본 연구에서는 (E)-2-(substituted benzylidene)-2,3-dihydro-1H-cyclopenta[a]naphthalen-1-one 유도체들을 합성했으며, 합성된 유도체들이 멜라닌 생성과정의 주요 효소인 tyrosinase 활성을 저해할 수 있는지에 대하여 확인하였다. 19종류의 유도체들의 tyrosinase 저해활성을 측정해본 결과, MHY3655 ($IC_{50}=0.1456{\mu}M$)가 가장 큰 저해활성을 나타냈으며 이는 대조군인 코직산($IC_{50}=17.2{\mu}M$) 보다 큰 효능을 보였다. 게다가, Lineweaver-Burk 분석법을 이용하여 MHY3655가 경쟁적 저해 기전으로 tyrosinase 활성을 저해하였고, docking simulation으로 MHY 3655가 tyrosinase에 직접 결합함을 재확인하였다. 마지막으로, B16F10 melanoma 세포에서 MHY3655의 세포독성을 평가한 결과 $1-20{\mu}M$ 사이의 MHY3655는 세포독성을 나타내지 않았다. 이상의 결과에서, 신물질 MHY3655은 우수한 tyrosinase 저해활성을 나타내며, 이는 미백 화장품 소재로서 활용할 가치가 있으리라 사료된다.
본 연구에서는 (E)-2-(substituted benzylidene)-2,3-dihydro-1H-cyclopenta[a]naphthalen-1-one 유도체들을 합성했으며, 합성된 유도체들이 멜라닌 생성과정의 주요 효소인 tyrosinase 활성을 저해할 수 있는지에 대하여 확인하였다. 19종류의 유도체들의 tyrosinase 저해활성을 측정해본 결과, MHY3655 ($IC_{50}=0.1456{\mu}M$)가 가장 큰 저해활성을 나타냈으며 이는 대조군인 코직산($IC_{50}=17.2{\mu}M$) 보다 큰 효능을 보였다. 게다가, Lineweaver-Burk 분석법을 이용하여 MHY3655가 경쟁적 저해 기전으로 tyrosinase 활성을 저해하였고, docking simulation으로 MHY 3655가 tyrosinase에 직접 결합함을 재확인하였다. 마지막으로, B16F10 melanoma 세포에서 MHY3655의 세포독성을 평가한 결과 $1-20{\mu}M$ 사이의 MHY3655는 세포독성을 나타내지 않았다. 이상의 결과에서, 신물질 MHY3655은 우수한 tyrosinase 저해활성을 나타내며, 이는 미백 화장품 소재로서 활용할 가치가 있으리라 사료된다.
The inhibition of tyrosinase, a key enzyme in mammalian melanin synthesis, plays an important role in preventing skin pigmentation and melanoma. Therefore, tyrosinase inhibitors are very important in the fields of medicine and cosmetics. However, only a few tyrosinase inhibitors are currently availa...
The inhibition of tyrosinase, a key enzyme in mammalian melanin synthesis, plays an important role in preventing skin pigmentation and melanoma. Therefore, tyrosinase inhibitors are very important in the fields of medicine and cosmetics. However, only a few tyrosinase inhibitors are currently available because of their toxic effects on skin or lack of selectivity and stability. Therefore, we synthesized a novel series of (E)-2-(substituted benzylidene)-2,3-dihydro-1H-cyclopenta[a]naphthalen-1-one derivatives and evaluated their inhibitory effects on mushroom tyrosinase, with the aim of discovering a novel tyrosinase inhibitor. Among 19 derivatives, MHY3655 ($IC_{50}=0.1456{\mu}M$) showed the strongest inhibitory effect on tyrosinase activity compared to kojic acid ($IC_{50}=17.2{\mu}M$), a well-known tyrosinase inhibitor. In addition, MHY3655 showed competitive inhibition on Lineweaver-Burk plots. We confirmed that MHY3655 strongly interacts with mushroom tyrosinase residues through the docking simulation. Substitutions with a hydroxy group at both R2 and R4 in the phenyl ring indicated that these groups play a major role in the high binding affinity to tyrosinase. Further, MHY3655 did not show cytotoxicity at the concentrations tested in B16F10 melanoma cells. In conclusion, the novel compound MHY3655 potentially shows tyrosinase inhibitory activity, and it could be used as an ingredient in whitening cosmetics.
The inhibition of tyrosinase, a key enzyme in mammalian melanin synthesis, plays an important role in preventing skin pigmentation and melanoma. Therefore, tyrosinase inhibitors are very important in the fields of medicine and cosmetics. However, only a few tyrosinase inhibitors are currently available because of their toxic effects on skin or lack of selectivity and stability. Therefore, we synthesized a novel series of (E)-2-(substituted benzylidene)-2,3-dihydro-1H-cyclopenta[a]naphthalen-1-one derivatives and evaluated their inhibitory effects on mushroom tyrosinase, with the aim of discovering a novel tyrosinase inhibitor. Among 19 derivatives, MHY3655 ($IC_{50}=0.1456{\mu}M$) showed the strongest inhibitory effect on tyrosinase activity compared to kojic acid ($IC_{50}=17.2{\mu}M$), a well-known tyrosinase inhibitor. In addition, MHY3655 showed competitive inhibition on Lineweaver-Burk plots. We confirmed that MHY3655 strongly interacts with mushroom tyrosinase residues through the docking simulation. Substitutions with a hydroxy group at both R2 and R4 in the phenyl ring indicated that these groups play a major role in the high binding affinity to tyrosinase. Further, MHY3655 did not show cytotoxicity at the concentrations tested in B16F10 melanoma cells. In conclusion, the novel compound MHY3655 potentially shows tyrosinase inhibitory activity, and it could be used as an ingredient in whitening cosmetics.
따라서, 본 연구에서는 새롭게 합성된 19종류의 (E)-2-(substituted benzylidene)-2,3-dihydro-1H-cyclopenta[a]naphthalen-1-one 유도체들이 tyrosinase 활성에 대한 억제효과를 나타내는지 조사하였으며, 그 중에서 신물질 MHY3655가 우수한 ty-rosinase 저해활성을 나타냄을 확인하였다. ;
제안 방법
본 연구는 기존에 tyrosinase 저해활성제로 알려진 코직산보다 우수한 미백효과를 나타내는 합성물질을 개발하기 위해 (E)-2-(substituted benzylidene)-2,3-dihydro-1H-cyclopenta[a] naphthalen-1-one 유도체들을 설계한 뒤 합성하였다. 합성된 화합물은 tyrosinase 저해활성 측정, enzyme kinetic assay, In silico protein-ligand docking simulation, 세포 증식 억제 실험을 통하여 우수한 tyrosinase 저해능을 가진 물질임을 확인하였다.
대상 데이터
본 실험에 사용한 세포는 생쥐에서 유래한 악성 흑색종 세포주인 B16F10으로 세포는 한국세포주은행(Seoul, Korea)에서 구입하였다. B16F10 세포는 DMEM 배지로 5% Fetal Bovine Serum (FBS)와 항생제(Antibiotic antimycotic)를 첨가하였다.
데이터처리
본 연구 모든 실험의 결과는 3회 이상 반복하여 실시하여 평균값으로 나타내었다. 대조군과 실험군의 통계학적 유의성 검정은 one-way ANOVA 검정을 적용하였으며 p<0.05 수준에서 유의성 검정을 실시하였다. ;
성능/효과
본 연구는 기존에 tyrosinase 저해활성제로 알려진 코직산보다 우수한 미백효과를 나타내는 합성물질을 개발하기 위해 (E)-2-(substituted benzylidene)-2,3-dihydro-1H-cyclopenta[a] naphthalen-1-one 유도체들을 설계한 뒤 합성하였다. 합성된 화합물은 tyrosinase 저해활성 측정, enzyme kinetic assay, In silico protein-ligand docking simulation, 세포 증식 억제 실험을 통하여 우수한 tyrosinase 저해능을 가진 물질임을 확인하였다. ;
후속연구
게다가, 코직산은 유용성(oil soluble)이 아니며 장기간 보관시 고온에 불안정하여 oil을 기본으로 하는 화장품에 첨가하지 못하는 단점이 있다[7]. 따라서, 우리가 합성한 신물질 MHY3655는 코직산보다 우수한 미백제로서의 가능성이 있음을 시사하며 앞으로 세포나 인공피부실험을 통하여 코직산보다 멜라닌 생성억제 효과가 크게 나타나는지 그리고 안전성 평가에 대한 깊이 있는 실험이 요구된다. ;
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
멜라닌은 무엇인가?
멜라닌(melanin)은 여러 동물들의 피부나 눈 등의 조직에 존재하는 흑색 또는 갈색 색소를 총칭한다[11]. 특히, 멜라닌은 사람의 피부색을 결정하는 중요한 요소로써 인종에 따라서 멜라닌 발현 유전자가 다르고 이에 따라 멜라닌 세포의 양이 조절되어 피부색이 결정된다[9].
코직산이 색소침착을 막는 기전은 무엇인가?
현재 화장품 분야에는 이러한 멜라닌 형성과정의 불균형으로 인한 색소침착을 막기 위하여 tyrosinase을 타겟하는 물질들을 개발 중이며 대표적으로 코직산(kojic acid)을 들수 있다. 코직산은 tyrosinase 활성 부위의 copper를 chelating하여 tyrosine에서 DOPA로 그리고 DOPA에서 DOPA quinone으로 진행되는 과정을 저해한다[2]. 코직산은 안전성의 문제로 금지되었다가 다시 사용되고 있으나 논쟁의 여지가 있다[4].
MHY3655이 코직산 보다 나은 색소침착 저해물질이라고 생각되는 까닭은 무엇인가?
마지막으로, MHY3655가 세포독성을 나타내는지 확인하기 위하여, MHY3655를 농도별(1, 2, 5, 10 μl)로 B16F10 세포에 처리하여 48시간 동안 반응시켰다. 그 결과, 모든 농도에서 B16F10 세포에 대한 독성을 나타내지 않았다(Fig. 4).
참고문헌 (14)
Alaluf, S., Heath, A., Carter, N., Atkins, D., Mahalingam, H., Barrett, K., Kolb, R. and Smit, N. 2001. Variation in melanin content and composition in type V and VI photoexposed and photoprotected human skin: The dominant role of DHI. Pigment Cell Res. 14, 337-347.
Battaini, G., Monzani, E., Casella, L., Santagostini, L. and Pagliarin, R. 2000. Inhibition of the catecholase activity of biomimetic dinuclear copper complexes by kojic acid. J. Biol. Inorg. Chem. 5, 262-268.
Cheng, S. L., Huang, L. R., Sheu, J. N., Chen, S. T., Sinchaikul, S. and Tsay, G. J. 2006. Toxicogenomics of kojic acid on gene expression profiling of a375 human malignant melanoma cells. Biol. Pharm. Bull. 29, 655-669.
Garcia-Gavin, J., Gonzalez-Vilas, D., Fernandez-Redondo, V. and Toribio, J. 2010. Pigmented contact dermatitis due to kojic acid. A paradoxical side effect of a skin lightener. Contact Derm. 62, 63-64.
Kvam, E. and Tyrrell, R. M. 1999. The role of melanin in the induction of oxidative DNA base damage by ultraviolet a irradiation of DNA or melanoma cells. J. Invest. Dermatol. 113, 209-213.
Lajis, A. F., Hamid, M. and Ariff, A. B. 2012. Depigmenting effect of Kojic acid esters in hyperpigmented B16F1 melanoma cells. J. Biomed. Biotechnol. 2012, 952452.
No, J. K., Soung, D. Y., Kim, Y. J., Shim, K. H., Jun, Y. S., Rhee, S. H., Yokozawa, T. and Chung, H. Y. 1999. Inhibition of tyrosinase by green tea components. Life Sci. 65, PL241-246.
Sturm, R. A., Box, N. F. and Ramsay, M. 1998. Human pigmentation genetics: the difference is only skin deep. Bioessays 20, 712-721.
Trott, O. and Olson, A. J. 2010. AutoDock Vina: improving the speed and accuracy of docking with a new scoring function, efficient optimization, and multithreading. J. Comput. Chem. 31, 455-461.
Wolber, G. and Langer, T. 2005. LigandScout: 3-D pharmacophores derived from protein-bound ligands and their use as virtual screening filters. J. Chem. Inf. Model 45, 160-169.
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