초록 ▼

진정작용 cyclic peptide alkaloid(CPA)를 함유하는 식물로부터 각종 CPA를 단리하여 이들의 화학구조와 입체구조를 밝히고, 진정작용 활성과 구조 상관관계를 분석하므로써, CPA에서 정신신경 안정작용이있는 신약을 개발하기 위한 최적분자를 도출하고자 하였다.
갈매나무과, 벽오동과, 노박덩굴과, 쐐기풀과, 꼭두서니과의 식물 56종 (부위별 74가지)을 채집하여 알카로이드를 검색한 결과, 40종 식물(부위별 55가지)에서 알카로이드가 검출되었다. 그 중에서 CPA가 존재하는 식물은 갈매나무과에 속하는 산

진정작용 cyclic peptide alkaloid(CPA)를 함유하는 식물로부터 각종 CPA를 단리하여 이들의 화학구조와 입체구조를 밝히고, 진정작용 활성과 구조 상관관계를 분석하므로써, CPA에서 정신신경 안정작용이있는 신약을 개발하기 위한 최적분자를 도출하고자 하였다.
갈매나무과, 벽오동과, 노박덩굴과, 쐐기풀과, 꼭두서니과의 식물 56종 (부위별 74가지)을 채집하여 알카로이드를 검색한 결과, 40종 식물(부위별 55가지)에서 알카로이드가 검출되었다. 그 중에서 CPA가 존재하는 식물은 갈매나무과에 속하는 산조인 (멧대추의 인), 멧대추나무, 대추나무, 헛개나무 뿐이었으며 총 19종의 CPA를 단리하여 화학구조를 모두 결정하였다. 신물질의 CPA는 14종이었다. 단리한 CPA는 13환 및 14환 그룹에 속하였고 15환 CPA는 얻지 못하였다. 13환 CPA는 대추에서만 발견되었고, 14환 CPA는 주로 산조인에서 발견되었다.
CPA이외에 알카로이드도 32종 단리하여 화학구조를 모두 결정하였다. 그중에서 15종은 신물질이었다. 이들 32종의 알카로이드를 계열별로 분류하면 aporphine계가 11종, sesquiterpene계 alkaloid가 15종, quinoline계가 2종이었으며, 그밖에 pyrrolidine계, β-carboline계, imidazole계 알칼로이드가 각각 1종 씩이었다. 특히 pyrrolidine계 알카로이드는 대추에서 분리한 것으로 골격자체가 완전히 처음 보는 신물질이다.
CPA의 입체구조도 명확히 하였다. CPA를 구성하는 아미노산은 모두 L체이며 β-hydroxyleucine은 erythro형이다. 분자내 2개소에 수소결합이 존재하므로 치밀한 conformation을 형성하고 있다. Sanjoinine-A의 경우 측쇄 아미노산인 N,N-dimethylphenylanine의 벤젠환이 분자중심을 향하고 있고, 환을 이루고 있는 leucine의 결사슬 methyl기와 소수성 결합을 이루고 있다. Sanjoinine-A을 열처리하면 sanjoinine-Ahl으로 전환하였다. Ahl은 N, N-dimethylphenylalanine이 D체로 바뀐 A의 epimer로 판명되었는데 이 아미노산의 벤젠환이 A의 경우와는 달리 분자중심에서 멀어져 있다. 이러한 공간구조의 차이로 인하여 Ahl의 진정작용이 A의 것보다 3배 더 강하다는 사실은 매우 흥미롭다.
산조인 및 대추에서 단리한 알카로이드에 대한 진정작용을 헥소바르비탈로 유도한 수면을 연장시키는 효과로도 평가하였다. Sanjoinine-A의 진정작용을 1로 하였을때 chlorpromazine은 5배, aporphine계 알카로이드인 nuciferine(산조인)과 oxonuciferine(대추)은 각각 13배, 6.5배 더 강하였고, A의 열변성 이성체인 Ahl은 3배 더 강하였다. Nuciferine과 oxonuciferine의 열분해산물은 진정작용이 없었다.
특기할 점은 실험동물의 행동관찰에서 aporphine계 알카로이드인 nuciferine과 oxonuciferine은 단순한 수면제로 작용하였으나, CPA는 수면작용이 약한 대신 근육이완작용이 강하였다. 生산조인은 수면제로 사용하고, 볶아서 수치한 산조인은 정신신경 안정제로 사용하는 한방의 산조인 용도를 고려할 때, 수치한 산조인의 유효성분은 sanjoinine-A 및 -Ahl로 생각된다. 왜냐하면 산조인의 수치과정에서 nuciferine은 열에 약하여 분해하고, sanjoinine-A는 -Ahl과 평형을 이루고 있기 때문이다. CPA의 구조와 진정작용 상과관계는 다음과 같았다.
1) 14환 CPA는 진정작용이 있고 13환 CPA는 없었다. 2) 14환 CPA의 환을 구성하는 아미노산과 측쇄 아미노산은 모두 소수성이어야 한다. 3) 14환 CPA의 측쇄 아미노산이 N,N-dimethylphenylalanine일 때만 진정작용이 있으며 이 아미노산의 벤젠환이 분자중심에서 떨어지면 진정작용이 증강된다. 4) 14환 CPA의 환구조에서 p-hydroxystyryl-amine의 olefine 구조는 보존되어야 진정작용이 있다. 이와 같은 구조-활성 상관관계로부터 CPA에서 정신신경안정작용이 있는 신약을 개발하기 위한 표적분자로서 sanjoinine-A 및 -Ahl을 유도하였다.
Sanjoinine-A의 진정작용은 홀몬의 second messenger인 칼슘이온의 세포내 결합단백질인 calmodulin과 강하게 결합하므로서 나타남을 알게되었다. Calmodulin 1분자에 대해 A는 高친화력에서 2분자 (해리정수=0.1μM), 低친화력에서 4분자 (해리정수=1.3μM) 결합하여, 총6분자가 결합할 수 있었다. Calmodulin이 조절하는 많은 효소 중에서 A가 어떤 효소를 특이적으로 저해하여 진정이 나타나는지 연구하여야만 A의 작용점을 찾아 낼수 있을 것으로 사료된다.
결론적으로 진정작용이 있는 천연 CPA중에서 정신신경 안정작용이 있는 신약을 개발하기 위한 표적분자로서 sanjoinine-A와 -Ahl을 도출하였고 이 CPA의 합성연구, CPA와 calmodulin과의 결합에 관한 생화학적, 물리화학적 연구가 계속 되어야 할 것이다.

Abstract ▼

The objectives of these studies were (l) to isolate and characterize cyclopeptide alkaloids (CPAs) from the five Families of Korean plants belonging to Rhaonaceae, Sterculiaceae Celastrameae, Urticaceae, and Rubiaceae, (2) to evaluate sedative activity of alkaloids isolated, and (3) to propose the b

The objectives of these studies were (l) to isolate and characterize cyclopeptide alkaloids (CPAs) from the five Families of Korean plants belonging to Rhaonaceae, Sterculiaceae Celastrameae, Urticaceae, and Rubiaceae, (2) to evaluate sedative activity of alkaloids isolated, and (3) to propose the best molecular structure for developing a new medicine having tranquilizing activity through the analysis of structure-activity relation on isolated alkaloidal components.
Seventy four uaterials such as fruits, seeds and barks from 56 species of the plants were collected and screened for alkaloids The presences of alkaloids were detected in 55 materials from 40 species of the plants. Fifty one kinds of alkaloids were isolated and characterized They involved 19 kinds of CPAs (including 14 new ones), 11 kinds of aporphine alkaloids, 15 kinds of sesquiterpene alkaloids (including 12 new ones), two kinds of quinoline alkaloids, and each of pyrrolidine, β-carboline, imidazole and pyriuidine alkaloids
CPAs having 13- or 14-menbered ring, were found in the seeds ("sanjoinn") and root barks of Zizyphus jujuba, the fruits ("daechun") and ste- barks of Zizyphus vulgaris, and the root barks of Hoven{a dllcis. The 13-bered CPAs occurred mainly in daechu, while the 14-membered ones did mainly in sanjoin Sanjoinine-A(A) was isolated as one of the actlve sedative principles fro sanjoin with relatively high yield (6mg%). However, the compound was identified as frangufoline, a known 14- membered CPA of p-hydroxystyrylamine (PHSA) type.
Referring to the Oriental literatures, whlch descrlbe that roasting of sanjoin potentiates its sedatlve actlvlty, heat treatment of A was carried out to afford an eplmeric artifact named sanjoinine-Ahl (Ahl), which showed enhanced sedative activity Although A is a known co pound, its absolute stereochemistry was not firmly established yet. Structral relationship of Aand Ahl was studied by deuterium exchange nethod, gas chromatographic analyses of diastereomeric derivatives of their individualamino acid units, and then NMR techniques
Configurations of leucine (Leu) and β-hydroxyleucine (HLeu) moieties in A and Ahl were proven to be all (S)-L-fores That of N,N-dimethylphenylalanine (DMPhe) was proven to be (S)-L-for- in A, but (R)-D-form in Ahl. Two intrauolecular seven enbered hydrogen-bonds were also proven to be located at PHSA-NH ->Leu-CO and Leu-NH->DMPhe-CO in both of A and Ahl, which uade their characters of 14-membered rings very rigid A hydrophobic interaction between a phenyl ring of DMPhe and dimethyl groups of Leu was found in A, but not in Ahl. The stereochemistry of other CPAs was confirmed to be similar with of A
Assessment of sedative activity was carried out on several CPAs and aporphine alkaloids fro- sanjoin and daechu, employing a hexobarbital-induced sleeping time method in rats. When the relative sedative potency of A was given one, those of nuciferine (aporphlne), oxonuciferine (aporphine), chlorpronazlne (positive- control) and Ahl were 13, 6 5, 5 and 3, respectively. The sedative activities of other CPAs were more less active than those of A and Ahl Frou the observation of animal behaviour during these experiments, we recognized that the aporphine alkaloids acted like a simple soporific, and that CPAs did like a muscIe relaxant (=tranqullizer) On heat treatment, nuciferine was degraded into some arifacts, which exhibited no sedative activity. Thes results suggested that nuciferine and A were major sedative components of native sanioin,and that A and its epimeric artifact, Ahl were active principles of roasted sanjoin.
We could draw relationships between activlty and structure on CPAs as following (1) 14-membered CPAs were active, whereas 13-uenbered CPAs not. (2) Basic end (exocyclic) amino acid of 14-menbered CPAs nust be DMPhe for exhibiting the sedative activity (3) Lipophilicity of all the amino acid units of CPAs was very important for the activity (4) Oxidation of an olefinic bond in PHSA moiety of CPAs diminished the activity
From these relations, we could propose A or Ahl as the best molecular structure for developing a new tranquilizer from CPAs.
We discovered that the sedatlve activity of A was ascrlbed to binding to calmodulin, a calcium-binding protein which is known to regulate the activity of several calcium-dependent enzymes.including phosphodiesterase, adenylate cyclase, ATPase and myosin light-chain kinase. Modification of the activity of calmodulin, therefore, has profound biological consequences. Two classes of A binding sites were revealed by equilibrium dialysis. One class of sites bound two molecules of A per molecule of calmodulln with a high affinity (dissociation constant; Kd-O.l μM). A second class of sites bound A with low affinity (Rd=1.3 μM) and a hlgh capacity (4 sites per mlecule of calmodulin).

목차 Contents

• I. 총괄과제 : 식물종의 진정작용 알카로이드 성분에 관한 연구...17
• 1. 서 론...23
• 2. 연 구 방 법...31
• 3. 결과 및 고찰...33
• 4. 결 론...74
• 5. 참고문헌...79
• II. 제 1 세부과제 : 식물채집 및 성분추출...81
• 1. 서 론...85
• 2. 연구방법...88
• 3. 결과 및 고찰...92
• 4. 결 론...103
• 5. 참고 문헌...124
• III. 제 2 세부과제 : Alkaloid 성분 순수분리 및 구조결정...125
• 1. 서론...131
• 2. 연구방법...133
• 3. 결과 및 고찰...202
• 4. 결론...272
• 5. 참고문헌...276
• IV. 제 3 세부과제 : Cyclic Peptide Alkaloid의 생물활성 연구...279
• 1. 서론...283
• 2. 연구방법...287
• 3. 결과...296
• 4. 고찰...336
• 5. 결론...344
• 6. 참고문헌...346
• V. 제 4 세부과제 : Cyclopeptide Alkaloid 입체구조결정 및 함량분석...349
• 1. 서론...355
• 2. 연구방법...360
• 3. 결과 및 고찰...376
• 4. 결론...433
• 5. 참고문헌...435