[보고서]당뇨병 치료제 metformin에 의한 치수 염증 제어 기전 연구

정지연

보고서 정보
주관연구기관	전남대학교 Chonnam National University
연구책임자	정지연
보고서유형	최종보고서
발행국가	대한민국
언어	한국어
발행년월	2022-06
과제시작연도	2021
주관부처	과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT
연구관리전문기관	한국연구재단 National Research Foundation of Korea
등록번호	TRKO202200017105
과제고유번호	1711136685
사업명	개인기초연구(과기정통부)(R&D)
DB 구축일자	2022-11-23
키워드	메트포르민.사람치수세포.상아모세포분화.항염증.Metformin.Human dental pulp cells.Odontoblastic differentiation.Anti-inflammation.

초록 ▼

□ 연구개요
당뇨병 치료제로 알려진 메트포르민(metformin)이 여러 세포들에서 항염, 항산화, 분화조절, 항노화 및 항암 등 광범위한 약제 효능이 있음이 밝혀지고 있는 가운데,항염증 작용의 중요성이 크게 대두되고 있으며 작용기전에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있음. 본 연구는 사람치수세포에서 metformin에 의한 염증을 제어하고 상아모세포 분화를 조절하는 기전을 밝히고 치수 염증 제어인자를 발굴하여 치수염제어 및 재생 기술 개발의 기초자료를 제공하고자 함

□ 연구 목표대비연구결과
◾ 사람치수세포에서

□ 연구개요
당뇨병 치료제로 알려진 메트포르민(metformin)이 여러 세포들에서 항염, 항산화, 분화조절, 항노화 및 항암 등 광범위한 약제 효능이 있음이 밝혀지고 있는 가운데,항염증 작용의 중요성이 크게 대두되고 있으며 작용기전에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있음. 본 연구는 사람치수세포에서 metformin에 의한 염증을 제어하고 상아모세포 분화를 조절하는 기전을 밝히고 치수 염증 제어인자를 발굴하여 치수염제어 및 재생 기술 개발의 기초자료를 제공하고자 함

□ 연구 목표대비연구결과
◾ 사람치수세포에서 염증 제어에 대한 metformin 효과 및 분자기전 규명
1) 사람치수세포의 염증 조건(LPS 처리)에서 metformin 에 의한 염증 유발인자 분비변화 관찰 결과, 명증인자 COX-2, IL-6 mRNA 및 단백 발현의 용량의존적억제효과를 보임
2) 사람치수세포의 염증 조건(LPS 처리)에서 metformin 에 의한 항염 관련 신호전달기전 분석
- metformin 처리에 의해 항염 기전으로 알려진 MAPK pathway(ERK, p38, JNK) 인자들의 활성이 크게 증가하였으며, 메트포민에 의한 항염효과가 MAPK 경로 의존적으로 나타남
- c-JUN/c-Fos 경로를 통애 사이토카인 발현이 조절되며, MAPK 경로의 Down stream 기전으로 작용함을 관찰함
◾사람치수세포에서 염증 제어 및 자가포식 조절에 대한 metformin 분자기전 규명
- 사람치수세포의 염증 조건(LPS 처리)에서 metformin에 의한 자가포식 활성을 억제조절을 통해 항염효과를 보임
- 사람치수세포의 염증 조건(LPS 처리)에서 증가된 자가포식 인자인 LC3II 발현이 metformin에 의해 농도 의존적인 감소함을 보임
- 사람치수세포의 염증 조건(LPS 처리)에서 자가포식 억제자에 의해 사이토카인 IL-6 발현이 감소됨
- 사람치수세포의 염증 조건(LPS 처리)에서 metformin에 의헤 p-AMPK/p-AKT/p-mTOR 경로를 조절됨을 확인함

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의중요성)
◦ Metformin의 약리 작용기전을 자가포식 기전과 연계하여 이해할 수 있음
◦ 자가포식 조절에 의한 염증 기전을 이해할 수 있음
◦ 사람 치수세포에서 염증을 제어할 수 있는 metformin의 역할과 신호전달기전을 밝힐 수 있음
◦ 치수염 등 염증성 치과 질환에 치료적 목적으로 metformin을 활용할 수 있을 것임
◦ 치수염 제어 효과와 함께 새로운 치수수복 및 재생 물질 개발에 응용할 것임.
◦ 사람치수세포에서 염증을 억제하고, 상아모세포 분화 촉진 및 치수재생 등의 치료에 응용될 것임
◦ 당뇨환자와 구강질환의 효율적인 치료를 위한 기초자료를 제공하여 치료의 효율을 높일 수 있을 것임
◦ Metformin의 항염 인자를 발굴함으로 당뇨 뿐 아니라 면역질환을 포함한 다른 질환의 치료를 위한 타켓을 찾을 수있는 기초자료를 제공하게 될 것임

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

표지 ... 1
연구결과 요약문 ... 2
목차 ... 3
1. 연구개발과제의 개요 ... 4
1) 연구개발과제의 목적과 필요성 ... 4
2) 최종 연구목표 ... 5
2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
1) 세포배양 ... 5
2) 염증모델수립 ... 5
3) 치수세포 염증 제어에 대한 metformin의 역할 및 관련 분자기전 분석 ... 6
4) 자가포식 활성 측정 및 관련 분자기전 분석 ... 6
3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 6
1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 6
2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 10
3) 목표 달성 수준 ... 10
4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 10
4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 11
5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 11
6. 참고문헌 ... 12
[붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 13
끝페이지 ... 13

표/그림 (5)

표 Effect of LPS and metformin on cell viability of HDPCs. Cell viability assay was used to assess the viability of HDPCs for 24 h after treatment with different concentrations of (A) LPS and (B) metformin. (C) Cells were treated with indicated concentrations of metformin in the presence of 1 μg/ml LPS for 24 h. The cell viability was determined by WST solution. Results were expressed as percentages relative to the control group. Values are expressed as means ± SD of three replicates of one representative experiment
표 Effect of metformin on the expression of COX-2 and IL-6 in LPS-stimulated HDPCs. (A) Cells were treated with 0.1, 1, 10 and 20 μg/ml LPS for 24 hours, and the mRNA levels of COX-2 and IL-6 were measured using RT-PCR. (B) Cells were treated with 0.5, 1 and 2 mM metformin in the presence of 1 μg/ml LPS for 24 h, and the mRNA levels of COX-2 IL-6 were measured using RT-PCR. (C) Cells were treated with 0.5, 1 and 2 mM metformin in the presence of 1 μg/ml LPS for 24 h, and the protein levels of COX-2 and IL-6 were determined using Western blot analysis. Densitometry analysis is presented as the relative ratio to GAPDH or β-Actin. The data are represented as the mean ± SD from triplicate independent experiments. *p < 0.05, **p < 0.01 vs. the untreated cells. #p < 0.05, ##p < 0.01, ###p < 0.001 vs. the LPS-treated cells
표 Effect of metformin on MAPK pathway in LPS-stimulated HDPCs. (A) Cells were treated with 2 mM metformin in the presence of 1 μg/ml LPS for 24 h. Phosphorylation levels of p38, ERK1/2 and JNK in whole cell lysates was determined by Western blot analysis. (B) Cells were treated with MAPK inhibitors prior to LPS (1 μg/ml) treatment for 24h, and the protein expression of IL-6 was detected by Western blot analysis. The data are represented as the mean ± SD from triplicate independent experiments. *p < 0.05 vs. the untreated cells. #p < 0.05, ##p < 0.01 vs. the LPS-treated cells
$Effect of metformin on translocation of p-c-Jun and p-c-Fos in LPS-treated HDPCs. (A) Cells were cultured 2 mM metformin in the presence of 1 μg/ml LPS for 24 h. The phosphorylation levels of c-Jun and c-Fos in cytosolic or nuclear fraction were measured by Western blot analysis. (B) The phosphorylation levels of c-Jun and c-fos in nuclear fraction were measured by Western blot analysis in LPS (1 μg/ml)-treated HDPCs with MAPK inhibitors for 24h. (C) Cells were treated with 5 μM T-5224 (AP-1 inhibitor) prior to LPS (1 μg/ml) treatment for 24h, and the protein expression of IL-6 was detected by Western blot analysis. The data are presented as mean ± SD from triplicate independent experiments. *p < 0.05, **p < 0.01 vs. the untreated cells. #p < 0.05 vs. the LPS-treated cells$ 표 Effect of metformin on translocation of p-c-Jun and p-c-Fos in LPS-treated HDPCs. (A) Cells were cultured 2 mM metformin in the presence of 1 μg/ml LPS for 24 h. The phosphorylation levels of c-Jun and c-Fos in cytosolic or nuclear fraction were measured by Western blot analysis. (B) The phosphorylation levels of c-Jun and c-fos in nuclear fraction were measured by Western blot analysis in LPS (1 μg/ml)-treated HDPCs with MAPK inhibitors for 24h. (C) Cells were treated with 5 μM T-5224 (AP-1 inhibitor) prior to LPS (1 μg/ml) treatment for 24h, and the protein expression of IL-6 was detected by Western blot analysis. The data are presented as mean ± SD from triplicate independent experiments. *p < 0.05, **p < 0.01 vs. the untreated cells. #p < 0.05 vs. the LPS-treated cells
표 Effect of metformin on autophagy in LPS-treated HDPCs. (A) Cells were cultured in 0.5, 1 and 2 mM metformin in the presence of 1 μg/ml LPS for 24 h. Cell lysates were subjected to Western blot analysis using anti-p62 and LC3 antibodies. (B) HDPCs were stained with Acridine orange (1 μg/ml) and then visualized by a confocal microscope. Scale bar, 100 μm. (C) Cells were treated with 0.5, 1 and 2 mM metformin in the presence of 1 μg/ml LPS for 24 h. Phosphorylation levels of AMPK, AKT and mTOR in whole cell lysates was determined by Western blot analysis. (D) Cells were treated with 0.5, 1 and 2 mM metformin or 5 mM 3MA in the presence of 1 μg/ml LPS for 24 h, and the production of IL-6 was measured by ELISA kit. The data are presented as mean ± SD from triplicate independent experiments. *p < 0.05, **p < 0.01 vs. the untreated cells. #p < 0.05, ##p < 0.01 vs. the LPS-treated cells

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[국가R&D연구보고서] 당뇨병 치료제 metformin에 의한 치수 염증 제어 기전 연구
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