본 연구에서는 가시오갈피 물 추출물(ASW)를 이용하여 아직 시도된 바가 없는 HepG2 세포 내 포도당 유입과정 및 glucokinase(GK) 활성을 통한 포도당 이용대사 실험을 수행하였다. 포도당의 세포 내 유입은 GLUT2의 transcription factor들 중 하나인 $HNF-1{\alpha}$의 활성화로 GLUT2의 유전자 발현이 증가하여 이루어지는 것을 확인하였다. GK 활성 측정 결과 ASW가 GK를 활성화하여 포도당의 인산화에 영향을 주는 것을 확인하였고 AMP-activated protein kinase의 인산화 증가로 glycolysis에 관여하는 효소인 GK의 단백질 발현은 증가하고, gluconeogenesis에 관여하는 phosphoenolpyruvate carboxykinase의 단백질 발현은 감소하는 것을 확인하였다. 그리고 인산화된 포도당이 glycogen으로 전환 저장되는 메커니즘을 pPI3k-pAkt-pGSK-$3{\beta}$의 단계별 단백질 발현을 확인함으로써 검증하였으며, glycogen 함량 측정을 통해 확인하였다. 본 연구를 통해 ASW가 다양한 메커니즘에 작용하여 당뇨의 예방 및 개선에 활용할 수 있는 잠재적 소재임을 확인하였고, 이는 ASW가 천연 기능성 소재로서의 개발가치가 높음을 시사한다.
본 연구에서는 가시오갈피 물 추출물(ASW)를 이용하여 아직 시도된 바가 없는 HepG2 세포 내 포도당 유입과정 및 glucokinase(GK) 활성을 통한 포도당 이용대사 실험을 수행하였다. 포도당의 세포 내 유입은 GLUT2의 transcription factor들 중 하나인 $HNF-1{\alpha}$의 활성화로 GLUT2의 유전자 발현이 증가하여 이루어지는 것을 확인하였다. GK 활성 측정 결과 ASW가 GK를 활성화하여 포도당의 인산화에 영향을 주는 것을 확인하였고 AMP-activated protein kinase의 인산화 증가로 glycolysis에 관여하는 효소인 GK의 단백질 발현은 증가하고, gluconeogenesis에 관여하는 phosphoenolpyruvate carboxykinase의 단백질 발현은 감소하는 것을 확인하였다. 그리고 인산화된 포도당이 glycogen으로 전환 저장되는 메커니즘을 pPI3k-pAkt-pGSK-$3{\beta}$의 단계별 단백질 발현을 확인함으로써 검증하였으며, glycogen 함량 측정을 통해 확인하였다. 본 연구를 통해 ASW가 다양한 메커니즘에 작용하여 당뇨의 예방 및 개선에 활용할 수 있는 잠재적 소재임을 확인하였고, 이는 ASW가 천연 기능성 소재로서의 개발가치가 높음을 시사한다.
This study aimed to investigate glucose uptake mechanisms and metabolic mechanisms for absorbed glucose in HepG2 cells treated with Acanthopanax senticosus water extract (ASW). A colorimetric assay kit was used to measure polyphenol content, glucokinase (GK) activity, glucose uptake, glucose consump...
This study aimed to investigate glucose uptake mechanisms and metabolic mechanisms for absorbed glucose in HepG2 cells treated with Acanthopanax senticosus water extract (ASW). A colorimetric assay kit was used to measure polyphenol content, glucokinase (GK) activity, glucose uptake, glucose consumption in cell culture medium, and glycogen content. RT-PCR and western blotting were performed to examine changes in the expression levels of glucose transporter 2 (GLUT2), hepatocyte nuclear factor $1{\alpha}$ ($HNF-1{\alpha}$), phosphatidylinositol 3-kinase (PI3k), protein kinase B (Akt), phospho-AMP-activated protein kinase (AMPK), phosphoenolpyruvate carboxykinase, GK, and glycogen synthase kinase $3{\beta}$ ($GSK3{\beta}$). Increased glucose uptake upon ASW treatment was confirmed to result from increased expression of $HNF-1{\alpha}$, which is one of the transcription factors acting on the GLUT2 promoter. From the measurements of GK activity, we observed that ASW had an effect on glucose phosphorylation, and we also confirmed that increased AMPK phosphorylation promoted glycolysis and suppressed gluconeogenesis. We confirmed that the increase in glycogen upon ASW treatment was induced by activation of Akt by PI3k, followed by phosphorylation of $GSK3{\beta}$. This study demonstrates that ASW activates glucose metabolic mechanisms in liver cells and is therefore a potential candidate to alleviate diabetes.
This study aimed to investigate glucose uptake mechanisms and metabolic mechanisms for absorbed glucose in HepG2 cells treated with Acanthopanax senticosus water extract (ASW). A colorimetric assay kit was used to measure polyphenol content, glucokinase (GK) activity, glucose uptake, glucose consumption in cell culture medium, and glycogen content. RT-PCR and western blotting were performed to examine changes in the expression levels of glucose transporter 2 (GLUT2), hepatocyte nuclear factor $1{\alpha}$ ($HNF-1{\alpha}$), phosphatidylinositol 3-kinase (PI3k), protein kinase B (Akt), phospho-AMP-activated protein kinase (AMPK), phosphoenolpyruvate carboxykinase, GK, and glycogen synthase kinase $3{\beta}$ ($GSK3{\beta}$). Increased glucose uptake upon ASW treatment was confirmed to result from increased expression of $HNF-1{\alpha}$, which is one of the transcription factors acting on the GLUT2 promoter. From the measurements of GK activity, we observed that ASW had an effect on glucose phosphorylation, and we also confirmed that increased AMPK phosphorylation promoted glycolysis and suppressed gluconeogenesis. We confirmed that the increase in glycogen upon ASW treatment was induced by activation of Akt by PI3k, followed by phosphorylation of $GSK3{\beta}$. This study demonstrates that ASW activates glucose metabolic mechanisms in liver cells and is therefore a potential candidate to alleviate diabetes.
이에 본 연구에서는 가시오갈피 물 추출물(ASW)을 이용하여 HepG2 세포에서 포도당 수송 및 흡수와 관련된 기전 그리고 glycogen 저장 기전 연구를 통해 혈당감소 기전에 미치는 ASW의 영향을 예측하고 당뇨 예방 소재로서의 이용 가능성을 제시하고자 한다.
제안 방법
ASW가 HepG2 세포에서 glucose uptake에 미치는 영향은 glucose uptake colorimetric assay kit(Biovision,Milpitas, CA, USA)을 사용하여 실험하였다. 즉 HepG2 세포를 96-well plates에 1×105 cells/mL로 분주한 다음 24시간 동안 배양한 후 FBS가 없는 배지로 교체하여 24시간 더 배양하였다.
GLUT2는 다른 GLUTs와는 다르게 인슐린의 영향을 받지 않고 포도당에 의해 GLUT2의 발현이 유도된다고 보고되고 있다(30). 따라서 ASW가 GLUT2의 발현에 미치는 영향을 검증하기 위해 HepG2 세포에서 GLUT2의 mRNA와 protein 발현 및 이를 조절한다고 알려진 hepatocyte nuclear factors(HNF-1α)(31)의 protein 발현을 확인하였다. ASW 1.
대상 데이터
실험에 이용된 가시오갈피는 (주)휴먼허브(Gyeongsan,Korea)에서 구매하여 사용하였다. 건조된 시료(30 g)는 정선 후 분쇄기(FM-681C, Hanil Electric.
데이터처리
모든 실험 결과는 3회 이상 반복하여 평균(mean)±표준편차(standard deviation, SD)로 나타내었다. 통계분석에 의한 유의성(P<0.05) 검증은 SPSS(Statistical Package for Social Sciences) program의 one-way ANOVA test로 집단 비교분석을 하고 독립 실험군 간 유의성은 t-test를 통해 검증하였다.
이론/모형
GK 활성은 hexokinase colorimetric assay kit(Abcam,Cambridge, MA, USA)을 사용하여 실험하였다. GK 활성에 의해 생성된 glucose-6-phosphate(G6P)가 G6P dehydrogenase(G6PDH)와 반응할 때 nicotinamide adeninedinucleotide phosphate(NADP+)가 NADPH로 환원되는 것을 이용하여 GK 활성도를 측정하였다. ASW(1.
성능/효과
1% 증가하였다. 간세포에 glucose가 유입되면 insulin independent 상황에서 glucose가 glycogen으로 전환되어 저장될 수 있다는 연구 결과(49)를 바탕으로 ASW가 GS의 활성에 미치는 직접적인 연구 결과는 확보하지는 못하였으나 PI3k-Akt-GSK3β로 이어지는 활성화 단계를 확인함으로써 ASW에 의한 glucose의 glycogen 전환 및 저장 기전을 유추할 수 있었다.
HepG2 세포에서 ASW처리에 의해 인산화되어 활성화된 AMPK의 증가로 glycolysis 관련 효소인 GK는 활성화되었으며 gluconeogenesis에 관계있는 PEPCK는 감소되었다. 이는 ASW가 포도당 이용은 증가시키는 반면 포도당 재생성 과정은 억제하여 간 조직에서 포도당 이용대사를 촉진할 수 있음을 보여준다.
4배 유의하게 발현이 증가하였다. 이를 통해 ASW 처리가 HepG2세포에서 GLUT2 mRNA 발현을 증가시켰고 증가한 mRNA가 안정적으로 단백질 합성에 영향을 주었음을 확인하였다. 이는 인슐린 비의존적인 상황에서 ASW가 GLUT2에 의한 배양배지 내 glucose의 HepG2 세포 내로의 유입을 유도할 수 있음을 의미한다.
후속연구
Chiisanoside는 혈당저하작용, 항암효과, 면역기능 증진(51,52),acanthoside D는 간기능 개선, 면역기능 증진 및 콜레스테롤 수치 저하 등에 효능이 있는 것으로 알려져 있다(53-55). 따라서 종합적으로 판단할 경우 배당체들이 포도당 수송 및 흡수와 관련된 주요 활성물질로 예측되며, 향후 가시오갈피의 주요 성분 중 어떠한 물질이 작용할 것인지 추가 연구가 진행되어야 할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
당뇨병이 생기는 이유는?
국내외적으로 유병률이 높은 당뇨병(diabetes mellitus)은 만성적인 대사성 질환으로 운동 및 식이요법과 함께 약물요법이 절대적으로 필요한 질환이다(1,2). 당뇨는 만성적인고혈당이 특징인 질환으로 췌장의 β세포에서 인슐린 분비 부족이나 인슐린 수용체의 이상으로 인한 인슐린 저항성 증가에 의해 유발된다(3). 당뇨병 관리의 최종목표는 이상적인 혈당 수준을 지속해서 유지하고, 당뇨로 인해 발생하는 합병증을 지연시키거나 예방하는 것이다(4).
당뇨병 관리의 최종목표는?
당뇨는 만성적인고혈당이 특징인 질환으로 췌장의 β세포에서 인슐린 분비 부족이나 인슐린 수용체의 이상으로 인한 인슐린 저항성 증가에 의해 유발된다(3). 당뇨병 관리의 최종목표는 이상적인 혈당 수준을 지속해서 유지하고, 당뇨로 인해 발생하는 합병증을 지연시키거나 예방하는 것이다(4). 당뇨병에 의한 합병증으로는 신장 기능장애, 당뇨병성 망막변증, 동맥경화증 등이 있으며 심각할 경우 생명에 위협을 받아 사망에 이르게 된다(5).
당뇨병으로 인한 합병증은 어떤 게 있는가?
당뇨병 관리의 최종목표는 이상적인 혈당 수준을 지속해서 유지하고, 당뇨로 인해 발생하는 합병증을 지연시키거나 예방하는 것이다(4). 당뇨병에 의한 합병증으로는 신장 기능장애, 당뇨병성 망막변증, 동맥경화증 등이 있으며 심각할 경우 생명에 위협을 받아 사망에 이르게 된다(5). 당뇨병의 증세를 개선하기 위해 사용되는 약물요법 중 경구용 혈당 강하제는 대부분 합성의약품으로 sulfonylurea,biguanide, voglibose, meglitinide, thiazolidinedione,acarbose가 있으나 장기간 약물 복용으로 인한 부작용이 나타나고 있다(6).
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