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Antioxidant activity of 5-bromoprotocatechualdehyde from Polysiphonia morrowii Harvey

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Abstract
현대 사회는 환경, 식품, 또는 생활 습관에 의한 다양한 산화스트레스에 노출되어 있다. 대부분의 생물은 정상적인 호흡 과정에서 산소를 체내로 받아들이게 된다. 체내로 들어온 산소는 물질대사과정에서 활성산소를 생성하는데, 신체 내에 병원균이 침투했을 때 백혈구가 작용하게 되는데, 이때 적당한 양의 활성산소는 이에 도움을 주어 병원균을 제거하여 신체를 보호하는 기능을 한다. 하지만 과도하게 축적이 되었을 경우, 세포에 손상을 줌으로써 여러 가지 질병을 일으키는 원인이 되기도 한다. 이때 우리 몸에서 생성되는 superoxide dismutase, catalase, 그리고 glutathione peroxidase (GPX)와 같은 항산화 효소에 의해서 대사과정 중에 생성되는 활성산소를 제거가 됨으로써 신체 내에서 ROS가 일정한 양으로 유지된다. 하지만 자외선, 대기오염, 흡연 등과 같은 환경적인 요인에 의해서 과도하게 발생된 활성산소는 항산화 효소 기전 만으로 완전히 조절을 할 수 없기 때문에 결국 다양한 질병을 유발한다. 그렇기 때문에 이를 억제할 수 있는 효과적인 항산화제가 필요한 실정이다. 항산화제는 합성항산화제와 천연항산화제로 나뉘어 있는데, 합성항산화제는 변이성과 암을 유발할 수 있는 독성이 있기 때문에, 보다 안전한 천연물 유래의 항산화제에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다. 최근 해조류 유래의 소재들을 이용하여 기능성 소재로서의 후보물질을 탐색하는 연구가 많이 이루어지고 있다. 본 연구에서 선택한 해조류는 홍조류인 Polysiphonia mnorrowii Harvey이며 part 1에서는 in vitro와 in vivo 상에서 Polysiphonia sp. 에서 분리한 단일물질인 5-bromoprotocatechualdehyde (BPCA)의 항산화 활성을 평가하였다. 그 결과 in vitro 상에서 항산화 효소의 발현 증가, Bax와 NF-κB 기전 억제를 통해 산화스트레스에 의한 apoptosis를 억제하였으며, in vivo 모델인 zebrafish에서 산화스트레스에 의한 ROS, cell death, 그리고 지질과산화 발생을 억제함으로써, in vitro와 in vivo 상에서 BPCA가 항산화 활성이 뛰어남을 확인할 수 있었다.
최근 전 세계적으로 인구 고령화 현상이 빠르게 진행되고 소득 수준 높아지면서 삶의 질에 대한 관심이 증가하면서 의약시장과 항노화 산업이 부상하고 있으며, 국가 사회적 중요성도 높아지고 있다. 노화는 시간의 흐름에 따라 신체의 구조와 기능이 저하되고 질병과 사망에 대한 감수성이 증가하여 쇠약해지는 과정이다. 노화는 크게 내재적 노화와 외재적 노화로 나눌 수 있다. 내재적 노화는 유전적인 요인이 원인인 반면, 외재적 노화는 환경적인 요인이 원인이다. 이러한 환경적인 요인에 의해 발생한 ROS가 노화를 일으키는 중요한 인자이다. 과산화수소에 의해 발생한 산화스트레스는 세포 노화를 일으키는 요인으로 잘 알려져 있기 때문에, 노화연구에 과산화수소가 많이 사용되고 있다. 하지만 노화가 일어나는 기전이 아직 명확히 밝혀지지 않은 실정이다. Part2에서는 in vitro와 in vivo 상에서 BPCA의 항노화 활성을 평가하였다. 그 결과, in vitro 상에서 BPCA가 노화의 중요한 표지로 알려진 senescence-associated β- galactosidase의 활성을 억제하였다. 또한 노화와 cell cycle arrest의 관련성을 확인한 결과, 과산화수소를 처리하였을 때 G2기가 arrest 되는 것을 확인하였다. 하지만 BPCA를 같이 처리하였을 때 arrest를 억제하지 못함으로써 본 실험의 노화억제와 관련이 없음을 확인하였다. ROS 조절에 있어서 중요한 역할을 하는 항산화 효소의 작용을 확인한 결과 과산화수소를 처리하였을 때 GPX가 감소하는 것을 확인하였으나 BPCA를 같이 처리하였을 때 증가하는 것을 확인하였다. 이와 같은 결과는 BPCA가 항산화 효소 발현을 증가시킴으로써 산화스트레스를 줄여 노화 억제에 관여하는 것으로 예측되었다. In vivo 모델인 zebrafish에서도 senescence-associated β-galactosidase의 활성이 억제됨으로써 BPCA가 zebrafish에서도 노화를 억제할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
그러므로 BPCA는 항산화 및 항염증 활성을 가진 기능성 소재로서 이용이 가능할 것으로 보여진다.
Author(s)
조수현
Issued Date
2018
Awarded Date
2018. 2
Type
Dissertation
URI
http://dcoll.jejunu.ac.kr/jsp/common/DcLoOrgPer.jsp?sItemId=000000008383
Alternative Author(s)
Cho, Su Hyeon
Affiliation
제주대학교 일반대학원
Department
대학원 해양생명과학과
Advisor
전유진
Table Of Contents
국문초록 ⅶ
LIST OF FIGURES ⅹ
INTRODUCTION 1
Part. 1. Evaluation of antioxidant activity of 5-bromoprotocatechualdehyde from Polysiphonia morrowii Harvey
ABSTRACT 5
MATERIALS AND METHODS 6
Materials 6
Extraction and isolation of BPCA from Polysiphonia morrowii Harvey 6
Cell culture 9
DPPH radical scavenging activity 9
Hydroxyl radical scavenging activity 9
Alkyl radical scavenging activity 10
Measurement of cell viability10
Measurement of intracellular reactive oxygen species (ROS) production 10
Nuclear staining with Hoechst 33342 11
Cell cycle analysis 11
Western blot analysis 12
Immunofluorescence staining 12
Origin and maintenance of zebrafish 13
Effect of BPCA on H_2O_2-induced ROS generation in zebrafish 13
Effect of BPCA on H_2O_2-induced cell death in zebrafish 14
Effect of BPCA on H_2O_2-induced lipid peroxidation in zebrafish 14
Statistical analysis 15
RESULTS 16
Free radical scavenging activities of BPCA 16
Effect of BPCA on H_2O_2-induced cytotoxicity in Vero cells 16
Effect of BPCA on ROS production in H_2O_2-stimulated Vero cells 18
Effect of BPCA on H_2O_2-induced apoptosis in Vero cells 18
Effect of BPCA on antioxidant enzymes in H_2O_2-stimulated Vero cells 20
Effect of BPCA on reduction of Bax and cleaved caspase-9, and PARP cleavage activation in H_2O_2-stimulated Vero cells 20
Effect of BPCA on activation of NF_-_kB in H_2O_2-stimulated Vero cells 22
Effect of BPCA on H_2O_2-induced oxidative stress in zebrafish 22
DISCUSSION 28
Part. 2. Evaluation of anti-aging activity of 5-bromoprotocatechualdehyde from Polysiponia morrowii Harvey
ABSTRACT 33
MATERIALS AND METHODS 34
Materials34
Cell culture 34
Measurement of cell viability35
Senescence-associated β-galactosidase (SA-β-gal) staining 35
Measurement of intracellular reactive oxygen species (ROS) production 36
Cell cycle analysis 36
Western blot analysis 36
Origin and maintenance of zebrafish 37
Effect of BPCA on SA-β-gal activity in H_2O_2-stimulated zebrafish 37
Statistical analysis 38
RESULTS 39
Effect of BPCA on cell viability in HDF 39
Effect of BPCA on H_2O_2-induced aging in HDF 39
Effect of BPCA on H_2O_2-induced ROS production in HDF 41
Effect of BPCA on H_2O_2-induced cell cycle arrest in HDF 41
Effect of BPCA on antioxidant enzymes in H_2O_2-stimulated HDF 41
Effect of BPCA on SA-β-gal activity in H_2O_2-stimulated zebrafish 43
DISCUSSION 46
REFERENCES 50
ACKNOWLEGEMENT 65
Degree
Master
Publisher
제주대학교 일반대학원
Citation
조수현. (2018). Antioxidant activity of 5-bromoprotocatechualdehyde from Polysiphonia morrowii Harvey
Appears in Collections:
General Graduate School > Marine Life Sciences
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