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Improvement of Metabolic Syndrome of a Novel Peptide Purified from Styela clava

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Abstract
현대사회의 생활환경(흡연, 음주, 스트레스, 운동부족), 인스턴트 식품의 와 노동력 위주의 경제활동에서 정보통신의 발달로 인한 사회적 업무환경으로의 전환은 과다한 에너지의 저장으로 인하여 발생하는 대사 증후군의 발병을 필연적으로 증가시키고 있다. 대사증후군은 만성적인 대사 장애로 인하여 내당능 장애, 고혈압, 인슐린 저항성, 비만, 동맥경화, 고지혈증 등과 관련한 심혈 관계 질환이 한 개인에서 복합적으로 나타나는 것을 대사증후군이라 한다. 또한 National Cholesterol Education Program (NCEP)-Adult Treatment panel III (ATP III) 에서 정의한 자료를 바탕으로 복부비만, HDL cholesterol, 혈압, 중성지방, 공복혈당의 5가지 위험요소 중 제시한 결정수치 범위를 벗어난 것이 3가지 이상 해당되게 되면 대사 증후군 환자라고 할 수 있다. 2008년도 국민영양조사 자료를 바탕 우리나라 20세 이상 성인 인구를 대상으로 대사증후군의 유병율을 살펴보면 1998년도에 24.9%에서 2007년도에 31.3%로 10년 동안 6%이상 증가하였다. 이는 곧 우리나라 성인인구의 3명 중 1명은 대사증후군 환자라고 할 수 있다. 또한, 2010년 통계청 자료의 사망원인 통계를 보면 각종 암의 뒤를 이은 사망원인이 전부 대사증후군과 관련되는 사망원인으로 대사증후군의 위험성을 더해 주고 있다. 현재 시판 되어지고 있는 대사증후군 약제의 경우 약물에 따라 다양하고 심각한 부작용이 나타날 수 있으며, 복용기간이 지속되면 약물의 효능이 감소될 수 있어 시간이 지남에 따라 약물의 종류를 바꾸거나 복용량을 변화시키는 등 많은 문제점을 지니고 있다.
따라서 부작용이 없고 우수한 효과를 나타내는 대사증후군 개선 물질로서 천연생물자원 유래 소재의 발굴에 대한 연구가 절실하다. 천연생물자원 유래 소재 중 Bioactive peptide는 그 구조와 생리활성도의 특이성 면에서 질병 예방, 치료제 및 개선제 개발을 위한 강력한 신물질의 후보로 떠오르고 있다. 이러한 Bioactive peptide들은 항산화, 항고혈압, 항비만, 면역조절 등의 다양한 생리활성을 지니고 있는 것으로 보고 되어 지고 있으며, Bioactive peptide에 관한 연구는 급속도로 증가하고 있다. 천연생물자원 중 해양생물자원의 하나인 미더덕은 우리나라 에서 양식이 이루어지고 있으며, 식용으로 사용하고 있다. 미더덕은 음식 재료의 용도로만 사용되어져 이용용도의 한계와 경제성이 낮은 자원으로 분류 되어지고 있다. 최근 미더덕의 소비촉진 및 미더덕의 우수성을 알리기 위하여 다양한 생리활성에 대한 연구결과가 발표 되어지고 있다. 그러나 이들은 거의 대부분이 단순 수용성 추출물이거나 유기용매 추출물에 의한 생리활성 효과로 미더덕이 어떠한 성분을 통해 생리활성을 나타내는지에 대한 연구는 미비하다. 또한 미더덕의 부위 중 육부위는 65%에 이르는 단백질 함량을 가지고 있음에도 불구하고 이를 이용한 연구가 미비한 실정이다. 따라서 이 연구에서는 양식 미더덕을 대상으로 대사증후군 개선 펩타이드를 분리하고 기능성 식품소재로서의 개발 가능성을 확인하였다.
미더덕을 9종의 단백질 가수분해 효소를 이용하여 가수분해물을 제조하여 안지오텐신 I-전환효소 저해 효과를 스크리닝 한 결과 Protamex 가수분해 효소를 이용하여 획득한 가수분해물이 다른 가수분해물들에 비해 우수한 효과를 나타내는 것을 확인하였으며, 미더덕 부위별 Protmex 가수분해물 제조하여 안지오텐신 I-전환효소 저해 효과를 확인한 결과 껍질 보다 육부위 가수분해물이 더욱 우수한 효과를 나타내어 미더덕의 육부위로부터 Protamex 가수분해물을 획득하여, 안지오텐신 I-전환효소 저해 및 혈관확장 효과를 확인하면서 항고혈압 펩타이드를 분리하였다. 순차적인 분리 과정을 거쳐 획득한 항고혈압 펩타이드의 구조는 Ala-His-Ile-Ile-Ile 이며, 분자량은 565.3 Da임을 확인하였다. 또한 선천성 고혈압쥐 동물모델에 경구투여 한 후 24시간 이내의 혈압변화를 관찰한 결과 생리식염수 투여군에 비해 현저히 높은 혈압강하 효과를 나타내었다.
획득한 항고혈압 펩타이드를 이용하여 대사증후군 질환의 하나인 항당뇨 효과를 확인하기 위하여 근육 세포에서 포도당 흡수 촉진효과를 확인 하였으며, 그 작용기전을 구명하였다. 그 결과 인슐린 보도 처리 농도는 높지만 인슐린과 유사한 포도당 흡수 촉진 효과를 나타냈다. 세포 내 포도당 흡수는 insulin dependent pathway와 insulin independent pathway로 이루어 진다. insulin dependent pathway에 있어서 대표적인 단백질인 Akt 는 insulin에 의해 활성화 되며, insulin independent pathway에 있어서 핵심 단백질이 AMPK로 알려져 있다. 활성화 되어진 Akt 와 AMPK는 포도당수송운반체인 GLUT4를 세포막으로 translocation 시켜 이를 통해 세포 내로 포도당이 흡수 된다. 항고혈압 펩타이드에 의한 포도당 흡수 촉진 효과가 어떠한 pathway 로 이루어지는 지 Western blot assay를 통해 확인한 결과 AMPK를 활성화 시켰으며, 이에 따라 GLUT4가 세포막으로 translocation 되어 포도당 흡수 효과가 나타나는 것을 구명하였다.
대사증후군의 가장 큰 원인으로 꼽히고 있는 비만은 전 세계 국가들이 겪고 있는 심각한 건강문제로 비만인구는 2025년에 이르면 3억 명 이상이 될 것으로 추측 하고 있다. 각종 질병, 장애 및 사망의 핵심적인 원인이며, 심지어 21세기의 흑사병 이라고도 경고한다. 이에 따라 다양한 작용기전 별 비만 치료제들이 개발 되어 지고 있다. 현재까지의 비만 치료제들의 대부분은 화학적으로 제조된 약품이지만 최근 우리나라에서 천연물로부터 비만 치료제를 개발하려는 연구가 활발히 진행되고 있어 관심을 끌고 있다. 이 연구에서는 작용기전 중 전지방 세포가 지방세포로 분화하는 과정을 저해하는 기전을 통하여 항고혈압 펩타이드의 항비만 효과를 확인하고, 지방세포로 분화화는 과정에 있어서 핵심적으로 작용하는 전사인자들의 발현 감소를 확인 하였다. 그 결과 농도 의존적으로 지방세포로의 분화를 저해하는 것을 Oil Red O staining을 통하여 확인 하였으며, 핵심적인 전사인자인 SEBP-1c, PPARγ, C/EBPα, aP2의 발현 역시 농도의존적으로 억제 시키는 것을 확인하였다. 또한 고지방 식이를 통해 비만을 유도한 쥐에서 항고혈압 펩타이드 투여군이 고지방 식이만을 유도한 쥐와 비교하여 체중 증가가 현저히 감소하는 것을 확인하였다.
이 모든 결과들을 종합하여 볼 때, 미더덕으로부터 획득한 항고혈압 펩타이드는 다양하고 우수한 대사 증후군 개선효과를 가지고 있음을 확인하였으며, 그에 따라 미더덕으로부터 획득한 항고혈압 펩타이드는 대사 증후군 개선물질로서 잠재적인 기능성 식품 소재로서 충분한 가능성이 있으리라 판단된다.
Author(s)
고석천
Issued Date
2011
Awarded Date
2012. 2
Type
Dissertation
URI
http://dcoll.jejunu.ac.kr/jsp/common/DcLoOrgPer.jsp?sItemId=000000005906
Alternative Author(s)
Ko, Seok Chun
Affiliation
제주대학교
Department
대학원 해양생명과학과
Advisor
전유진
Table Of Contents
국문초록 v
LIST OF FIGURES ix
LIST OF TABLES xv
INTRODUCTION 1
Part I. Purification and identification of antihypertensive peptide from enzymatic hydrolysates of Styela clava and its antihypertensive effect in spontaneously hypertensive rats
ABSTRACT 15
MATERIALS AND METHODS 17
Materials 17
Preparation of enzymatic hydrolysates of S. clava 17
Purification and identification of antihypertensive peptide 21
ACE inhibitory activity 23
Animals 24
Determination of vasorelaxation 24
Cell culture 25
Measurement of nitric oxide (NO) production 27
Western blot analysis 27
Anti-hypertensive effect in spontaneously hypertensive rats (SHRs) 28
Statistical analysis 28
RESULTS AND DISCUSSION 29
Part II. Antihypertensive peptide purified from Styela clava flesh tissue stimulates glucose uptake through AMP-activated protein kinase (AMPK) activation in skeletal muscle cells
ABSTRACT 52
MATERIALS AND METHODS 53
Materials 53
Cell culture 53
MTT assay 54
Glucose uptake assay 54
Western blot analysis 55
Plasma membrane fractionation and immunoblot analysis 56
Statistical analysis 56
RESULTS AND DISCUSSION 57
Part III. Antihypertensive peptide purified from Styela clava inhibits the expression of adipogenic regulators 3T3-L1 preadipocytes and reduces weight gain in mice fed a high-fat diet
ABSTRACT 68
MATERIALS AND METHODS 70
Materials 70
Cell culture and differentiation 70
Determination of lipid accumulation by Oil Red O staining 71
Western blot analysis 72
In vivo anti-obesity effect 73
Statistical analysis 74
RESULTS AND DISCUSSION 75
REFERENCES 83
AKNOWLEDGEMENT 96
Degree
Doctor
Publisher
제주대학교 대학원
Citation
고석천. (2011). Improvement of Metabolic Syndrome of a Novel Peptide Purified from Styela clava
Appears in Collections:
General Graduate School > Marine Life Sciences
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