[논문]식물생리활성물질과 과일류 추출물이 MCF-7 유방암 세포에서 H2O2로 유도된 Poly(ADP-ribose) Polymerase (PARP) 활성도에 미치는 영향

윤현근

doi:10.9721/kjfst.2019.51.5.499

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사과 추출물(AE), 크랜베리 추출물(CE), 포도 추출물(CE), EGCG는 hydrogen peroxide에 의하여 유발된 MCF-7 인간 유방암 세포의 PARP 활성을 유의하게 억제하였다. GE는 본 연구에서 다른 과일류 추출물보다 우수한 PARP 활성 억제능을 나타내었다. 식품 성분으로서 안전성을 갖춘 우수한 PARP 활성 억제 소재를 발굴하여 PARP 활성 억제 기전을 구명하고 PARP 활성 억제제 효능 향상을 방안을 제시하는 연구가 필요하다.

Abstract ▼ AI-Helper

Poly(ADP-ribose) polymerase (PARP) is a nuclear enzyme which is activated in response to DNA damage, and which mediates DNA repair. PARP inhibitors can be used to reduce resistance of cancer cells to anticancer treatments. The objective of this study was to investigate the effects of selected phytoc...

Poly(ADP-ribose) polymerase (PARP) is a nuclear enzyme which is activated in response to DNA damage, and which mediates DNA repair. PARP inhibitors can be used to reduce resistance of cancer cells to anticancer treatments. The objective of this study was to investigate the effects of selected phytochemicals and fruit extracts on PARP activation in MCF-7 breast cancer cells subjected to oxidative stress. Pre-incubation with epigallocatechin gallate (EGCG), apple extract (AE), cranberry extract (CE), or grape extract (GE) for 2 hours at test concentrations reduced PARP activity induced upon treatment with hydrogen peroxide in a dose-dependent manner (p<0.05). GE was found to be the most efficient PARP inhibitor among the fruit extracts examined. These results suggest that phytochemicals of fruit extracts might be used as PARP inhibitors in order to assist anticancer agents.

주제어

표/그림 (2)

그림 Fig. 1. Effects of EGCG on PARP activity.
그림 Fig. 2. Effects of fruits extracts on PARP activity. AE denotes apple extracts, CE denotes cranberry extracts, and GE denotes grape extracts.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 MCF-7 인간 유방암 세포 모델을 이용하여 식품 형태로 섭취할 수 있는 식물생리활성물질과 과일류 추출물의 PARP 활성억제능력을 측정하여 분석하고 PARP 활성억제제로의 개발 가능성을 탐색하고자 한다.

제안 방법

껍질을 포함한 각 과일류 25 g을 80% (v/v) acetone 200 mL에 넣고 5분동안 믹서기에서 분쇄하고 homogenizer로 3분 간 균질화하였다. 균질화된 과일류액을 여과지(Whatman no. 2, GE Healthcare, Pittsburgh, PA, USA)로 여과하여 여과박을 제거하고 여과액을 45℃ 조건에서 회전 증발 농축기를 이용하여 부피가 처음 여과액의 약 10%가 될 때까지 농축하였다. 농축된 과일류 여과액을 −80℃에서 동결한 후 동결건조기를 이용하여 건조해서 사과 추출물(apple extracts (AE)) 1.
농축된 과일류 여과액을 −80℃에서 동결한 후 동결건조기를 이용하여 건조해서 사과 추출물(apple extracts (AE)) 1.9 g, 크랜베리 추출물(cranberry extracts (CE)) 2.1 g, 포도 추출물(grape extracts (GE)) 1.7 g을 제조하였다.
, Chantilly, VA, USA). 시험 시료를 첨가하지 않은 실험군을 대조군으로 하여 시료의 PARP 활성 억제능을 비교하였다.
식물생리활성물질들은 각각 12.5, 25, 50, 100 μM 농도를 시험하였고 과일류 추출물은 각각 0.625, 1.25, 2.5, 5, 10 μg/mL 농도를 시험하였다.

대상 데이터

Epigallocatechin gallate (EGCG), eipcatechin gallate (ECG), epigallocatechin (EGC), epicatechin (EC), catechin, quercetin dehydrate, resveratrol, α-tocopherol, L-ascorbic acid, 2,2'-AZINObis[3-ethylbenzianozoline-6-sulfonic acid] (ABTS), streptavidin-peroxidase polymer, acetone은 Merck (Darmstadt, Germany)에서 구입하였다.
MCF-7 인간 유방암 세포는 American Type Culture Collection (ATCC, Manassas, VA, USA)에서 구매하였고 Minimum Essential Medium Alpha (MEMα) 배지(10% fetal bovine serum, 0.01 mg/mL insulin, 10 mM HEPES (Invitrogen Corporation, Carlsbad, CA, USA) 포함)를 이용하여 37℃, 5% CO2 조건에서 배양하였다.
사과(Malus pumila), 크랜베리(Vaccinium macrocarpon), 포도(Vista labrusca)는 식료품점에서 구매하였고 용매 추출방법을 응용하여 과일류의 추출물을 제조하였다(Wolfe 등, 2003). 껍질을 포함한 각 과일류 25 g을 80% (v/v) acetone 200 mL에 넣고 5분동안 믹서기에서 분쇄하고 homogenizer로 3분 간 균질화하였다.

데이터처리

실험은 3회 반복 실시하였고 결과는 평균±표준편차로 나타내었다.
처리군의 결과는 ANOVA를 실시하여 분석하였고 다중범위 검정은 측정값 사이의 유의성을 p<0.05 수준에서 Duncan’s multiple range test를 이용하여 실시하였다.

성능/효과

α-Tocopherol과 L-ascorbic acid를 비롯한 항산화 기능성이 우수한 시료가 hydrogen peroxide에 의한 PARP 활성화에 영향을 미치지 못하였다는 결과는 EGCG가 PARP 역가를 저해하는 과정에서 hydrogen peroxide의 산화력 억제를 통한 DNA 손상 방지로 PARP 활성화를 억제한 것이 아니라 PARP에 직접 작용하여 PARP의 역가를 저해했을 가능성을 보여준다.
MCF-7 세포를 EGCG 12.5, 25, 50, 100 μM 농도로 2시간 동안 처리한 결과 hydrogen peroxide에 의해 유발되는 PARP 활성이 EGCG 용량 의존적으로 억제되었다(Fig. 1).
본 연구에서 시험한 식물생리활성물질 중에서 EGCG를 제외한 시료들은 단독으로 작용했을 때 PARP 활성에 유의한 변화를 유발하지 못하였으나 AE, CE, GE는 여러 종류의 식물생리활성물질들이 복합적으로 작용하여 각각의 과일류 추출물이 PARP 활성 억제 기능을 나타내었다. 본 연구에서 A₁₀ 값을 기준으로 과일류 추출물 중에서 GE가 가장 우수한 PARP 활성 억제능을 나타내었다. 포도에는 식물활성물질로서 oleanolic acid, betulinic acid, daucosterol, resveratrol, viniferin, catechin, gallocatechin 등이 포함되어 있고 이 중 resveratrol이 대표적인 건강 기능성 물질이다(Nassiri-Asl과 Hosseinzadeh, 2016).
05). 본 연구에서 시험한 식물생리활성물질 중에서 EGCG를 제외한 시료들은 단독으로 작용했을 때 PARP 활성에 유의한 변화를 유발하지 못하였으나 AE, CE, GE는 여러 종류의 식물생리활성물질들이 복합적으로 작용하여 각각의 과일류 추출물이 PARP 활성 억제 기능을 나타내었다. 본 연구에서 A₁₀ 값을 기준으로 과일류 추출물 중에서 GE가 가장 우수한 PARP 활성 억제능을 나타내었다.
본 연구에서 식품 성분인 EGCG와 식품으로 소비하는 과일류의 추출물(AE, CE, GE)이 hydrogen peroxide에 의하여 유발된 PARP 활성을 억제하는 것을 확인하였다. 이러한 결과는 시료의 항산화 기능성에 의하여 hydrogen peroxide의 산화력이 상쇄되어 PARP 활성화가 감소하여 유발되었을 가능성과 시료가 PARP나 PARG의 활성을 직접적으로 저해한 결과일 가능성이 있다.
사과 추출물(AE), 크랜베리 추출물(CE), 포도 추출물(GE)은 0.625, 1.25, 2.5, 5, 10 μg/mL 농도에서 각각 MCF-7 세포의 PARP 활성을 용량 의존적으로 저해하였다(Fig. 2).

후속연구

α-Tocopherol과 L-ascorbic acid를 비롯한 항산화 기능성이 우수한 시료가 hydrogen peroxide에 의한 PARP 활성화에 영향을 미치지 못하였다는 결과는 EGCG가 PARP 역가를 저해하는 과정에서 hydrogen peroxide의 산화력 억제를 통한 DNA 손상 방지로 PARP 활성화를 억제한 것이 아니라 PARP에 직접 작용하여 PARP의 역가를 저해했을 가능성을 보여준다. 앞으로 AE, CE, GE에서 PARP 활성 억제능을 보이는 활성 물질을 분리하고 EGCG 및 과일류 추출물의 PARP 활성 억제 기전을 구명하는 연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	DNA 손상이 발생할 때 PARP에 의한 DNA 복구 기작의 첫 단계는 어떻게 되는가?	DNA 손상이 발생하면 PARP-1은 활성화되어 N 말단의 zinc finger 구조를 이용하여 손상된 DNA와 결합하고 NAD+를 ADP- ribose와 nicotinamide로 분해하면서 poly(ADP-ribose)를 합성한다(Hong 등, 2004; Ikejima 등, 1990). PARP-1에 의하여 ADP- ribose는 PARP-1 자신이나 histone, DNA polymerase, topoi- somerase, DNA ligase-2 등의 단백질과 결합하게 되고 poly(ADP- ribose)와 결합한 단백질은 활성화된다(Hong 등, 2004; Nicoletti와 Stella, 2003).
	Poly(ADP-ribose) polymerase (PARP)란?	Poly(ADP-ribose) polymerase (PARP)는 세포핵 안에 존재하는 효소로서 활성산소, ionizing radiation 등에 의하여 DNA가 손상되었을 때 이를 복구하는 과정에 관여한다(Keung 등, 2019). PARP family는 18종류의 단백질로 구성되어 있고 C 말단의 활성 부위인 PARP-1v 도메인을 공유하고 있다(Ame 등, 2004).
	과일류 추출물 중에서 MCF-7 유방암 세포의 활성을 억제하는 것들은?	사과 추출물(AE), 크랜베리 추출물(CE), 포도 추출물(CE), EGCG는 hydrogen peroxide에 의하여 유발된 MCF-7 인간 유방암 세포의 PARP 활성을 유의하게 억제하였다. GE는 본 연구에서 다른 과일류 추출물보다 우수한 PARP 활성 억제능을 나타내었다.

참고문헌 (16)

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Nassiri-Asl M, Hosseinzadeh H. Review of the pharmacological effects of Vitis vinifera (Grape) and its bioactive constituents: an update. Phytother. Res. 30:1392-1403 (2016)

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