생체 내 경로에서 멜라닌 생성을 억제하는 타이로신 억제제로서의 코직산 유도체 Kojic Acid Derivatives, Have Tyrosinase Inhibitory Activity to Suppress the Production of Melanin in the Biosynthetic Pathway원문보기
코직산(Kojic acid)은 생리활성물질로서 많이 알려져 있으며 antibacterial, antifungal과 같은 효능을 나타낸다. 또한 티로시나아제(tyrosinase) 억제제로서 작용하여 멜라닌 생성을 저해시키기 때문에 화장품 산업에 있어서도 미백효과를 가지는 중요한 소재로서 각광받고 있다. 본 연구에서는 독립적으로 항산화 효과를 나타내는 유도체와 코직산(Kojic acid)을 연결하여 새로운 기능성을 가지는 신규 화합물을 발굴하고자 하였으며, 클릭 반응(Click reaction)을 통해 트리아졸(triazle)로 연결하여 신규 코직산 컨쥬게이트(conjugated) 화합물을 합성하였다. 먼저 신규 코직산 컨쥬게이트(conjugated) 화합물의 티로시나아제(tyrosinase) 억제 효과에 대해서 연구한 결과 대부분의 화합물이 코직산(Kojic acid)보다 우수한 티로시나아제(tyrosinase) 억제 효과를 나타냈다. 이와 같은 결과로 미루어 보아 신규 코직산 컨쥬게이트(conjugated) 화합물은 항산화용 건강보조식품 조성물 및 항산화 소재, 노화방지 및 미백 기능을 가진 피부외용제 조성물의 유효성분으로 개발될 가능성이 매우 높다고 사료된다.
코직산(Kojic acid)은 생리활성물질로서 많이 알려져 있으며 antibacterial, antifungal과 같은 효능을 나타낸다. 또한 티로시나아제(tyrosinase) 억제제로서 작용하여 멜라닌 생성을 저해시키기 때문에 화장품 산업에 있어서도 미백효과를 가지는 중요한 소재로서 각광받고 있다. 본 연구에서는 독립적으로 항산화 효과를 나타내는 유도체와 코직산(Kojic acid)을 연결하여 새로운 기능성을 가지는 신규 화합물을 발굴하고자 하였으며, 클릭 반응(Click reaction)을 통해 트리아졸(triazle)로 연결하여 신규 코직산 컨쥬게이트(conjugated) 화합물을 합성하였다. 먼저 신규 코직산 컨쥬게이트(conjugated) 화합물의 티로시나아제(tyrosinase) 억제 효과에 대해서 연구한 결과 대부분의 화합물이 코직산(Kojic acid)보다 우수한 티로시나아제(tyrosinase) 억제 효과를 나타냈다. 이와 같은 결과로 미루어 보아 신규 코직산 컨쥬게이트(conjugated) 화합물은 항산화용 건강보조식품 조성물 및 항산화 소재, 노화방지 및 미백 기능을 가진 피부외용제 조성물의 유효성분으로 개발될 가능성이 매우 높다고 사료된다.
Kojic acid (KA) is produced by Aspergillus oryzae-sort of like mushrooms, which is commonly called as koji in Japan. KA is used as a chelation agent and a preservative preventing oxidative browning of fruits. KA also shows antibacterial and antifungal properties. Because KA stops the production of m...
Kojic acid (KA) is produced by Aspergillus oryzae-sort of like mushrooms, which is commonly called as koji in Japan. KA is used as a chelation agent and a preservative preventing oxidative browning of fruits. KA also shows antibacterial and antifungal properties. Because KA stops the production of melanin by inhibiting tyrosinase in the biosynthetic pathway from tyrosine to melanin in skin, it has been applied as a skin lightening ingredient in cosmetics. Since some animal studies have shown that high amounts of KA had side effects such as in liver, kidney, reproductive, cardiovascular, gastrointestinal, respiratory, brain, and nervous system, more efficient KA derivatives are needed to be developed in order to safely apply as a skin lightening ingredient. A series of KA derivatives via conjugated with triazole by click reaction were synthesized and their in vitro tyrosinase inhibitory activities were evaluated. Most of all KA derivatives have shown in moderate tyrosinase inhibitory activities. In case of KA-hybrid compound, 1~3 have shown tyrosinase inhibitory activities about 50~10,000 times more effective tyrosinase inhibitor compared to KA itself. Specifically, the $IC_{50}$ value of KA-hybrid compound, 2 was $0.0044{\pm}0.74{\mu}M$ against tyrosinase. It is about 10,000 times more effective tyrosinase inhibitor compared to KA itself ($IC_{50}=45.2{\pm}4.6{\mu}M$).
Kojic acid (KA) is produced by Aspergillus oryzae-sort of like mushrooms, which is commonly called as koji in Japan. KA is used as a chelation agent and a preservative preventing oxidative browning of fruits. KA also shows antibacterial and antifungal properties. Because KA stops the production of melanin by inhibiting tyrosinase in the biosynthetic pathway from tyrosine to melanin in skin, it has been applied as a skin lightening ingredient in cosmetics. Since some animal studies have shown that high amounts of KA had side effects such as in liver, kidney, reproductive, cardiovascular, gastrointestinal, respiratory, brain, and nervous system, more efficient KA derivatives are needed to be developed in order to safely apply as a skin lightening ingredient. A series of KA derivatives via conjugated with triazole by click reaction were synthesized and their in vitro tyrosinase inhibitory activities were evaluated. Most of all KA derivatives have shown in moderate tyrosinase inhibitory activities. In case of KA-hybrid compound, 1~3 have shown tyrosinase inhibitory activities about 50~10,000 times more effective tyrosinase inhibitor compared to KA itself. Specifically, the $IC_{50}$ value of KA-hybrid compound, 2 was $0.0044{\pm}0.74{\mu}M$ against tyrosinase. It is about 10,000 times more effective tyrosinase inhibitor compared to KA itself ($IC_{50}=45.2{\pm}4.6{\mu}M$).
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문제 정의
따라서 티로시나아제(tyrosinase)를 효과적으로 저해하는 코직산과 항산화 기능을 갖는 항산화제 유도체를 클릭 반응을 통해 트리아졸로 연결하여 컨쥬게이트시킨 코직산 컨쥬게이트(conjugated) 화합물을 제조하여 항산화 기능과 함께 티로시나아제(tyrosinase)의 저해 활성을 동시에 가짐을 발견하고 효과에 대한 연구를 하였다.
제안 방법
정상세포에서 코직산 컨쥬게이트(conjugated) 화합물의 세포 독성을 확인하기 위하여 MRC5 cell (human lung fibroblast, normal cell) 을 이용하여 측정하였다. Standard MTTprotocol로서 MTT[3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-Diphenyltetrazolium Bromide], cell number: 4,000 cells/well (96well plate), Media: DMEM + 5% FBS +1% PS, compound treatment time: 72 hr, 5 mg/ml MTT solution을 각 well에 10μL첨가한 후 2시간을 추가 incubation시킨 후에 media를 모두 제거하고 100 μl의 DMSO를 첨가하여 형성된 formazan을 녹여서 540 nm에서 absorbance를 측정하였다.
티로신(Tyrosine)이 도파(Dopa)로 산화되는 과정과 다음 단계인 도파가 도파퀴논(Dopaquinone)으로 산화되는 과정의 두 단계의 반응을 통해 티로신(Tyrosine)으로부터 멜라닌의 형성을 촉진하는 티로시나아제의 억제 효과를 측정하였다. 시료는 다음과 같이 준비하였다.
대상 데이터
본 연구에 사용된 코직산 컨쥬게이트(conjugated) 화합물은 Fig. 1과 같이 코직산(KA)-Azide와 항산화제 유도체의 클릭 반응(Click reaction)을 통해 합성하였다.
성능/효과
높은 티로시나아제 억제 효과를 보이고 있는 compound, 3번의 경우에 화학구조적인 용해도 개선을 통해 더 높은 활성을 기대할 수 있으며, 추가적인 연구를 통해 compound, 1~2번과 더불어 높은 티로시나아제 억제능을 가지는 소재로서 각광 받을 수 있을 것으로 기대된다. 또한 이 연구를 통해서 화학구조적으로 코직산 모체로부터 사슬이 짧은 경우(compound, 1~3번)에 티로시나아제 억제 효과가 높은 것으로 나타났으며, 상대적으로 사슬이 긴 경우에는 코직산과 유사한 티로시나아제 억제 효과를 보이고있다.
후속연구
더구나 코직산 컨쥬게이트(conjugated) 화합물은 티로시나아제, TRP1, TRP2 [14]의 대상유전자의 인코딩 발현을 촉진하는 마스터 전사 요인인 MITF의 발현과 전사활성을 억제하는 것으로 보인다. 게다가 코직산 컨쥬게이트(conjugated) 화합물은 메커니즘으로 보아 CREB의 전사활동뿐만 아니라 ERK1/2와 CREB의 인산화도 억제할 것으로 기대된다. ERK/CREB신호는 MITF의 전사와 인산화를 규제하는 데 중요한 역할을 한다.
특히 compound, 1~3번은 Kojic acid보다 50~10,000배 정도의 억제 효과를 보였고 compound, 2번의 경우에는 Kojic acid보다 10,000배의 억제 효과를 보였다. 높은 티로시나아제 억제 효과를 보이고 있는 compound, 3번의 경우에 화학구조적인 용해도 개선을 통해 더 높은 활성을 기대할 수 있으며, 추가적인 연구를 통해 compound, 1~2번과 더불어 높은 티로시나아제 억제능을 가지는 소재로서 각광 받을 수 있을 것으로 기대된다. 또한 이 연구를 통해서 화학구조적으로 코직산 모체로부터 사슬이 짧은 경우(compound, 1~3번)에 티로시나아제 억제 효과가 높은 것으로 나타났으며, 상대적으로 사슬이 긴 경우에는 코직산과 유사한 티로시나아제 억제 효과를 보이고있다.
다만, KA-hybrid compound 3, 5번은 1 μM부터 약간의 침전이 생기며, 5 μM에서는 세포 생존율을 측정할 수 없을 정도로 심각한 참전이 관찰되었다. 이 실험 결과로 미루어볼 때 유도체 화합물의 화학적 구조에 따른 용해도 차이로 인한 결과로 보이며, 이후에 용해도에 대한 연구를 이어갈 계획이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
코직산은 무엇인가?
코직산(Kojic acid)은 생리활성물질로서 많이 알려져 있으며 antibacterial, antifungal과 같은 효능을 나타낸다. 또한 티로시나아제(tyrosinase) 억제제로서 작용하여 멜라닌 생성을 저해시키기 때문에 화장품 산업에 있어서도 미백효과를 가지는 중요한 소재로서 각광받고 있다.
과색소증에 속하는 기미, 주근깨가 생기는 기전은?
특히, 인종간의 피부색 차이나 기미, 주근깨 등의 과색소증[3, 10, 13]은 멜라닌의 영향으로 발생하는 것으로 알려져 있다. 멜라닌은 피부 표피 내 기저층에 존재하는 색소세포인 멜라노사이트 내에 존재하는 티로시나아제(tyrosinase)에 의하여 티로신(tyrosine)으로부터 도파(DOPA), 도파퀴논(dopaquinone)으로 변환된 후 비효소적인산화 반응을 통해 생성되며, 피부에서 자유 라디칼(free radical) 생성이 많아지거나, 염증반응이 있거나 또는 자외선 등에지속적으로 노출되면 생성이 증가한다. 내외부의 스트레스적자극에 의해 생겨난 멜라닌은 스트레스가 사라져도 피부 각질화를 통해서 외부로 배출되지 않는 안정한 물질로서, 과잉 생산된 멜라닌은 기미, 주근깨 등을 유발하는 등 문제가 되고 있다[4, 10, 12].
사람의 피부색을 결정하는 요인은?
사람의 피부색은 혈액내의 적혈구, 카로틴 및 멜라닌[2, 5]에 의해서 복합적으로 결정된다. 특히, 인종간의 피부색 차이나 기미, 주근깨 등의 과색소증[3, 10, 13]은 멜라닌의 영향으로 발생하는 것으로 알려져 있다.
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