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The study on the muscle reinforcing materials inducing myogenesis differentiation and growth factors from marine alga

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Abstract
도핑(Doping)은 운동선수들이 경기력 증가를 위하여 금지된 약물을 복용하거나
금지된 방법을 사용하는 것으로 정의된다. 18세기경 남아프리카의 부족 의식에서
사용되넌 흥분 효과가 있는 음료인 'Dop'에서 그 용어가 처음 유래되었다고 한다
(Verroken, 2000; 김은국, 2014).
도핑을 방지하기 위하여 세계도핑방지기구(World Anti-Doping Agency, WADA)에
서는 매년 9월에 금지약물 및 금지방법을 발표하여 금지목록 국제표준을 만든다.
WADA는 금지목록 국제표준에서 금지한 약물의 복용, 흡입, 주사, 피부 접척 및
혈액제제, 수혈, 인위적 산소 섭취 등 금지된 방법을 사용하거나 사용 행위 은폐,
부정거래를 하는 모든 행위뿐만 아니라 그러한 행위를 시도하는 것까지 도핑방지
규정 위반으로 정의하고 있다.
도핑 금지로 지정되어있는 약물 중 동화작용제(Anabolic steroids)는 남성 호르몬
인 테스토스테론의 유도체로써 근육을 강화시키는 anabolic 효과와 남성 호르몬의
역할을 수행하는 androgenic 효과를 가지고 있는 합성 스테로이드 호르몬이다.
Anabolic steroids는 체내의 단백질 합성 증가를 통해 근육과 뼈를 강화시켜서 운동
선수의 경기력을 향상 시킨다. 그러나 anabolic steroids를 과다하게 복용할 경우 간
종양, 내분비 기능 장애, 황달 등의 부작용을 유발시킬 수 있다.
최근에는 천연 화합물을 이용한 근육 성장 소재를 개발하기 위한 연구가 대두
되고 있다. 사과껍질 성분인 우르솔산과 인삼 혹은 홍삼 추출액이 근육 성장을
유도한다고 알려져 있다(Kunkel et al., 2012). 특히 해조류는 풍부한 미네랄과 비타
민, 다당류 및 폴리페놀 등이 풍부하게 함유되어 있다(Kang et al., 2012a, Kim et al.,2014). 해조류 중 감태(Ecklonia cava)는 다당류와 polyphenol 성분이 주로 함유되어
있고, 그 중 polyphenol 성분인 phlorotannins이 항산화, 항암, 항고혈압, 항당뇨, 항
비만 등과 같은 다양한 생리활성효과를 가진다고 보고되어 왔다(Kang et al. 2012b,
Lee et al., 2010, Athukorala et al., 2006, Kang et al., 2013, Ko et al., 2013). 하지만 해양생
물을 이용한 근육 성장에 대한 연구는 미비한 실정이다. 따라서, 이 연구에서는
제주도 연안에 서식하고 있는 갈조류인 감태로부터 얻은 phlorotannins 계열의 물
질로부터 근육의 성장 및 분화를 유도할 수 있는 소재를 밝히고자 했다.
먼저, 감태로부터 얻어진 phlorotannins compound가 근아세포인 C2C12의 성장에
어떠한 영향을 미치는지 현미경과 세포분석기를 통하여 확인하였다. 그 결과, 6가
지의 phlorotannins 중 dieckol(DK)과 2,7'-phloroglucino-6,6"-bieckol(PHB)가 세포를
증식하여 과형성(hyperplasia) 시키는 것을 확인하였다. 또한, DK와 PHB가 근육 성
장에 어떤 기작을 통해 작용을 하는지 western blot anaylsis를 통해 확인하였다. 그
결과, DK는 Smad 경로를 down regulation 하여 근육성장을 유도시켰고, p-Akt와 p-
FKHR (p-FoxO)을 활성화시켜 근육성장을 유도하였다. PHB 또한 Smad 경로를
down regulation 하였고, p-Akt를 활성화시켜 근육성장을 유도하였다. Smad 경로는
그 위에 성장분화인자인 myostatin이 activin type II receptor에 결합을 함으로써 신호
를 전달받게 된다. myostatin 신호 전달의 억제인자로는 follistatin, follistatin-like 3
protein, growth and differentiation factor-associated serum protein-1 (GASP-1) 등이 있으
며 이러한 인자들은 활성 myostatin이 수용체와 결합하지 못하도록하여 신호전달
을 억제하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 본 연구에서는 DK와 PHB가 위와 같은
억제인자들과 유사한 작용을 할 수 있는지 molecular docking을 통하여 확인해 본
결과, DK와 PHB는 myostatin과 activin receptor II B가 결합할 수 있는 4가지의active sites 중 각각 active site 1과 active site 3에 강하게 결합하는 것을 확인할 수
있었다.
반면, 인슐린유사성장인자인 insulin-like growth factor 1 (IGF-1)은 근육 성장의 양
성 조절자로 phosphoatidylinositol 3-kinase(PI3K)/Akt 경로의 인산화를 통해
myostatin과 같이 근육 성장을 억제시킬 수 있는 전사 인자들의 신호 전달을 억제
시켜서 근육 크기를 조절한다. IGF-1은 IGF-1 receptor에 결합을 함으로써 신호를
전달하게 된다. 수용체와 결합한 IGF-1은 PI3K 경로를 통하여 Akt와 FoxO의 과발
현을 유발하여 근육양을 증가시킨다. 따라서, DK와 PHB가 IGF-1과 같이 IGF-1
receptor에 결합하여 Akt와 FoxO의 발현을 증가시킬 수 있는지를 확인하기 위하여
molecular docking을 통하여 DK와 PHB를 IGF-1 receptor에 결합시켜 본 결과, DK와
PHB가 에 결합하는 것을 확인할 수 있었다.
이 모든 결과를 종합해 볼 때, 근육을 성장 및 강화시키는 합성 의약품을 대신
하여 천연 소재인 감태를 통하여 DK와 PHB를 자연적으로 섭취하게 됨으로써 근
육을 성장시키거나 강화시킬 수 있을 것으로 사료되어진다.
Author(s)
김서영
Issued Date
2014
Awarded Date
2015. 2
Type
Dissertation
URI
http://dcoll.jejunu.ac.kr/jsp/common/DcLoOrgPer.jsp?sItemId=000000007164
Department
대학원 해양생명과학과
Table Of Contents
ABSTRACT 1
INTRODUCTION 2
MATRERIALS AND METHODS 5
Materials 5
Isolation of phlorotannins from Ecklonia cava 5
Cell culture 6
Cell proliferation 7
Cell cycle analysis 8
Creatine kinase (CK) activity 8
Western blot analysis 9
In silico docking of phlorotannins with Myostatin (MSTN) 11
In silico docking of phlrototannins with IGF-1 receptor (IGF-1R) 11
Statistical analysis 11
RESULTS AND DISCUSSIONS 12
Cytotoxicity of phlorotannins from E. cava 12
Cell proliferation 15
Cell cycle analysis 22
Creatine kinase (CK) activity 25
DK promotes C2C12 cell differentiation through the Smad signaling pathways 28
PHB elevates C2C12 cell differentiation through the PI3K/Akt signaling pathways 30
In silico docking of phlorotannins with Myostatin (MSTN) 32
In silico docking of phlorotannins with IGF-1 receptor (IGF-1R) 36
CONCLUSION 40
REFERENCES 41
ACKNOWLEDGEMENT 45
Degree
Master
Publisher
제주대학교 대학원
Citation
김서영. (2014). The study on the muscle reinforcing materials inducing myogenesis differentiation and growth factors from marine alga
Appears in Collections:
General Graduate School > Marine Life Sciences
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