멜라노마 세포(B16F10)에서 청미래 덩굴 뿌리 추출물의 MITF, TRP-1, TRP-2, tyrosinase 단백질 및 mRNA 발현 억제 효과
이수연1, 유단희1, 주다혜1, 조희선2, 이진영1*
1호서대학교한방화장품과학과
2호서대학교나노바이오트로닉스학과
Received: November 10, 2015 / Revised: December 8, 2015 / Accepted: December 14, 2015
서 론
최근고령화사회로인한평균수명연장과레저활동의 증가로인해자외선노출이증가되고있으며
,
환경오염및 오존층의파괴로인해자외선에의해야기되는피부변화가증가되고있다
[16, 23].
자외선으로부터피부가자극을받으면
keratinocyte
에서endothelin-1(ET-1),
부실피질자극호 르몬,
일산화질소(NO)
등이분비되어피부색소가증가하게 된다[7].
피부색소는피부색을결정하는근본적인멜라닌세 포가만들어내는멜라닌의함량에의해결정되며[8, 12]
이러한멜라닌은자외선이나자유라디칼과같은외부자극으 로부터피부를보호하기위해만들어진다
[15].
과도한멜라 닌합성과축적은기미,
주근깨와같은질병을일으키게되 고멜라닌생성은tyrosinase, tyrosinase related protein-1 (TRP-1), tyrosinase related protein-2(TRP-2)
의세효소에의해조절된다
[13].
그중멜라닌생성과정에서주요효소인tyrosinase
는L-DOPA
가합성되는단계와L-DOPA
로부터DOPA quinone
이합성되는단계를촉진하여멜라닌합성을촉진한다
[6].
멜라닌생합성에관여한인자로는tyrosinase, dopachrome conversion factor, prostaglandin(PG), interferon (IFN), melanocyte stimulating hormone(MSH), Vitamin D
3, histamine
등이보고되어있으며현재tyrosinase
저해 제로서kojic acid
와albutin
이미백제로많이사용되고있으 나세포독성,
돌연변이유발등의부작용등이보고되고있Inhibitory Efficacy of Smilax china L. on MITF, TRP-1, TRP-2, Tyrosinase Protein and mRNA Expression in Melanoma Cell (B16F10)
Soo-Yeon Lee
1, Dan-Hee Yoo
1, Da-Hye Joo
1, Hui-Seon Jo
2, and Jin-Young Lee
1*
1
Department of Herbal Cosmetic Science,
2Department of Nanobiotronics, Hoseo University, Asan 31499, Republic of Korea
The purpose of this study was to assess the whitening effects of an extract from Smilax china L., which is a vine shrub belonging to the lily family. With regard to the whitening effects, 70% ethanol and water extracts from Smilax china L. showed more than 77.6% and 40.2% tyrosinase inhibition at a concentration of 1,000 µl. Furthermore, the 70% ethanol extract showed cytotoxicity of 89% at a concentration of 100 µg/
ml in melanoma cells. Western blot showed that the inhibitory effect of the 70% ethanol extract on MITF, TRP-1, TRP-2, and tyrosinase protein expression decreased by 89.9%, 46.2%, 57.6%, and 55.8%, respectively, at a concentration of 50 µg/ml. Moreover, reverse transcription-PCR showed that the inhibitory effect of the 70% ethanol extract on MITF, TRP-1, TRP-2, and tyrosinase mRNA expression decreased by 78.5%, 58.0%, 78.8%, and 70.8%, respectively, at the same concentration of 50 µg/ml concentration. Further, real- time PCR showed that the 70% ethanol extract-induced decrease in MITF, TRP-1, TRP-2, and tyrosinase quantitative mRNA expression rate was concentration-dependent. The findings suggest that the extract from Smilax china L. has great potential as a cosmetic ingredient with whitening effects.
Keywords: Smilax china L., microphthalmia-associated transcription factor, tyrosinase related protein-1, tyrosinase related protein-2, tyrosinase
*Corresponding author
Tel : +82-41-540-9552, Fax: +82-41-540-9538 E-mail: [email protected]
© 2016, The Korean Society for Microbiology and Biotechnology
다
[4, 11].
이러한메커니즘을토대로최근화장품업계에서도 여러가지미백,
주름개선,
자외선차단제등의기능성을가 진제품들이많이출시되고있고,
다양한천연소재를이용한 화장품의개발이이루어져천연화장품,
한방화장품에대한 관심과욕구가증가하고있는추세이다.
청미래덩굴
( Smilax China L.)
은한국,
일본,
중국,
필리핀 및인도차이나등의지역에분포하며,
우리나라대부분의산야에서서식하는백합과
(Lilaceae)
에속하는덩굴성관목으로지역에따라청미래덩굴
,
명감나무,
매발톱가시,
참열매 덩굴,
종가시덩굴등다양하게불리고있으며,
원예분야에 서는멍개나무또는망개나무로잘알려져있다.
어린순과 열매는식용을하고,
뿌리와나무는해열,
해독,
이뇨등의 증상완화,
체력증강및피부염,
신장염,
방광염,
항균작용,
관절염,
유방암등에효과가있다고알려져있다[3, 18
−20].
청미래덩굴의함유성분으로는
pseudoprotodioscin, dioscin, protodioscin, sieboldogenin, glycoside
등이 있다.
또한 청 미래덩굴( Smilax China L.)
의근경을지칭하는토복령의성 분에관한연구는아직많지는않지만saponin, tannin
등이 주성분이라고 알려져 있으며,
뿌리에서 분리된 배당체ophiopogonin
과점액성물질이많이포함되어인체의면역증진과각종세균의감염으로부터장기를보호하는데중요 한역할을한다고알려져있으며또한중금속중독에대한 해독작용에효과적이라고알려져있다
[14, 22].
따라서본연구에서는청미래덩굴뿌리추출물의미백에 대한효소및세포실험을실시하여그효능을입증하고기 능성화장품소재로서의가능성을검토하고자하였다
.
재료 및 방법
재료 및 시료 추출
본실험에사용된청미래덩굴뿌리는㈜청명약초에서구
입하여
Fig. 1
의절차에따라에탄올과열수추출을실시하였다
.
시료의에탄올추출물은70%
에탄올10
배의양을가 하여실온에서24
시간침지하여상등액과침전물을분리하 여동일한방법으로3
회반복추출하였고,
열수추출물은증 류수10
배의양을가하여80
oC
에서3
시간가량환류냉각 추출해실온에서24
시간침지하여상등액과침전물을분리 하여동일한방법으로3
회반복추출하였다.
각시료추출 물은여과지(Whatman No.2)
를이용하여여과한후EYELA
evaporator
로감압농축하여용매를완전히제거한후동결건조하여
-20
oC
에보관하면서본실험의시료로사용하였다.
Tyrosinase
저해활성 측정Tyrosinase
저해활성측정은Yagi
등의방법[21]
에따라 측정하였다.
반응구는67 mM sodium phosphate buffer
(pH 6.8) 80
µl
에10 mM L-DOPA(Sigma, USA)
를녹인기 질액40
µl
및시료용액40
µl
의혼합액에200 U/ml mushroom tyrosinase(Sigma, USA) 40
µl
을첨가하여37
oC
에서10
분 간반응시켜반응액중에생성된DOPA chrome
을492 nm
에서측정하였다. Tyrosinase
저해활성은시료용액의첨가구 와무첨가구의흡광도감소율로나타내었다.
저해율
(%) =
세포 배양본실험에이용한세포의배양은
10% FBS
와1% penicillin/
streptomycin(100 U/ml)
을첨가한DMEM
배지를사용하였 으며, 37
oC, 5% CO
2세포배양기에적응시켜계대배양하였다.
3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide (MTT) assay
에 의한 세포 생존율 측정세포생존율측정은
Carmichael
의방법[2]
에따라측정하 였다.
멜라노마 세포(B16F10)
을96 well plate
에5
×10
4cells/well
이되게0.18 ml
분주하고,
시료를농도별로조제 하여0.02 ml
첨가한 후37
oC, 5% CO
2 세포배양기에서24
시간배양하였다.
대조군은시료와동량의증류수를첨가 하여동일한조건으로배양하였다.
여기에5 mg/ml
농도로 제조한MTT
용액0.02 ml
를첨가하여4
시간배양한후배 양액을제거하고각well
당DMSO 0.15 ml
를가하여실온 에서30
분간반응시킨뒤ELISA reader
로540 nm
에서흡 광도를측정하였다.
세포독성측정은시표용액의첨가군과1 시료첨가군의 흡광도–---무첨가군의 흡광도-
⎝ ⎠
⎛ ⎞ 100×
Fig. 1. The procedure for extraction from Smilax china L..
무첨가군의흡광도감소율로나타내었다
.
세포생존율(%) =
Western blot
을 통한 단백질 발현양상 측정미백인자인
Microphthalmia-associated transcription factor (MITF), tyrosinase related protein 1(TRP-1), tyrosinase related protein 2(TRP-2), tyrosinase
의활성을보기위하여 멜라노마 세포를100 mm tissue culture dish
에cell seeding
후24
시간동안배양하여세포를안정화시켰다.
배 지를제거한후추출물을농도별로처리한배지로24
−48
시 간 배양한 후 다시 배지를 제거하고phosphate buffered saline(PBS)
로2
번세척해주었다. Radio-immunoprecipitation assay(RIPA) buffer 10 ml
에complete mini 1 tab
를가한100
µl
로용해해서4
oC 13,200 rpm
에서20
분간원심분리 하였다.
원심 분리하여얻은상층액은BCA protein assay kit
를사용하여정량하여20
µl
의단백질을10% SDS-PAGE
사에서전기영동하여분리하였다.
분리된단백질은semi dry transfer cell
기기(Hofer, USA)
를이용하여polyvinylidene fluoride(PVDF) membrane
에 옮긴 다음 실온에서1
시간blocking buffer(5% skim milk in TBST)
에서 배양시켰다. 1
차항체를희석하여4
oC
에서over night
한다음,
다시10
분 간격으로tris-buffered saline and tween 20(TBST)
로3
회 세척하고2
차항체를1:1,000
으로희석하여실온에서2
시간 배양하였다. 3
회세척한후LAS 4,000
기기를이용하여밴 드확인및정량하였다.
Total RNA
분리 및 cDNA 합성세포를
100 mm culture dish
에세포를분주한뒤24
시간 동안배양한후샘플을농도별로처리하여24
시간동안배 양하였다.
배지상등액을제거한후trizol lysis buffer
를각well
에1 ml
씩 분주하여 세포를lysis
한 후chloroform 200
µl
를 분주하여20
초간 위아래로흔들어주었다.
그후13,200 rpm
에서20
분간원심분리하여상층액을isopropanol 500
µl
이들어있는튜브에옮겨섞었다.
다시13,200 rpm
에 서20
분간 원심분리하였고,
그상층액을제거한 후75%
EtOH-diethylpyrocarbonate water
를각튜브에1 ml
씩분 주하여13,200 rpm
에서5
분간원심분리한뒤상층액을제 거한뒤실온에서건조시켰다. DEPC
를50
µl
씩분주하여녹 인후96 well plate
에RNA 5
µl
와멸균수195
µl
를첨가하여
260, 280 nm
에서 각각 흡광도를 측정하여total
RNA
양을 측정하였다. Oligo(dT) 15 primer(500
µg/ml) 1
µl,
추출한RNA(2
µg)
와nuclease free water
로10
µl
를 맞추고75
oC
에서5
분간 반응시킨 후5X reaction buffer, MgCl
2, PCR necleotide mix, rnasin inhibitor, reverse transcriptase, nuclease free water
를첨가하여25
oC
에서5
분, 42
oC
에서60
분, 70
oC
에서15
분간반응시켜cDNA
를합 성시켰다.
Reverse transcription-polymerase chain reaction
미백인자인MITF, TRP-1, TRP-2, tyrosinase
의mRNA
발현을알아보기위하여polymerase chain reaction(PCR)
을 실시하였다.
실험에사용한primer sequences
는Table 1
과 같다. PCR tube
에Go Flexi DNA polymerase, primer
합성한
cDNA
를 첨가하여 잘 섞은 후PCR
을 실행하였다.
Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase(GAPDH)
는94
oC
에서30
초, 55
oC
에서45
초, 72
oC
에서45
초(35 cycles), tyrosinase
는94
oC
에서30
초, 60
oC
에서45
초, 72
oC 45
초(40 cycles), TRP-1, TRP-2, MITF
는94
oC
에서30
초, 58
oC
에서45
초, 72
oC
에서45
초(40 cycles)
을하였다. PCR
로합성시킨 후0.002% ethidium bromide
를 첨가한1.5% agarose gel
에100 V
에서40
분간전기영동후LAS 4,000
을이용하여밴 드를확인하여분석정량하였다.
1 시료첨가군의 흡광도–---무첨가군의 흡광도-
⎝ ⎠
⎛ ⎞ 100×
Table 1. Sequence of the primers used for RT-PCR.
Gene Primer Sequence (5' → 3')
MITF Forward
Reverse
AGC GTG TAT TTT CCC CAC AG TAG CTC CTT AAT GCG GTC GT
TRP-1 Forward
Reverse
ACT TCA CTC AAG CCA ACT GC AGC TTC CCA TCA GAT GTC GT
TRP-2 Forward
Reverse
GCT CCA AGT GGC TGT AGA CC AAT GCA GTG GCT TGG AAA TC
Tyrosinase Forward
Reverse
GAC GGT CAC TGC ACA CTT TG GCC ATG ACC AGG ATG AC
GAPDH sense
anti-sense
TGA AGG TCG GTG TGA ACG GAT TTG GC
CAT GTA GGC CAT GAG GTC CAC CAC
Real-time PCR
각세포로부터추출된
RNA
를260 nm
와280 nm
에서흡 광도를 측정하여정량하였다.
추출한RNA(2
µg)
와Oligo (dT) 15primer(500
µg/ml) 1
µl, nuclease free water
와혼 합한 뒤75
oC
에서5
분,
얼음에서5
분 반응시킨 후5X reaction buffer, MgCl
2, PCR necleotide mix, rnasin inhibitor, reverse transcriptase, nuclease free water
를 첨가하여25
oC
에서5
분, 42
oC
에서60
분, 70
oC
에서15
분간반응시켜cDNA
를합성시켰다.
합성한cDNA
와2X SYBR green mix, primer, ROX
를 각각 넣어ABI step one pluse(Applied
biosystem, USA)
기기를이용하여실시간정량분석을한뒤
analysis program
을이용하여결과를분석하였다.
결과 및 고찰
Tyrosinase
저해활성 측정 결과Tyrosinase
는tyrosin
으로부터3,4-dihydroxy-L-phenylalanin
(DOPA)
과DOPA-quinone
을 거쳐 최종적으로 흑갈색의melanin
색소 생성에 관여하는 효소로 자외선에 의하여melanocyte
의유사분열이일어나고이어서melanocyte
가활 성화된다.
활성화된melanocyte
에서는tyrosinase
합성이촉진되고
, melanin
의생성이항지되어이를표피밖으로운반배출하게되어기미
,
주근깨와같은색소침착이일어나 게된다.
그러므로tyrosinase
활성억제제는피부내에서의melanin polymer
합성을효과적으로저해할수있어피부미백제의개발에있어서
tyrosinase
활성억제실험은유용한평가법으로인정되고있다
[5, 9, 10].
이러한방법으로청미래덩굴뿌리에탄올추출물과열수추출물의
tyrosinase
저해효과를측정한결과
Fig. 2
와같이청미래덩굴뿌리에탄올추출물과 열수 추출물은각각
1,000
µl/ml
에서77.6%, 40.2%
의활성을나타내었다.
이는An
등[1]
의연구에서진 달래꽃의에탄올추출물과열수추출물이같은농도에서각각
24%, 48%
의활성을나타낸결과와비교하였을때청미래덩굴뿌리열수추출물의활성은조금낮았지만
,
청미래덩굴뿌리에탄올추출물의
tyrosinase
억제활성은우수함을확인할수있었다
.
멜라노마 세포(B16F10)의 생존율 확인
세포수준의연구에많이이용되고있는
dimethyl thiazolyl diphenyl tetrazolium(MTT)
검색법은96 well plate
를사용 하며, cell proliferation
과viability
의in vitro
분석에매우유용하게사용되고있는방법중하나이다
[2].
암세포의경우대사과정에서미토콘드리아의탈수소효소작용에의해 노란색수용성
MTT tetrazolium
을자주색을띄는비수용 성의MTT formazan
으로환원시킨다[17].
청미래덩굴뿌리에탄올추출물에의한멜라노마세포의 생존율을
MTT assay
에의해확인할결과Fig. 3
과같이나 타내었다.
청미래덩굴뿌리에탄올추출물은100
µg/ml
에서
89%
이상의세포생존율을확인할수있었다.
따라서이하의멜라노마세포의미백관련신호전달인자측정은생존 율이
100%
에가까운농도인5, 25, 50
µg/ml
의농도로확인 하였다.
MITF, TRP-1, TRP-2, tyrosinase의 단백질 발현억제 효과
확인청미래덩굴뿌리에탄올추출물이멜라닌합성에관계된
효소인
tyrosinase
에 미치는 영향을 알아보기 위하여B16F10 mouse melanoma cell
에농도별로5, 25, 50
µg/ml Fig. 2. Inhibition rate of Smilax china L. extracts on tyrosinase.
SCE: Smilax china L. extracted with ethanol, SCW: Smilax china L. extracted with water, Vit. C: ascrobic acid. Results are means ± S.D. of triplicate data.
Fig. 3. Cell viability of extract from Smilax china L. on mela-
noma cell (B16F10). Results are means ± S.D. of triplicate data.
처리한후
24
시간 뒤에MITF, TRP-1, TRP-2, tyrosinase
단백질발현을western blotting
으로확인하였다.
이때세포 의여러조건에서도그발현정도의차이가거의없는house keeping gene
인GAPDH
를positive control
로사용하였다.
Fig. 4
−7
과같이청미래덩굴뿌리에탄올추출물을농도별로
5, 25, 50
µg/ml
을처리한B16F10
군에서MITF, TRP-1, TRP-2, tyrosinase
단백질발현이추출물을처리하지않은 군보다감소하였고대조군인kojic acid
와비교적비슷한발 현을나타내었음을확인할수있었다.
MITF, TRP-1, TRP-2, tyrosinase의 mRNA 발현억제 효과
확인청미래덩굴뿌리에탄올추출물이멜라닌합성에관계된
key enzyme
인MITF, TRP-1, TRP-2, tyrosinase mRNA
에 미치는영향을알아보기위하여B16F10 mouse melanoma cell
에 농도별로5, 25, 50
µg/ml
처리한 후24
시간 뒤에reverse transcription-polymerase chain reaction(PCR)
으로
mRNA
발현량을측정하였다.
이때세포의여러조건에서도그발현정도의차이가거의없는
house keeping gene Fig. 4. MITF protein expreesion rate of extract from Smilax
china L. on melanoma cell (B16F10). After B16F10 cells (5 × 10
5cells) were started in serum free medium for 1 h the cells were treated with 5, 25 and 50 µg/ml of ethanol extracted of Smilax china L. (SC) for 24 h. Each values represents mean ± SD of three individual experiments.
Fig. 5. TRP-1 protein expreesion rate of extract from Smilax china L. on melanoma cell (B16F10). After B16F10 cells (5 × 10
5cells) were started in serum free medium for 1 h the cells were treated with 5, 25 and 50 µg/ml of ethanol extracted of Smilax china L. (SC) for 24 h. Each values represents mean ± SD of three individual experiments.
Fig. 6. TRP-2 protein expreesion rate of extract from Smilax china L. on melanoma cell (B16F10). After B16F10 cells (5 × 10
5cells) were started in serum free medium for 1 h the cells were treated with 5, 25 and 50 µg/ml of ethanol extracted of Smilax china L. (SC) for 24 h. Each values represents mean ± SD of three individual experiments.
Fig. 7. Tyrosinase protein expreesion rate of extract from
Smilax china L. on melanoma cell (B16F10). After B16F10 cells
(5 × 10
5cells) were started in serum free medium for 1 h the cells
were treated with 5, 25 and 50 µg/ml of ethanol extracted of
Smilax china L. (SC) for 24 h. Each values represents mean ± SD
of three individual experiments.
인
GAPDH
를positive control
로사용하였다. Fig. 8
−11
에서 보는바와같이청미래덩굴뿌리에탄올추추물을농도별 로5, 25, 50
µg/ml
을처리한B16F10
군에서는MITF, TRP- 1, TRP-2, tyrosinase mRNA
발현이처리하지않은군보다 억제되었음을확인하였다.
Real-time PCR
검증Real-time polymerase chain reaction(PCR)
은thermal
cycler
와분광형광광도계가일체화된장치로,
실시간으로target DNA
분자의증폭과양의측정을동시에분석하는실험이다
.
본 실험에서MITF, TRP-1, TRP-2, tyrosinase
의mRNA
을실시간으로분석한결과Fig. 12
−15
와같이나타 내었다.
청미래덩굴뿌리에탄올추출에서모두농도의존 적으로감소되었음을확인할수있었다.
특히MITF, TRP-
1, tyrosinase
의mRNA
발현이 현저하게 억제되었으며mRNA
역전사반응,
실시간정량분석을시행한결과,
청미 래덩굴뿌리에탄올추출물이멜라닌생성억제에효과가 있는것으로사료된다.
Fig. 8. MITF mRNA expreesion rate of extract from Smilax china L. on melanoma cell (B16F10). After B16F10 cells (5 × 10
5cells) were started in serum free medium for 1 h the cells were treated with 5, 25 and 50 µg/ml of ethanol extracted of Smilax china L. (SC) for 24 h. Each values represents mean ± SD of three individual experiments.
Fig. 9. TRP-1 mRNA expreesion rate of extract from Smilax china L. on melanoma cell (B16F10). After B16F10 cells (5 × 10
5cells) were started in serum free medium for 1 h the cells were treated with 5, 25 and 50 µg/ml of ethanol extracted of Smilax china L. (SC) for 24 h. Each values represents mean ± SD of three individual experiments.
Fig. 10. TRP-2 mRNA expreesion rate of extract from Smilax china L. on melanoma cell (B16F10). After B16F10 cells (5 × 10
5cells) were started in serum free medium for 1 h the cells were treated with 5, 25 and 50 µg/ml of ethanol extracted of Smilax china L. (SC) for 24 h. Each values represents mean ± SD of three individual experiments.
Fig. 11. Tyrosinase mRNA expreesion rate of extract from
Smilax china L. on melanoma cell (B16F10). After B16F10 cells
(5 × 10
5cells) were started in serum free medium for 1 h the cells
were treated with 5, 25 and 50 µg/ml of ethanol extracted of
Smilax china L. (SC) for 24 h. Each values represents mean ± SD
of three individual experiments.
요 약
본연구에서는청미래덩굴뿌리추출물의미백효과를확
인하기 위해서