[논문]스트렙토조토신으로 유도된 신경세포사멸에서 비타민 C의 보호 기전 연구

이승희; 한경훈; 김현준; 박광성; 한성희; 김정희; 허재혁

doi:10.9799/ksfan.2018.31.4.457

[국내논문] 스트렙토조토신으로 유도된 신경세포사멸에서 비타민 C의 보호 기전 연구
Study on the Protective Mechanism of Vitamin C in the SH-SY5Y Cell Death Induced by the Streptozotocin 원문보기

한국식품영양학회지 = The Korean journal of food and nutrition, v.31 no.4, 2018년, pp.457 - 463

이승희 (서울의료원 의학연구소) , 한경훈 (서울의료원 의학연구소) , 김현준 (서울의료원 의학연구소) , 박광성 (서울의료원 의학연구소) , 한성희 (고려대학교 안암병원 의생명연구센터) , 김정희 (서울의료원 신경외과) , 허재혁 (서울의료원 신경과)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we analyzed the protective effects of the vitamin C in the streptozotocin (STZ)-induced apoptosis using the SH-SY5Y, a neuroblastoma cell line. The cells were pretreated with the vitamin C ($100{\mu}g$) for 30 min, followed by the 24-hr treatment with the 2.5-mM STZ. The cell-viability assay using the Cell Counting Kit (CCK)-8 revealed the cell-survival rate increased by 15% following the vitamin-C pretreatment compared to the STZ-only treatment. Moreover, we conducted the western-blot analysis to determine the protective effect of the vitamin C regarding the apoptosis. Compared to those in the STZ-only-treatment group, the p-ERK and Bcl-2 expressions increased in the vitamin-C-pretreatment group, whereas the p-JNK and Bax expressions decreased. The vitamin-C pretreatment increased the expression of the SOD-1, an antioxidant enzyme, by more than 30%, indicating its protective role in the STZ-induced oxidative stress. Also, we found both the intrinsic- and extrinsic-pathway mechanisms of the STZ-induced apoptosis. The results of this study $s{\mu}ggest$ vitamin C may help prevent the neurodegenerative diseases.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

따라서 본 연구에서는 STZ를 이용하여 SH-SY5Y 신경세포 손상을 유도한 후, 비타민 C에 의한 세포 보호효과와 세포 내 기전을 살펴보고자 하였다.

제안 방법

외인성 경로는 외부에서 내부로 세포사멸 신호를 전달하는 경로이며, Tumor necrosis factor(TNF)-α 등이 사멸 수용체와 결합하여 caspase-3를 활성화 시켜 진행되고, 내인성 경로는 미토콘드리아에서 Bcl-2의 조절로 Bax가 외막에 구멍을 내어 cytochrome C가 방출되면서 caspase-9을 활성화시키고, 이차적으로 caspase-3를 활성화 시키면서 진행이 된다(Gross 등1999; Degenhardt 등 2006). 이에 본 연구에서는 STZ으로 유도된 세포사멸에서 미토콘드리아 경로를 통한 세포자멸사의 대표적 인자인 Bcl-2와 Bax의 단백질 발현이 비타민 C에 의해서 조절되는지 살펴보았다. 세포사멸을 촉진하는 Bax 단백질의 경우, STZ 처리군에서 대조군과 비교 시, 단백질 발현이 유의적으로 증가하는 것을 확인할 수 있었으며, 비타민 C 전처리에 의해 Bax 단백질의 발현이 감소됨을 확인할 수 있었다(Fig.

대상 데이터

본 실험에서 사용한 SH-SY5Y 신경세포는 American Type Culture Collection(ATCC, USA)에서 구입하여 사용하였다. 10% FBS(Gibco, USA)와 항생제(Gentamycin, Gibco, USA) 50μg/mL가 포함된 DMEM 배지에 접종하여 37℃, 5% CO2 incubator(Thermo, USA)에서 배양하였다.

데이터처리

모든 실험은 3회 이상 반복 실시하여 SPSS 20.K를 이용하여 one way ANOVA를 시행하였으며, 유의적인 차이를 p<0.05수준에서 검증하였다.

이론/모형

세포 생존률은 Cell Counting Kit-8(CCK-8, Dojindo, Japan)으로 측정하였다. SH-SY5Y 신경세포를 96-well plate에 1×104/well로 접종한 후 24시간 동안 배양하였으며, 세포 독성을 알아보기 위해 STZ(Sigma, USA)과 비타민 C(L-Ascorbic acid, Sigma, USA)를 농도와 시간에 따라 각각 처리하였다.

성능/효과

5 mM을 처리하였다. 24시간 세포 배양 후 CCK-8 assay를 이용하여 SH-SY5Y 세포의 세포 생존율을 확인한 결과, STZ 처리군보다 비타민 C를 전처리한 군에서 SH-SY5Y 신경세포 생존율이 15% 정도 유의적으로 증가하는 것을 확인할 수 있었다(Fig. 2(A)). 또한, 위상차현미경을 통하여 대조군과 STZ 처리군의 SH-SY5Y 신경세포의 형태를 비교 관찰한 결과, STZ 처리군의 세포들은 응축과 신경돌기 감소가 일어났으나, 비타민 C 전처리군에서는STZ 처리군에 비해 세포의 응축과 신경돌기 감소가 줄어든 것을 확인할 수 있었다(Fig.
비타민 C 처리 시 ERK의 인산화가 증가하며, 세포증식을 유도하는 것으로 확인하였으며, ERK와는 반대로 염증, 세포사멸과 관련된JNK의 인산화는 비타민 C에 의해 인산화가 억제되는 것으로 확인되었다. 또한 STZ는 Bax 단백질의 발현 증가와 Bcl-2단백질의 발현을 감소시켰으며, apoptosis antibody array로 확인한 결과, Cytochrome C가 유도됨을 확인하였다. 이뿐만 아니라, 비타민 C 처리에 의해 Bcl-2가 증가하여 세포사멸이 억제되는 것을 확인하였으며, 항산화 효소인 Sod-1의 발현을 증가하는 것 또한 확인하였다.
본 연구를 통하여 STZ로 유도된 SH-SY5Y 신경세포 손상에서 비타민 C가 여러 기전을 통하여 세포자멸사를 억제하여 세포를 보호하는 효과가 있는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 연구는 일부 기전들만을 확인한 것으로 추후 연구에서는 다양한 비타민 C의 농도 및 처리시간에 따른 기전의 차이를 분석하고, 실험동물을 통한 검증 및 스트렙토조토신에 의한 아밀로이드베타와 타우의 관련성을 확인하고자 한다.
비타민 C가 신경세포를 보호하는 기전을 알아보기 위하여 세포자멸사 과정에서 신호전달을 통해 다양한 유전자를 발현시키는 MAPKs의 인산화를 살펴보았다. 비타민 C 처리 시 ERK의 인산화가 증가하며, 세포증식을 유도하는 것으로 확인하였으며, ERK와는 반대로 염증, 세포사멸과 관련된JNK의 인산화는 비타민 C에 의해 인산화가 억제되는 것으로 확인되었다. 또한 STZ는 Bax 단백질의 발현 증가와 Bcl-2단백질의 발현을 감소시켰으며, apoptosis antibody array로 확인한 결과, Cytochrome C가 유도됨을 확인하였다.

후속연구

본 연구를 통하여 STZ로 유도된 SH-SY5Y 신경세포 손상에서 비타민 C가 여러 기전을 통하여 세포자멸사를 억제하여 세포를 보호하는 효과가 있는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 연구는 일부 기전들만을 확인한 것으로 추후 연구에서는 다양한 비타민 C의 농도 및 처리시간에 따른 기전의 차이를 분석하고, 실험동물을 통한 검증 및 스트렙토조토신에 의한 아밀로이드베타와 타우의 관련성을 확인하고자 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	스트렙토조토신이란?	스트렙토조토신(Streptozotocin: STZ)은 glucosamine-nitroso- urea 화합물로써 항생제로 사용되었으나, 췌장에서 인슐린을 분비하는 베타세포(beta cell)에 작용한다는 것을 알게 된 후, 당뇨병 실험동물 모델을 만드는데 많이 사용되어지고 있다(Junod 등 1967). 당뇨 유발 기전은 STZ 처리 시, ROS에 의한 베타세포의 손상이라고 알려져 있으며, 세포에 처리 시 free radical을 생성하여 DNA를 손상시킨 후, 세포 사멸을 유도하며, 지질 과산화를 일으키는 것으로 보고되었다(Zheng 등 2015).
	알츠하이머병에서 나타나는 세포 수준의 현상은?	그 중 노년기에 발생하는 치매의 가장 흔한 형태인 알츠하이머병(Alzheimer’s Disease: AD)은 기억상실과 인지 장애를 수반하는 신경퇴행성 질환이다(Masters& Beyreuther 2006). 알츠하이머병은 시냅스 소실과 세포 외 beta-amyloid(Aβ)의 축적, 신경반(neuritic plaque) 그리고 세포 내 신경원섬유 다발(Neurofibrillary Tangle: NFT)에서 과인산화된 tau가 나타난다(Hutton 등 1998; Younkin 1998; Sisodia1999). 그러나 알츠하이머병은 오랜 연구 기간에도 불구하고, 현재까지 병의 정확한 원인이나 병리학적 메커니즘이 밝혀지지 않았으며, 병의 주요 원인으로 에너지 대사 이상, 산화적 스트레스, 그리고 미토콘드리아 장애가 기인한다고 알려져 왔다.
	당뇨병 실험동물 모델을 만들 때 사용되는 STZ의 작용 기작은?	스트렙토조토신(Streptozotocin: STZ)은 glucosamine-nitroso- urea 화합물로써 항생제로 사용되었으나, 췌장에서 인슐린을 분비하는 베타세포(beta cell)에 작용한다는 것을 알게 된 후, 당뇨병 실험동물 모델을 만드는데 많이 사용되어지고 있다(Junod 등 1967). 당뇨 유발 기전은 STZ 처리 시, ROS에 의한 베타세포의 손상이라고 알려져 있으며, 세포에 처리 시 free radical을 생성하여 DNA를 손상시킨 후, 세포 사멸을 유도하며, 지질 과산화를 일으키는 것으로 보고되었다(Zheng 등 2015). 최근 연구에서는 스트렙토조토신을 투여한 당뇨병 실험동물 모델의 뇌에서 초기 신경퇴행성 질환의 병리학적 변화인 염증 및 산화적 스트레스, 그리고 생화학적 변화가 나타나는 것을 확인하였다(Wohaieb & Godin 1987).

참고문헌 (24)

Cunnane S, Nugent S, Roy M, Courchesne-Loyer A, Croteau E, Tremblay S, Castellano A, Pifferi F, Bocti C, Paquet N, Begdouri H, Bentourkia M, Turcotte E, Allard M, Barberger-Gateau P, Fulop T, Rapoport SI. 2011. Brain fuel metabolism, aging, and Alzheimer's disease. Nutrition 27:3-20

상세보기
Degenhardt K, Mathew R, Beaudoin B, Bray K, Anderson D, Chen G, Mukherjee C, Shi Y, Geliinas C, Fan Y, Nelson DA, Jin S, White E. 2006. Autophagypromotes tumor cell survival and restricts necrosis, inflammation and tumorigenesis. Cancer Cell 10:51-64

상세보기
Du J, Cullen JJ, Buettner GR. 2012. Ascorbic acid: Chemistry, biology and the treatment of cancer. Biochim Biophys Acta 1826:443-457
Gross A, McDonnell JM, Korsmeyer SJ. 1999. Bcl-2 familymembers and the mitochondria in apoptosis. Genes Dev 13:1899-1911

상세보기
Heo HJ, Lee CY. 2005. Strawberry and its anthocyanins reduce oxidative stress-induced apoptosis in PC12 cells. J Agric Food Chem 53:1984-1989

상세보기
Hoyer S. 1993. Abnormalities in brain glucose utilization and its impact on cellular and molecular mechanisms in sporadic dementia of Alzheimer type. Ann N Y Acad Sci 695:77-80

상세보기
Hutton M, Perez-Tur J, Hardy J. 1998. Genetics of Alzheimer's disease. Essays Biochem 33:117-131

상세보기
Jeong YS, Hwang BS, Cho SM, Hwang KA, Hwang IG. 2017. Antioxidant and anti-diabetic, anti-Alzheimer activities of stem from Opuntia ficus-indica var. saboten cultivated in Jeju at harvest time. Korean J Food Nutr 30:1332-1340
Junod A, Lambert AE, Orci L, Pictet R, Gonet AE, Renold AE. 1967. Studies of the diabetogenic action of streptozotocin. Proc Soc Exp Biol Med 126:201-205

상세보기
Kim MO, Jang SM. 2004. Effects of various proteins on the autoxidation of L-ascorbic acid. Korean J Food Nutr 17:294-301
Knott AB, Perkins G, Schwarzendacher R, Bossy-Wetzell E. 2008. Mitochondrial fragmentation in neurodegeneration. Nat Rev Neurosci 9:505-518

상세보기
Kwon KH, Lim HY, Chung MJ. 2014. Neuroprotective effects of bread containing Cirsium setidens or Aster scaber. J Korean Soc Food Sci Nutr 43:829-835

원문보기 상세보기
Masters CL, Beyreuther K. 2006. Alzheimer's centennial legacy: Prospects for rational therapeutic intervention targeting the $A{\beta}$ amyloid pathway. Brain 129:2823-2839

상세보기
Mattson MP, Partin J, Begley JG. 1998. Amyloid ${\beta}$ -peptide induces apoptosis-related events in synapses and dendrites. Brain Res 807:167-176

상세보기
Park KJ, Gaynor RB, Kwak YT. 2003. Heat shock protein 27 association with the $I{\kappa}B$ kinase complex regulates tumor necrosis factor ${\alpha}$ -induced NF- ${\kappa}$ B activation. J Biol Chem 15:35272-352278
Reynolds A, Lauriea C, Mosleya RL, Gendelmana HE. 2007. Oxidative stress and the pathogenesis of neurodegenerative disorders. Int Rev Neurobiol 82:297-325
Sayers TJ. 2011. Targeting the extrinsic apoptosis signaling pathway for cancer therapy. Cancer Immunol Immunother 60:1173-1180

상세보기
Sisodia SS. 1999. Alzheimer's disease: Perspectives for the new millennium. J Clin Invest 104:1169-1170

상세보기
Sotiriou S, Gispert S, Cheng J, Wang Y, Chen A, Hoogstraten-Miller S, Miller GF, Kwon O, Levine M, Guttentag SH, Nussbaum RL. 2002. Ascorbic-acid transporter Slc23a1 is essential for vitamin C transport into the brain and for perinatal survival. Nat Med 8:514-517

상세보기
Stanciu M, Wang Y, Kentor R, Burke N, Watkins S, Kress G, Reynolds I, Klann E, Angiolieri MR, Johnson JW, DeFranco DB. 2000. Persistent activationof ERK contributes to glutamate-induced oxidative toxicity in a neuronal cell line and primary cortical neuron cultures. J Biol Chem 275:12200-12206

상세보기
Wang C, Youle RJ. 2009. The role of mitochondria in apoptosis. Annu Rev Genet 43:95-118

상세보기
Wohaieb SA, Godin DV. 1987. Starvation-related alterations in free radical tissue defense mechanisms in rats. Diabetes 36:169-173

상세보기
Younkin SG. 1998. The role of $A{\alpha}$ 42 in Alzheimer's disease. J Physiol Paris 92:289-292

상세보기
Zheng S, Zhao M, Ren Y, Wu Y, Yang J. 2015. Sesamin suppresses STZ induced INS-1 cell apoptosis through inhibition of NF- ${\kappa}$ B activation and regulation of Bcl-2 family protein expression. Eur J Pharmacol 750:52-58

상세보기

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증