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홍조류인 Gracilaria vermiculophylla 추출물에 의한 노화 골수유래 중간엽줄기세포의 항노화 및 분화능력 개선 효과

Extracts from Gracilaria vermiculophylla Prevent Cellular Senescence and Improve Differentiation Potential in Replicatively Senescent Human Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells

생명과학회지 = Journal of life science, v.28 no.9 = no.221, 2018년, pp.1042 - 1047  

정신구 (조선대학교 자연과학대학 생명과학과) ,  조태오 (조선대학교 자연과학대학 생명과학과) ,  조광원 (조선대학교 자연과학대학 생명과학과)

초록
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홍조류인 꼬물꼬시래기(Gracilaria vermiculophylla)는 전 세계의 해변 지역에 널리 퍼져 있으며 아시아 국가에서 식량 자원으로 이용되어왔다. 이전 연구에 따르면, Gracilaria 속 홍조류 추출물에서 항산화 및 항염증 효과가 보고 되었다. 본 연구에서는 노화된 인간의 골수 유래 중간엽 줄기세포(hBM-MSCs)를 이용하여 Gracilaria vermiculophylla 추출물(GV-Ex)의 항노화 효과를 조사하였다. MTT 분석와 immunoblot 분석(apoptotic protein p53과 cleaved caspase-3)을 이용하여, GV-Ex 전처리는 산화적 스트레스에 의해 손상된 hBM-MSCs의 세포생존력을 향상시킴을 확인하였다. 또, 세포내 생성된 ROS는 장기간 배양 된 MSCs (Passages 17; P-17)와 P-7 MSC에서 측정하여 서로 비교하였는데, P-17 MSC에서 증가되었고, GV-Ex 처리하면(GV-Ex treated P-17 MSCs) 유의하게 감소되었다. 또한, 항산화 효소인 SOD1와 SOD2, CAT의 발현 역시 GV-Ex 처리함에 따라 복원됨을 관찰하였다. 노화 표지단백질인 p53와 p21, p16 등의 발현 또한 GV-Ex를 처리한 P-17 MSC에서 감소되었다. 줄기세포의 골세포(osteocytes) 혹은 지방세포(adipocytes)로 분화하는 능력 역시 GV-Ex를 처리한 P-17 MSCs에서 개선되었다. 이상과 같은 결과를 통해, GV 추출물은 노화된 줄기세포의 기능을 개선함을 시사한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The red algae Gracilaria vermiculophylla is widespread on seashores worldwide and has been used as food in Asian countries. Previous studies have reported that extracts of Gracilaria red algae have beneficial anti-oxidant and anti-inflammatory effects. The present study examined the anti-senescence ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • vermiculophylla에서는 항산화물질이 분리되지않았다. 본 연구에서는 G. vermiculophylla에 항산화물질의 존재여부를 확인하고 검출하기 위하여 연구되었다. 먼저, DMSO/에탄올(GV-Cr), 물(GV-H), 아세톤(GV-Ac) 등의 용매를 이용하여 추출 물질이 함유하는 다양한 화합물질을 추출하였다.
  • 본 연구에서는 hBM-MSC를 이용하여 홍조류 G. vermiculophylla 추출물에 대한 노화 방지 효과를 조사하였다. GV 추출물을 처리하면 노화된 줄기세포에 과잉으로 축적된 ROS 수준을 조절하였는데, 이는 항산화 효소인 SOD1, SOD2 및 CAT의 발현을 증가 시켜 성취된다.
  • 선행 연구에 따르면, Gracilaria속 홍조류 추출물에서 항산화 및 항염증 효과가 보고되었다[3, 25]. 본 연구에서는 이러한 효과를 지닌 홍조류에서 항노화 물질을 추출하기위해 홍조류에 속하는 다양한 해조류를 채집하여 분석하였고, 꼬물꼬시래기(Gracilaria vermiculophylla)에서 효과를 관찰하였다. 또 그 효과를 검증하기위해 노화된 인간의 골수 유래 중간엽 줄기세포(hBM-MSCs)를 이용하여 G.
  • 본 연구에서는, GV 추출물이 노화된 hBM-MSC에서 ROS 수준을 감소시키고 줄기세포의 노화를 예방하거나 역전시킬 수 있음을 보였다. 이러한 효과가 줄기세포의 분화능력의 개선으로 나타나는지 확인하였다. P-17 줄기세포에서 급격한 분화능력 감소가 관찰되었고, GV 추출물을 처리 한 P-17는 처리하지 않은 세포보다 더 효과적으로 골 세포 또는 지방 세포로 분화하였다(Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
인체의 노화는 무엇에 의해 야기되는가? 인체의 노화는 이를 구성하는 각각의 기관(organ)과 조직(tissue)의 노화(ageing)로 야기되는데, 그 중심 원인에 조직 항상성(tissue homeostasis)이 있다[18]. 조직의 항상성이란 개개의 조직을 구성하는 세포들의 사멸과 증식의 균형유지를 의미한다[2].
조직의 항상성이란 무엇인가? 인체의 노화는 이를 구성하는 각각의 기관(organ)과 조직(tissue)의 노화(ageing)로 야기되는데, 그 중심 원인에 조직 항상성(tissue homeostasis)이 있다[18]. 조직의 항상성이란 개개의 조직을 구성하는 세포들의 사멸과 증식의 균형유지를 의미한다[2]. 이 균형이 깨어질 때 노화와 퇴행성질환과 같은 질병을 앓게 되는데, 성체줄기세포(adult stem cells)의 기능 저하와 직접적으로 관련이 있다[7, 11, 21].
ROS의 증가에 대응하기 위한 세포의 항산화 효소에는 무엇이 있는가? 세포는 정상적인 에너지 대사과정에서 ROS가 생성되는데 이 ROS는 반응성이 뛰어나 세포내 분자들, 단백질, 지질, 핵산과 반응하여 손상을 초래한다[19, 23, 24]. 세포는 이러한 ROS를 제거하기 위한 항산화 효소인 SOD1, SOD2, CAT가 있고, 손상을 복구하기 위한 repair system을 가지고 있다[6, 8]. 하지만 세포배양 과정에서 ROS는 점점 더 축척되어지고 그만큼 손상도 축적되면서 세포는 점진적으로 정상적인 생리학적 기능을 상실하게 된다.
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참고문헌 (25)

  1. Arai, Y., Martin-Ruiz, C. M., Takayama, M., Abe, Y., Takebayashi, T., Koyasu, S., Suematsu, M., Hirose, N. and von Zglinicki, T. 2015. Inflammation, but not telomere length, predicts successful ageing at extreme old age: a longitudinal study of semi-supercentenarians. EBioMedicine 2, 1549-1558. 

  2. Biteau, B., Hochmuth, C. E. and Jasper, H. 2011. Maintaining tissue homeostasis: dynamic control of somatic stem cell activity. Cell Stem Cell 9, 402-411. 

  3. de Almeida, C. L., Falcao Hde, S., Lima, G. R., Montenegro Cde, A., Lira, N. S., de Athayde-Filho, P. F., Rodrigues, L. C., de Souza Mde, F., Barbosa-Filho, J. M. and Batista, L. M. 2011. Bioactivities from marine algae of the genus Gracilaria. Int. J. Mol. Sci. 12, 4550-4573. 

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  6. Jeong, S. G. and Cho, G. W. 2015. Trichostatin A modulates intracellular reactive oxygen species through SOD2 and FOXO1 in human bone marrow-mesenchymal stem cells. Cell Biochem. Funct. 33, 37-43. 

  7. Jeong, S. G. and Cho, G. W. 2016. Accumulation of apoptosis-insensitive human bone marrow-mesenchymal stromal cells after long-term expansion. Cell Biochem. Funct. 34, 310-316. 

  8. Johnson, F. and Giulivi, C. 2005. Superoxide dismutases and their impact upon human health. Mol. Aspects Med. 26, 340-352. 

  9. Kim, E. K., Lim, S., Park, J. M., Seo, J. K., Kim, J. H., Kim, K. T., Ryu, S. H. and Suh, P. G. 2012. Human mesenchymal stem cell differentiation to the osteogenic or adipogenic lineage is regulated by AMP-activated protein kinase. J. cell. Physi. 227, 1680-1687. 

  10. Kim, M. H., Hong, H. N., Hong, J. P., Park, C. J., Kwon, S. W., Kim, S. H., Kang, G. and Kim, M. 2010. The effect of VEGF on the myogenic differentiation of adipose tissue derived stem cells within thermosensitive hydrogel matrices. Biomaterials 31, 1213-1218. 

  11. Liu, L. and Rando, T. A. 2011. Manifestations and mechanisms of stem cell aging. J. Cell Biol. 193, 257-266. 

  12. Lu, T. and Finkel, T. 2008. Free radicals and senescence. Exp. Cell Res. 314, 1918-1922. 

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  17. Okuda, K., Bardeguez, A., Gardner, J. P., Rodriguez, P., Ganesh, V., Kimura, M., Skurnick, J., Awad, G. and Aviv, A. 2002. Telomere length in the newborn. Pediatr. Res. 52, 377-381. 

  18. Pellettieri, J. and Sanchez Alvarado, A. 2007. Cell turnover and adult tissue homeostasis: from humans to planarians. Annu. Rev. Genet. 41, 83-105. 

  19. Piazza, N., Hayes, M., Martin, I., Duttaroy, A., Grotewiel, M. and Wessells, R. 2009. Multiple measures of functionality exhibit progressive decline in a parallel, stochastic fashion in Drosophila Sod2 null mutants. Biogerontology 10, 637-648. 

  20. Pittenger, M. F., Mackay, A. M., Beck, S. C., Jaiswal, R. K., Douglas, R., Mosca, J. D., Moorman, M. A., Simonetti, D. W., Craig, S. and Marshak, D. R. 1999. Multilineage potential of adult human mesenchymal stem cells. Science 284, 143-147. 

  21. Rossi, D. J., Jamieson, C. H. and Weissman, I. L. 2008. Stems cells and the pathways to aging and cancer. Cell 132, 681-696. 

  22. Strasser, A., O'Connor, L. and Dixit, V. M. 2000. Apoptosis signaling. Annu. Rev. Biochem. 69, 217-245. 

  23. Vehvilainen, P., Koistinaho, J. and Gundars, G. 2014. Mechanisms of mutant SOD1 induced mitochondrial toxicity in amyotrophic lateral sclerosis. Fron. Cell. Neurosci. 8, 126. 

  24. Watanabe, K., Shibuya, S., Ozawa, Y., Nojiri, H., Izuo, N., Yokote, K. and Shimizu, T. 2014. Superoxide dismutase 1 loss disturbs intracellular redox signaling, resulting in global age-related pathological changes. BioMed Res. Internat. 2014, 140165. 

  25. Yang, J. I., Yeh, C. C., Lee, J. C., Yi, S. C., Huang, H. W., Tseng, C. N. and Chang, H. W. 2012. Aqueous extracts of the edible Gracilaria tenuistipitata are protective against H(2)O(2)-induced DNA damage, growth inhibition, and cell cycle arrest. Molecules 17, 7241-7254. 

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