해 분석을 진행하였으며, 그 결과 시료 각각 3.060±0.086%, 5.231±0.193%의 함량이 측정되었으며, 청국장 B가 A보다 약 1.7배의 PGA 함량 증가를 확인하였다(Table 4, Fig. 2).
특히 청국장 B는 대조군보다 약 2배의 높은 활성을 나타내었으며, 청국장 B가 청국장 A보다 더 높은 ALP 활성을 나타내었다. 따라서 청국장이 조골세포의 ALP 활성을 증가시켜 조골세포의 분화에 영향을 미칠 것으로 생각하며, 청국장 B가 청국장 A보다 골 석회화 형성을 촉진시킬 것으로 생각한다(Fig. 5).
조골 세포에 미치는 영향을 관찰하기 위하여 세포 생존율, 염기성인산분해효소(alkaline phosphatase, ALP) 활성, 골 석회화 형성능, 조골세포 분화 관련 유전자 발현능을 측정하였다. 세포 독성이 없는 농도에서 염기성 인산분해효소 활성을 측정한 결과 농도에 의존적으로 ALP 활성이 증가하였으며, 일반 청국장 A보다 PGA 함유량이 증가한 청국장 B가 더 높은 ALP 활성 증가 효과를 나타내었다. 청국장의 골 석회화 형성능을 측정한 결과 역시 청국장 A보다 B가 더 높은 석회화 형성능을 나타내었다.
또한 분화 관련 유전자인 OCN, OPN, Col1, ALP 역시 청국장 B가 A보다 유전자 발현이 더 높게 나타났다. 이러한 실험 결과를 바탕으로 PGA 가 증대된 청국장이 기존 청국장보다 조골세포의 활성에 효과적일 것으로 생각한다.
또한 청국장 A보다 청국장 B가 더 높은 발현을 보였다. 이로 인하여 본 연구진은 청국장 B가 청국장 A보다 ALP, OCN, OPN, Col1 등의 유전자 발현을 증대시킴으로써 조골세포의 석회화 및 분화를 증대시켜 골다공증에 더 효과적일 것으로 생각한다(Fig. 6).
청국장을 농도별로 처리한 결과 모든 시료를 처리한 군에서 시료를 처리하지 않은 대조군보다 높은 ALP 활성을 나타내었다. 특히 청국장 B는 대조군보다 약 2배의 높은 활성을 나타내었으며, 청국장 B가 청국장 A보다 더 높은 ALP 활성을 나타내었다.
4에 나타내었다. 청국장을 처리한 모든 군에서 시료를 처리하지 않은 군보다 농도 의존적으로 높은 골 석회화 형성능을 보였으며, 청국장 A보다 청국장 B가 더 높은 골 석회화 형성능을 보였다. 최근 Choi 등(28)의 연구에서도 대두 에탄올 추출물을 조골세포에 처리하였을 때 대조군보다 골 석회화 형성이유의적으로 증가하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
발효 청국장에서 관찰되는 γ-polyglutamic acid란 무엇인가?
또한 청국장은 항산화, 항암, 항염증, 항비만, 골다공증 개선 효과 등의 다양한 생리활성이 보고돼 있으며, 이러한 이유로 건강기능 식품으로서 청국장 관련 제품의 소비가 더욱 증가하고 있다(16-18). 특히 발효한 청국장에서 나타나는 끈끈한 실 형태의 물질을 γ-polyglutamic acid(γPGA)라 하는데 D,L-glutamic acid의 중합체로 청국장과 Natto의 주성분으로 알려졌다(19). γ-PGA는 수용성, 음이 온성, 무독성, 생분해성, 생체적합성, 식용 등의 다양한 특성이 있으며, 침전제, 동결방지제, 쓴맛 감소제, 동물사료첨가제 등으로 이용되고 있다.
청국장의 생리활성 효과는 무엇인가?
청국장은 우리나라를 대표하는 전통적인 발효 식품으로써 일반 콩 섭취 시보다 소화 흡수율이 높은 이점을 가지고 있으며, 이소플라본, 피틴산, 사포닌, 토코페롤, 불포화지방산, 식이섬유, 올리고당 등의 각종 생리활성 물질과 항산화 물질 및 혈전 용해 효소가 다량 함유된 것으로 밝혀져 있다 (12-15). 또한 청국장은 항산화, 항암, 항염증, 항비만, 골다공증 개선 효과 등의 다양한 생리활성이 보고돼 있으며, 이러한 이유로 건강기능 식품으로서 청국장 관련 제품의 소비가 더욱 증가하고 있다(16-18). 특히 발효한 청국장에서 나타나는 끈끈한 실 형태의 물질을 γ-polyglutamic acid(γPGA)라 하는데 D,L-glutamic acid의 중합체로 청국장과 Natto의 주성분으로 알려졌다(19).
석회화 형성도를 확인하기 위해 사용하는 염색 염료는 무엇인가?
청국장 시료의 골 석회화 형성에 미치는 영향골 석회화 형성능은 조골세포의 분화에 중요한 표식인자로서 칼슘에 특이적으로 흡착력이 높은 식물성 염료인 alizarin을 이용해 염색하였다(22,23). 이것은 세포의 기질이 무기질화된 부분에 염색되어 석회화된 양과 염색 정도가 상호 비례하기 때문에 여러 논문에서 이를 이용하여 골 석회화 형성도를 확인하였다(24-27).
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