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다시마 물 추출물과 다시마 유래 다당류의 이화학적 특성 및 항염증 효과

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Alternative Title
Comparison of Biological Characteristics and Immunomodulatory Effect between Purified Polysaccharides and Water Extract from Laminaria Japonica
Abstract
염증이란 체내의 면역세포가 외부로부터 물리적, 화학적 자극이나 세균감염을인지하여 다양한 염증매개 물질을 분비함으로써 손상된 조직을 재생하려는 우리몸의 자연 방어 기전이다. 신체활동 부족, 비만, 스트레스과 같은 외적요인과영양결핍, 영양 불균형, 활성산소 등의 내적요인으로 인해 우리 몸에서는자연스러운 염증반응이 일어나게 된다. 하지만 만성 염증 상태가 지속되면동맥경화, 심혈관질환, 당뇨, 암과 같은 질병을 유발하게 된다. 따라서연구자들이 염증을 치료하기 위해 부작용이 없은 천연물질에 대한 관심이많아지고 있으며 그에 대한 식이요법, 기능성 식품 등의 개발을 꾸준히 진행하고있다.해조류는 광합성에 따라 색소 생성 정도에 따라서 녹조류, 갈조류, 홍조류로나눈다. 그 중에서 한국, 중국 같은 아시아 사람들이 제일 많이 소비하는해조류는 갈조류이다. 특히, 갈조류인 다시마는 일상생활에서 쉽게 접할 수있으며 식이 섬유, 무기질 등 풍부하고 항당뇨, 항비만, 항염증, 장 건강증진효과 등 여러 생리활성을 가지고 있는 것으로 알려져 있다.해조류의 추출물의 추출방법 및 추출 시료 등에 따라 추출물에 함유되어 있는성분에 유의적인 차이가 발생하며 이에 따른 생리적인 효과도 크게 다르다. 특히해조류의 주성분인 식이 섬유소 (다당류)의 다양한 종류와 생리활성은 이미보고된 바 있으나, 해조류 추출물과 다당류의 직접적인 비교 데이터는 미비한상황이다. 이에 선행연구 결과에 기반하여 본 연구에서는 다시마에서 정제된다당류가 다시마의 유익한 효과에 담당하는 성분이라는 가설을 세우고, 다시마물 추출물 (LJE)와 다시마유래 다당류 (LJPS)의 이화학적 특성의 비교와항염증에 초점을 둔 생리활성 효과를 비교하고 그 기전에 대해 연구해 보고자하였다.이화학적 특성 분석으로 총 폴리페놀 함량, ABTS 라디칼 소거능 측정, DPPH라디칼 소거능 측정을 실시하였다. MTT assay를 통한 RAW 264.7 세포에서세포 독성과 적정 처치농도를 결정하였다. RAW 264.7 세포에서 LPS로 유도된NO 생성량을 확인하였고 LPS로 유도된 염증성 사이토카인 mRNA 발현 정도를RT-PCR를 통해 측정하였다. 더불어 LPS로 유도된 염증성 사이토카인 단백질생성량을 ELISA assay로 확인하였다.LJE의 총 폴리페놀 수치는 2.163 μg GAE/mg이고, LJPS에서는 검출되지않았다. 이는 다시마에서 다당류를 분리·정제하는 과정에서 가열, 필터 및 여과등을 거쳐 폴리페놀이 소실되는 것으로 사료된다. LJE는 LJPS보다 ABTS라디칼 소거능력 더 좋은 것으로 나타났고 LJE, LJPS는 1 mg/ml 농도까지유의적인 DPPH 라디칼 소거능은 관찰되지 않았다. 세포독성 측정결과에서LJE는 RAW 264.7 세포에 10 μg/mL부터 독성이 나타났고, LJPS는 50μg/mL까지 독성이 나타내지 않았다. 본 연구에서 LJE, LJPS의 농도는 1, 10μg/mL를 선정해서 진행했다. NO 생성량을 측정한 결과에서 LJPS (10 μg/mL)처치군은 대조군 보다 유의적으로 높은 NO 생성량을 보였고 LJE (1 μg/mL),LJPS (1, 10 μg/mL) 처치군은 LPS로 유도된 RAW 264.7 세포에서 NO생성량을 유의적으로 감소하였다. 따라서 LJE가 RAW 264.7 세포에서 항염증효과가 가지는 것을 알 수 있으며 LJPS가 RAW 264.7 세포에서 양면적염증조절 효과가 가지는 것을 알 수 있다. mRNA 측정결과에서 LPS 자극으로인해 증가한 TNF-α, IL-6, IL-1β, MCP-1의 발현이 유의적인 차이 보이지않았지만 LPS가 염증을 유도하는 RAW 264.7 세포에서 염증성 사이토카인(TNF-α, IL-6, IL-10)을 유의적으로 감소하는 것을 관찰했다. 따라서 LJE 및LJPS의 염증조절 기전이 전사 과정 (transcriptional level) 혹은 번역 과정(translational level)에 기인하는지에 대해서는 추가 실험이 필요하다.본 연구를 통해 우리는 항산화 효과가 LJPS의 주로 생리활성이 아님을 알 수있었으며, 다시마 유래 물질 2종 (LJE, LJPS)은 모두 대식세포의 면역조절효과를 가지지만 그 조절 기전은 다름을 보여주었다. 즉, 대식세포에서 LJE는항염증 효과, LJPS 양면적인 면역조절효과를 보유하고 있었다. LJPS는 특정농도에 따라 대식세포에서 면역활성 작용과 항염증 효과를 동시에 가지고 있다.결론적으로 LJE와 LJPS는 식품 첨가물과 면역 조절 기능을 보유하고 있는기능성 천연 소재로의 가능성을 확인하였다.
Inflammation is the complex biological protective response of body tissues toharmful stimuli, such as pathogens, damaged cells, or irritants. Prolonged low-gradeinflammation results in chronic diseases including diabetes, obesity, inflammatorybowel disease, pulmonary disease and cancer. Pharmaceutical substances have beenused to treat such diseases however there have been a wide range of side effects.Therefore, not only to minimize the side effects but also to positively regulateinflammation to prevent the chronic diseases, compounds from natural sources/foodshave drawn lots of attentions. Seaweed has been one of the attractive materials,which with potential to be exploited in human health applications. Laminariajaponica (LJ), a brown seaweed has served as a source of food, medicine, pigment,and livestock fodder with various essential nutrients and biological activities includinganti-inflammatory, anti-oxidant, anti-proliferative, anti-tumor, anti-diabetic and others. Itis well-documented that components and functions of extracts are highly dependableto its solvents. In consideration of potentially bioactive components in seaweeds,seaweed-derived dietary fiber has been intensively examined due to its richness,various forms, and functionalities. We hypothesized that polysaccharide purified fromLJ (LJPS) is a responsible component contributing the beneficial effects of LJ,especially its anti-inflammatory property. Therefore, in this study we compared waterextract from LJ (LJE) and LJPS on their anti-oxidant and immunomodulatory effectsby using in vitro model.Total polyphenol contents were measured using Folin–Ciocalteu method.Antioxidant activity was evaluated using the ABTs and DPPH assay. Cell viabilitywas measured using MTT assays in mouse macrophages, RAW 264.7 cells. Nitricoxide (NO) assay, ELISA, and real-time PCR were performed to investigate theimmunomodulating effect of LJE and LJPS in LPS-stimulated RAW 264.7 cellstreated with LJE or LJPS.As a result, we observed that LJE had a stronger ABTs radical scavenging activitythan LJPS. Cellular toxicity of LJE was comparatively higher than that of LJPS inRAW 264.7 cells. LJE showed cellular toxicity from concentration 10 μg/mL, and nosignificant cytotoxicity was observed with LJPS upto 50 μg/mL in RAW 264.7 cells.Moreover, LJPS itself significantly enhanced the production of NO in RAW 264.7cells. On the other hand, both LJE and LJPS reduced the production of NO, tumornecrosis factor-α (TNF-α) and interleukin-6 (IL-6) expression by LPS stimulatedRAW 264.7 cells.Taken together, it was confirmed that polyphenols were lost through polysaccharidepurified from LJ. Based on the antioxidant activity of LJPS, we were abel toconclude that the antioxidant activity was not the main biological property of LJPS.LJE appeared to have an anti-inflammatory effect, whereas LJPS had a biphasicimmunomodulatory effect in RAW 264.7 cells. Overall, LJE and LJPS presented apromising natural source of food additives to regulae immune responses.
Author(s)
최가미
Issued Date
2021
Awarded Date
2021. 2
Type
Dissertation
URI
https://oak.jejunu.ac.kr/handle/2020.oak/23524
Alternative Author(s)
Cui, Jia Mei
Affiliation
제주대학교 대학원
Department
대학원 식품공학과
Advisor
이윤경
Table Of Contents
Abstract ⅲ
List of Abbreviations Ⅴ
List of Tables ⅵ
List of Figures ⅶ
Ⅰ. 서 론 01
Ⅱ. 이론적 배경 04
1. 해조류 04
1) 갈조류 06
(1) 갈조류의 종류 및 특징 06
(2) 갈조류의 잠재적 건강 증진 효과 06
2) 다시마 (Laminaria japonica) 07
(1) 다시마의 조성 07
(2) 다시마의 생리활성 12
3) 해조류 유래 다당류 13
2. 염증 관련 대사성 질환 15
3. 대식세포 15
4. 대식세포에서의 염증성 사이토카인 및 염증 대사경로 16
Ⅲ. 연구 내용 및 방법 20
1. 시료 준비 20
1) 다시마 물 추출물 20
2) 다시마 유래 다당류 분리정제 20
2. 실험 방법 24
1) 다시마 추출물과 다시마 다당류의 이화학적 실험 24
(1) 총 폴리페놀 함량 24
(2) 항산화능 측정 24
2) 세포 배양 26
3) 세포 생존율 측정 26
4) Nitric oxide (NO) 생성량 측정 27
5) RNA 분리정제와 reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR) 27
6) 염증관련 사이토카인 생성량 측정 (ELISA) 28
3. 통계 분석 29
Ⅳ. 연구 결과 30
1. 다시마 물 추출물 및 다시마 유래 다당류의 이화학적 실험 결과 30
1) 다시마 물 추출물과 다시마 유래 다당류의 총 폴리페놀 함량 30
2) 다시마 물 추출물과 다시마 유래 다당류의 항산화 효과 32
2. 다시마 물 추출물과 다시마 유래 다당류의 세포독성 36
3. 다시마 물 추출물과 다시마 유래 다당류가 NO 생성에 미치는 영향 38
4. 다시마 물 추출물과 다시마 유래 다당류의 항염증 관련 유전자 발현에 미치는 영향 40
5. 다시마 물 추출물과 다시마 유래 다당류가 염증성 사이토카인 생성에 미치는 영향 46
Ⅴ. 고찰 48
Ⅵ. 요약 및 결론 51
Ⅶ. 참고문헌 53
< 국문초록 > 66
Degree
Master
Publisher
제주대학교 대학원
Citation
최가미. (2021). 다시마 물 추출물과 다시마 유래 다당류의 이화학적 특성 및 항염증 효과
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General Graduate School > Food science and Engineering
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