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Inhibitory Effects of 2’-Hydroxy-Dimethoxychalcones on Inflammation and Melanogenesis in Mouse Cell Lines

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Abstract
Chalcone은 식용 식물에 풍부하며 항암, 항균, 항산화 등 다양한 생물학적 할성을 나타내는 플로보노이드 전구체이다. 칼콘 유사체의 합성 및 생물학적 평가에 관한 성공 사례가 꾸준히 보고되면서 이러한 화합물과 의약 응용 분야에서의 활용 가능성에 대한 관심이 높아지고 있다. 그러나 2′-hydroxy-dimethoxychalcone이 염증과 멜라닌 생성에 미치는 영향은 아직 명확하게 규명되지 않았다. 따라서 이 연구의 목적은 2′-hydroxy-3,4′-dimethoxychalcone (3,4′-DMC), 2′-hydroxy- 4,4′-dimethoxychalcone (4,4′-DMC), 2′-hydroxy-3′,4′-dimethoxychalcone (3′,4′-DMC), 2′-hydroxy-4′,6′-dimethoxychalcone (4′,6′-DMC), 2′-hydroxy- 2,4-dimethoxychalcone (2,4-DMC), 2′-hydroxy-2,5′-dimethoxy- chalcone (2,5′-DMC), 2′-hydroxy-2,6′-dimethoxychalcone (2,6′-DMC) 및 2′-hydroxy- 3,6′-dimethoxychalcone (3,6′-DMC)의 항염증 및 멜라닌 생성 억제 효과를 평가하는 것이다. 2′-hydroxy-dimethoxychalcone 유도체 중 4′,6′-DMC, 2,6′-DMC, 3,6′-DMC는 강력한 항염증과 멜라닌 생성 억제 효과를 나타내었다. 여러 생물학적 분석에서 확인된 바와 같이 4′,6′-DMC, 2,6′-DMC, 3,6′-DMC는 세포 독성을 나타내지 않았으며 4′,6′-DMC, 2,6′-DMC 및 3,6′-DMC로 처리하면 LPS에 의해 유도된 NO, 염증성 cytokine 및 iNOS, COX-2 단백질 발현 수준이 감소하는 것으로 나타났다. 종합적으로 4′,6′-DMC, 2,6′-DMC, 3,6′-DMC는 NF-kB, p38, ERK 단백질 인산화 및 NF-kB/p65의 핵 전위를 감소시켜 LPS에 의한 손상을 약화시키는 것으로 나타났다. 또한 tyrosinase, TRP-1 및 TRP-2 효소의 발현을 감소시켰을 뿐만 아니라 MITF, GSK-3β, β-catenin, AKT, PKA, CREB, p38 및 JNK의 하향조절과, ERK 및 p-β-catenin의 상향 조절을 통해 B16F10 흑색종 세포에서 멜라닌 함량 및 세포 내 tyrosinase 활성을 감소시켰다. 마지막으로 인체피부 일차자극 시험을 통해 4′,6′-DMC, 2,6′-DMC, 3,6′-DMC의 국소 적용 가능성을 확인한 결과, 4′,6′-DMC, 2,6′-DMC, 3,6′-DMC는 저자극으로 판단되어 부작용을 유발하지 않는 것으로 확인되었다. 이러한 결과는 4′,6′-DMC, 2,6′-DMC, 3,6′-DMC가 피부 질환 치료법에 새로운 시사점을 제공할 수 있음을 보여준다. | Chalcones are flavonoid precursors that are abundant in edible plants and exhibit a wide range of biological activities, including anticancer, antimicrobial, and antioxidant. As success stories concerning the synthesis and biological evaluation of chalcones analogs are steadily being reported, interest in these compounds and their potential use in medicinal applications is increasing. However, the effect of 2′-hydroxy-dimethoxychalcone on anti-inflammation and anti-melanogenic has not been fully investigated. The aims of this study were to evaluate the anti-inflammatory and anti-melanogenic effect of 2′-hydroxy-3,4′-dimethoxychalcone (3,4′-DMC), 2′-hydroxy-4,4′-dimethoxychalcone (4,4′-DMC), 2′-hydroxy-3′,4′-dimethoxychalcone (3′,4′-DMC), 2′-hydroxy-4′,6′-dimethoxychalcone (4′,6′-DMC), 2′-hydroxy-2,4-dimethoxychalcone (2,4-DMC), 2′-hydroxy-2,5′-dimethoxychalcone (2,5′-DMC), 2′-hydroxy-2,6′-dimethoxychalcone (2,6′-DMC), and 2′-hydroxy-3,6′-dimethoxychalcone (3,6′-DMC). Among the 2′-hydroxy-dimethoxychalcone derivatives, 4′,6′-DMC, 2,6′-DMC, and 3,6′-DMC had the potent anti-inflammatory and anti-melanogenic effect. As confirmed by multiple biological assays, 4′,6′-DMC, 2,6′-DMC, and 3,6′-DMC exhibited no cytotoxicity and the results demonstrated that treatment with 4′,6′-DMC, 2,6′-DMC, and 3,6′-DMC profoundly attenuated the lipopolysaccharide (LPS) stimulated levels of nitric oxide and pro-inflammatory cytokines, and protein expression of cyclooxygenase-2 (COX-2) and inducible nitric oxide synthase (iNOS). Collectively, 4′,6′-DMC, 2,6′-DMC, and 3,6′-DMC treatment notably weakened LPS-induced damage by reducing the phosphorylation of NF-kB, p38, JNK, ERK proteins, and NF-kB/p65 nuclear translocation. In addition, significantly reduced the expression of tyrosinase, TRP-1, and TRP-2 enzymes as well as intracellular tyrosinase activity and melanin content in B16F10 melanoma cells via MITF, GSK-3β, β-catenin, AKT, PKA, CREB, p38 and JNK-dependent downregulation, and upregulating ERK and p-β-catenin cascades. Finally, we tested the topical applicability of 4′,6′-DMC, 2,6′-DMC, and 3,6′-DMC through primary human skin irritation experiments and found that 4′,6′-DMC, 2,6′-DMC and 3,6′-DMC did not induce any adverse effects. These results suggest that 4′,6′-DMC, 2,6′-DMC, and 3,6′-DMC may provide new insights into the development of therapies for skin diseases.
Author(s)
배성민
Issued Date
2023
Awarded Date
2023-08
Type
Dissertation
URI
https://dcoll.jejunu.ac.kr/common/orgView/000000011481
Alternative Author(s)
Bae Sung-Min
Affiliation
제주대학교 대학원
Department
대학원 화학과
Advisor
현창구
Table Of Contents
요약 1
LIST OF FIGURES 3
LIST OF TABLES 9
Ⅰ. 서론 10
Ⅱ. 재료 및 방법 18
1. 시료 및 시약 18
2. 실험 방법 20
2.1. 세포 배양 20
2.2. 세포 생존율 21
2.3. Nitric oxide (NO) 생성량 측정 23
2.4. Prostaglandin E2 (PGE2) 및 전염증성 cytokine 생성량 측정 24
2.5. Melanin contents 측정 25
2.6. 세포 내 tyrosinase activity 측정 26
2.7. Western blot 27
3. 인체피부 일차자극 시험 28
4. 통계처리 29
Ⅲ. 결과 30
1. RAW 264.7 세포에서 2-hydroxy-4-methoxychalcones의 항염증 효과 비교 30
1.1. RAW 264.7 세포에서 2-hydroxy-4-methoxychalcones의 Cell viability 측정 30
1.2. RAW 264.7 세포에서 2-hydroxy-4-methoxychalcones의 NO production 측정 30
2. RAW 264.7 세포에서 4,6-DMC의 항염증 효과 33
2.1. 전염증성 cytokine production 측정 33
2.2. Western blot 35
2.2.1. RAW 264.7 세포에서 iNOS 및 COX-2 발현에 대한 4,6-DMC 영향 35
2.2.2. RAW 264.7 세포에서 MAPK 신호 전달 경로에 대한 4,6-DMC 영향 35
2.2.3. RAW 264.7 세포에서 NF-κB 신호 전달 경로에 대한 4,6-DMC 영향 38
2.2.4. RAW 264.7 세포에서 NF-κB 핵 전위에 대한 4,6-DMC 영향 38
3. B16F10 세포에서 2-hydroxy-4-methoxychalcones의 멜라닌 생성 억제 효과 비교 41
3.1. B16F10 세포에서 2-hydroxy-4-methoxychalcones의 Cell viability 측정 41
3.2. Melanin contents 및 Tyrosinase 활성에 대한 2-hydroxy-4-methoxychalcones의 영향 41
4. B16F10 세포에서 4,6-DMC의 멜라닌 생성 억제 효과 45
4.1. Western blot 45
4.1.1. B16F10 세포에서 멜라닌 생성 효소 및 MITF 발현에 대한 4,6-DMC 영향 45
4.1.2. B16F10 세포에서 Wnt/β-catenin 신호 전달 경로에 대한 4,6-DMC 영향 48
4.1.3. B16F10 세포에서 PI3K/AKT 신호 전달 경로에 대한 4,6-DMC 영향 50
4.1.4. B16F10 세포에서 MAPK 신호 전달 경로에 대한 4,6-DMC 영향 52
4.1.5. B16F10 세포에서 cAMP/PKA 신호 전달 경로에 대한 4,6-DMC 영향 52
5. RAW 264.7 세포에서 2-hydroxy-2-methoxychalcones의 항염증 효과 비교 55
5.1. RAW 264.7 세포에서 2-hydroxy-2-methoxychalcones의 Cell viability 측정 55
5.2. RAW 264.7 세포에서 2-hydroxy-2-methoxychalcones의 NO production 측정 55
6. RAW 264.7 세포에서 2,6-DMC의 항염증 효과 58
6.1. PGE2 및 전염증성 cytokine production 측정 58
6.2. Western blot 60
6.2.1. RAW 264.7 세포에서 iNOS 및 COX-2 발현에 대한 2,6-DMC 영향 60
6.2.2. RAW 264.7 세포에서 MAPK 신호 전달 경로에 대한 2,6-DMC 영향 60
6.2.3. RAW 264.7 세포에서 NF-κB 신호 전달 경로에 대한 2,6-DMC 영향 63
6.2.4. RAW 264.7 세포에서 NF-κB 핵 전위에 대한 2,6-DMC 영향 63
7. B16F10 세포에서 2-hydroxy-2-methoxychalcones의 멜라닌 생성 억제 효과 비교 66
7.1. B16F10 세포에서 2-hydroxy-2-methoxychalcones의 Cell viability 측정 66
7.2. Melanin contents 및 Tyrosinase 활성에 대한 2-hydroxy-2-methoxychalcones의 영향 66
8. B16F10 세포에서 2,6-DMC의 멜라닌 생성 억제 효과 70
8.1. Western blot 70
8.1.1. B16F10 세포에서 멜라닌 생성 효소 및 MITF 발현에 대한 2,6-DMC 영향 70
8.1.2. B16F10 세포에서 Wnt/β-catenin 신호 전달 경로에 대한 2,6-DMC 영향 73
8.1.3. B16F10 세포에서 PI3K/AKT 신호 전달 경로에 대한 2,6-DMC 영향 73
8.1.4. B16F10 세포에서 MAPK 신호 전달 경로에 대한 2,6-DMC 영향 76
8.1.5. B16F10 세포에서 cAMP/PKA 신호 전달 경로에 대한 2,6-DMC 영향 76
9. RAW 264.7 세포에서 3,6-DMC의 항염증 효과 79
9.1. RAW 264.7 세포에서 3,6-DMC의 Cell viability 측정 79
9.2. RAW 264.7 세포에서 3,6-DMC의 NO production 측정 79
9.3. PGE2 및 전염증성 cytokine production 측정 82
9.4. Western blot 84
9.4.1. RAW 264.7 세포에서 iNOS 및 COX-2 발현에 대한 3,6-DMC 영향 84
9.4.2. RAW 264.7 세포에서 MAPK 신호 전달 경로에 대한 3,6-DMC 영향 84
9.4.3. RAW 264.7 세포에서 NF-κB 신호 전달 경로에 대한 3,6-DMC 영향 87
9.4.4. RAW 264.7 세포에서 NF-κB 핵 전위에 대한 3,6-DMC 영향 87
10. B16F10 세포에서 3,6-DMC의 멜라닌 생성 억제 효과 90
10.1. B16F10 세포에서 3,6-DMC의 Cell viability 측정 90
10.2. Melanin contents 및 Tyrosinase 활성에 대한 3,6-DMC의 영향 90
10.3. Western blot 94
10.3.1. B16F10 세포에서 멜라닌 생성 효소 및 MITF 발현에 대한 3,6-DMC 영향 94
10.3.2. B16F10 세포에서 Wnt/β-catenin 신호 전달 경로에 대한 3,6-DMC 영향 97
10.3.3. B16F10 세포에서 PI3K/AKT 신호 전달 경로에 대한 3,6-DMC 영향 99
10.3.4. B16F10 세포에서 MAPK 신호 전달 경로에 대한 3,6-DMC 영향 101
10.3.5. B16F10 세포에서 cAMP/PKA 신호 전달 경로에 대한 3,6-DMC 영향 101
11. 인체피부 일차자극 시험 104
Ⅳ. 고찰 105
Ⅴ. 참고 문헌 115
Abbreviations 134
Abstract 136
Degree
Master
Publisher
제주대학교 대학원
Citation
배성민. (2023). Inhibitory Effects of 2’-Hydroxy-Dimethoxychalcones on Inflammation and Melanogenesis in Mouse Cell Lines.
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General Graduate School > Chemistry
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  • 엠바고2023-08-14
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