마늘 에탄올 추출물의 이화학적 특성에 대한 추출조건의 모니터링

차태양,김성호,권택규,권중호,이상한,이진만,Cha, Tae-Yang,Kim, Seong-Ho,Kwon, Taeg-Kyu,Kwon, Joong-Ho,Lee, Sang-Han,Lee, Jin-Man 한국식품영양과학회 2007 한국식품영양과학회지 Vol.36 No.9

마늘은 향신료로서 역할뿐만 아니라 생체기능을 조절하는 유용한 성분을 함유하고 있어서 건강 유지에 유익한 식품으로 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 마늘을 가공식품 소재로 활용하기 위하여 중심합성계획에 의한 반응표면분석법을 이용하여 마늘의 유효성분 함량을 다량 추출할 수 있는 최적추출조건을 모니터링하였다. Alliin 함량은 추출온도 $60.86^{\circ}C$, 추출시간 3.77 hr, 에탄올 농도 50.68%에서 최적이었고, allicin은 추출온도 $65.11^{\circ}C$, 추출시간 2.79 hr, 에탄올 농도 13.62%에서 최대값 8.23 mg%로 예측되었다. 총 페놀성 화합물 함량은 최대값 16.72 mg%로 예측되었으며 이 때 추출조건은 추출온도 $93.35^{\circ}C$, 추출시간 3.22 hr 및 에탄올 농도 10.38%로 나타났고, 전자공여능은 추출온도 $82.64^{\circ}C$, 추출시간 2.88 hr 및 에탄올 농도 0.43%에서 최적이었다. pH 1.2 및 3.0 아질산염 소거능은 추출온도 $79.77^{\circ}C$, $76.46^{\circ}C$, 추출시간 3.22 hr, 3.31 hr 및 에탄올농도 10.38%, 1.12%일 때 최대값은 94.85%, 63.22%이었다. This study was carried out to find the optimal conditions for the extraction of the effective ingredients based on central composite by monitoring the extraction characteristics of each ingredient with a response surface methodology. The optimal condition for the effective component alliin was extract temperature of $60.86^{\circ}C$, extract time of 3.77 hr, and ethanol concentration of 50.68%, and that for allicin was $65.11^{\circ}C$, 2.79 hr, and 13.62%, respectively, with the maximum extraction of 16.72 mg%. The maximum value of extracted total phenolics was 16.72 mg%, the optimal condition for electron donating ability was $93.35^{\circ}C$, 3.22 hr and 10.38%. The optimal conditions for pH 1.2 and 3.0 nitrite-scavenging ability was extract temperature of $79.77^{\circ}C$ and $76.46^{\circ}C$, extract time of 3.22 hr and 3.31 hr, and the ethanol concentration of 10.38% and 1.12%, respectively. With this optimal condition, the obtained maximum values for nitrite-scavenging activities at pH 1.2 and 3.0 were 94.85% and 63.22%, respectively.

새로운 non-apoptotic 세포사멸: ferroptosis

우선민 ( Seon Min Woo ),권택규 ( Taeg Kyu Kwon ) 영남대학교 의과대학 2017 Yeungnam University Journal of Medicine Vol.34 No.2

Ferroptosis is a newly recognized type of cell death that results from iron-dependent lipid peroxidation and is different from other types of cell death, such as apoptosis, necrosis, and autophagic cell death. This type of cell death is characterized by mitochondrial shrinkage with an increased mitochondrial membrane density and outer mitochondrial membrane rupture. Ferroptosis can be induced by a loss of activity of system X_c ^- and the inhibition of glutathione peroxidase 4, followed by the accumulation of lipid reactive oxygen species (ROS). In addition, inactivation of the mevalonate and transsulfuration pathways is involved in the induction of ferroptosis. Moreover, nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase and p53 promote ferroptosis by increasing ROS production, while heat shock protein beta-1 and nuclear factor erythroid 2-related factor 2 inhibit ferroptosis by reducing iron uptake. This article outlines the molecular mechanisms and signaling pathways of ferroptosis regulation, and explains the roles of ferroptosis in human disease.

탈유비퀴틴화 효소 DUBs의 비만 및 대사 관련 질환에서 병태생리학적 기능

이슬기(Seul Gi Lee),권택규(Taeg Kyu Kwon) 한국생명과학회 2022 생명과학회지 Vol.32 No.6

유비퀴틴화는 단백질 안정성 조절을 통해 진핵세포 내 광범위한 과정에서 주요한 역할을 한다. 이 과정에서 탈유비퀴틴화 효소인 deubiquitinating enzymes (DUBs)은 표적단백질의 유비퀴틴 혹은 ubiquitin-like proteins에 결합하여 표적단백질의 분해를 억제하는 기능을 한다. DUBs의 역할은 주로 암생물학에서 다루어져 왔으며, 이를 통해 다양한 암 치료용 DUBs 억제제가 개발 중인 상황이다. 한편, 최근의 연구는 이러한 DUBs가 비만, 당뇨, 지방간을 포함한 대사질환에서 주요한 역할을 할 수 있을 것이라고 보고했다. 대사질환의 발생 및 진행에 있어 각기 다른 종류의 DUBs는 양적 혹은 음적 조절 작용을 갖음을 제시하였다. DUBs는 세포 내 다양한 전사인자의 단백질 발현 등 조절함으로써 대사질환의 발생 및 진행에 기여할 수 있음 생체 내, 외 및 인간 조직을 활용한 연구에서 입증되었다. UCH, USP7 및 USP19는 지방세포의 분화, 체중 증가, 및 인슐린 저항성에 관련이 있음을 식이 혹은 유전자조작으로 인한 비만 유도 마우스에서 검증하였다. CYLD, USP4 및 USP18의 경우 지방간의 발생과 밀접한 관계를 갖는다고 보고되었으며 이는 경우에 따라 체중 변화를 동반한다. 종합적으로, 본 총설에서는 비만 및 이와 관련한 대사질환에서 DUBs의 역할에 대한 최신 연구 결과 및 동향에 대해 기술하였다. 또한 DUBs에 새로운 역할에 관한 기초지식 및 분자적메커니즘을 제공함으로써 궁극적으로는 DUBs가 대사질환의 새로운 유전자 타겟이 될 수 있음을 시사한다. Ubiquitin signaling regulates virtually all aspects of eukaryotic biology and dynamic processes in which protein substrates are modified by ubiquitin. To regulate these processes, deubiquitinating enzymes (DUBs) cleave ubiquitin or ubiquitin-like proteins from these substrates. DUBs have been implicated in the pathogenesis of cancer, leading to the development of increasing numbers of small-molecule DUB inhibitors. On the other hand, recent studies have focused on the function of DUBs in metabolic diseases such as obesity, diabetes, and fatty liver diseases. DUBs play a positive or negative role in the progression and development of metabolic diseases. Their involvement in cell pathology and regulation of major transcription factors in metabolic syndrome has been examined in vitro and in animal and human biopsies. UCH, USP7, and USP19 were linked to adipocyte differentiation, body weight gain, and insulin resistance in genetic or diet-induced obesity. CYLD, USP4, and USP18 were found to be closely associated with fatty liver diseases. In addition, these liver diseases were accompanied by body weight change in certain cases. Collectively, in this review, we discuss the current understanding of DUBs in metabolic diseases with a particular focus on obesity. We also provide basic knowledge and regulatory mechanisms of DUBs and suggest these enzymes as therapeutic targets for metabolic diseases.

암 치료 표적으로써 유비퀴틴 접합 효소 UBE2의 기능

우선민(Seon Min Woo),권택규(Taeg Kyu Kwon) 한국생명과학회 2023 생명과학회지 Vol.33 No.6

암 치료 표적으로써 prostate apoptosis response-4(Par-4)

우선민(Seon Min Woo),권택규(Taeg Kyu Kwon) 한국생명과학회 2015 생명과학회지 Vol.25 No.8

Par-4는 종양 억제 유전자로 암세포 선택적으로 세포사멸을 증진하는 기능을 가진다. Par-4 유전자는 nuclear localization sequences (NLS), leucine zipper (LZ), nuclear export sequence (NES), selective for apoptosis in cancer cells (SAC)의 네 가지 도메인을 가지고 있다. 이 중에서도 SAC 도메인이 Par-4에 의한 세포사멸에 중요한 역할을 하며, 이러한 Par-4의 활성화는 세포 내 경로와 세포 외 경로로 나누어진다. 세포질 내의 Par-4는 핵 내로 이동하여 NF-κB 매개의 세포 성장 경로를 억제하고 세포 밖으로 분비된 Par-4는 세포 표면에 존재하는 수용체인 GRP78과 결합하여 세포 사멸을 유도한다. 따라서 Par-4의 발현을 증가시키는 물질에 의한 세포 사멸뿐만 아니라 암세포에서 발현이 낮은 Par-4의 과발현을 통하여 세포사멸 민감화가 증진된다. 따라서 Par-4는 암 치료의 강력한 표적으로의 가능성을 가지고 있다. Prostate apoptosis response-4 (Par-4) was originally identified in androgen-independent prostate cancer cells undergoing apoptosis. Par-4 is ubiquitously expressed in normal cells and tissues, but it is downregulated in several types of cancers. Par-4 is a 38 kDa tumor suppressor protein encoded by the PARW gene. Par-4 promotes apoptosis in a variety of cancerous cells, but not in normal cells. In this review, we focused on the structure, expression and function of Par-4 in apoptotic signaling pathway. Functional domains of Par-4 include two nuclear localization sequences (NLS), a leucine zipper (LZ) domain, a nuclear export sequence (NES) and selective for apoptosis in cancer cell (SAC) domain. Many studies have underlined the importance of Par-4 in preventing cancer development. The activity of Par-4 is differently regulated by localization of intracellular and extracellular Par-4. Intracellular Par-4 inhibits Akt- and NF-κB-mediated cell survival pathways and downregulates Bcl-2 expression. Extracellular Par-4 activates the extrinsic apoptotic pathway by binding to cell surface receptor GRP78, a stress response protein that is in the endoplasmic reticulum (ER). Endogenous Par-4 sensitizes cancer cells to various apoptotic stimuli, while exogenous Par-4 enhances SAC domain-dependent apoptosis in cancer cells, but not normal cells. Therefore, Par-4 is an attractive target for cancer therapy.

인간 신장암 Caki세포에서 dicumarol에 의한 PMA 매개 matrix metalloproteinase-9의 발현 억제 효과

박은정(Eun Jung Park),권택규(Taeg Kyu Kwon) 한국생명과학회 2016 생명과학회지 Vol.26 No.2

Dicumarol는 전동싸리 식물에서 추출한 coumarin 유도체로 vitamin K 의존적으로 항응고 작용를 한다. 그러나, dicumarol에 의한 MMP-9의 발현 및 활성화 조절에 대한 연구는 수행되지 않았다. 본 연구에서 dicumarol이 인간 신장암 Caki세포에서 PMA 매개의 MMP-9의 발현과 활성화를 조절 할 수 있는지 확인하였다. Dicumarol는 PMA유도 MMP-9의 활성을 억제하였고, MMP-9의 mRNA RT-PCR 및 promoter assay를 통하여 전사단계에서 조절됨을 확인하였다. Dicumarol에 의한 MMP-9 발현 조절에 NF-κB와 AP1 전사인자의 전사 활성 저해에 의하여 야기됨을 확인하였다. NQO1 siRNA를 이용한 knock-down 실험에서 dicumarol이 PMA유도의 MMP-9 활성 억제에 NQO1의 관련성을 확인 할 수 없었다. Dicumarol는 PMA에 의한 세포이동 및 침윤을 억제하였는데, 이러한 현상은 MMP-9의 발현 및 활성을 조절함으로써 일어날 수 있음을 확인하였다. Dicumarol is a coumarin derivative isolated from sweet clover (Melilotus alba), and has anti-coagulant activity with the inhibitory activity of NAD(P)H quinone oxidoreductase1 (NQO1). NQO1 catalyzes the two-electron reduction of quinones to hydroquinones. Dicumarol competes with NAD(P)H for binding to NQO1, resulting in the inhibition of NQO1 enzymatic activity. The expression of matrix metalloproteinases (MMPs) has been implicated in the invasion and metastasis of cancer cells. The expression of MMPs is regulated by cytokines and signal transduction pathways, including those activated by phorbol myristate acetate (PMA). However, the effects of dicumarol on metalloproteinase (MMP)-9 expression and activity are not investigated here. This study investigated whether dicumarol inhibits MMP-9 expression and activity in PMA-treated human renal carcinoma Caki cells. Dicumarol markedly inhibited the PMA-induced MMP-9 mRNA expression and MMP-9 activity. NF-κB and AP1 promoter activity, which is important in MMP-9 expression, also decreased in dicumarol-treated cells. Furthermore, dicumarol markedly suppressed the ability of PMA-mediated migration in Caki cells. When the relevance of NQO1 in the dicumarol-mediated inhibitory effect on PMA-induced MMP9 activity was elucidated, knock-down of NQO1 with siRNA was found to have no effect on PMA-induced MMP9 activity, suggesting that the stimulating effect of dicumarol on PMA-induced MMP9 activity is independent of NQO1 activity. Taken together, the present studies suggested that dicumarol may inhibit PMA-induced migration via down-regulation of MMP-9 expression and activity.

Astrocyte 세포와 C6 glioma 세포에서 ER stress 유도 물질 brefeldin A에 의한 CHOP 단백질의 발현 차이

박은정(Eun Jung Park),권택규(Taeg Kyu Kwon) 한국생명과학회 2016 생명과학회지 Vol.26 No.4

Brefeldin A (BFA)는 Eupenicillium brefeldianum에서 분리한 lactone계열의 항생제이며 ER에서 Golgi로 단백질 이송/전달을 억제히는 기능이 있다. 따라서 BFA를 세포에 처리 시 Golgi 기능 장애와 ER에서 단백질의 폴딩/조립의 문제로 인하여 ER에 기능 장애가 발생하는데 이를 소포체 스트레스(ER stress)라고 한다. 본 연구에서는 정상 astrocyte 세포와 C6 glioma 세포에서의 BFA처리에 따라 ER stress marker 단백질인 CHOP 발현 차이를 확인하였다. BFA 처리 시 CHOP 발현이 정상 astrocyte 세포에서 C6 glioma 세포에 비해 현저히 낮은 발현을 확인하였다. 하지만 CHOP mRNA 발현에서는 astrocyte 세포에서 발현 됨을 RT-PCR로 확인하였다. C6 glioma 세포와 비교하여 astrocyte 세포에서 BFA유도의 CHOP 단백질 발현이 낮은 원인은 proteasome 활성이 높음으로 기인됨을 proteasome inhibitor 실험과 proteasome 활성 측정을 통하여 확인하였다. Brefeldin A (BFA), a lactone antibiotic isolated from the fungus Eupenicillium brefeldianum, inhibits the transport of secreted and membrane proteins from the endoplasmic reticulum (ER) to the Golgi apparatus. BFA disrupts Golgi function, the accumulation of unfolded proteins in ER, and the induction of ER stress. Prolonged ER stress induces apoptosis at least in part through the transcription factor C/EBP (CCAAT/enhancer binding protein) homologous protein (CHOP),which is activated by the unfolded protein response (UPR). In this paper, we demonstrate that BFA-induced endoplasmic reticulum stress leads to different CHOP expression in primary astrocyte cells and C6 glioma cells. BFA induced lower CHOP expression levels in primary astrocyte cells than in C6 glioma cells; however, other ER stress inducers (thapsigargin and tunicamycin) resulted in similar expression patterns in these two cell types. Interestingly, the three different ER stress inducers (BFA, thapsigargin, and tunicamycin) induced similar levels of CHOP mRNA expression in primary astrocyte cells. The ubiquitin- proteasome inhibitor MG132 also markedly up-regulated the BFA-mediated CHOP protein expression in primary astrocyte cells. BFA also induced higher proteasome activity in primary astrocyte cells than in C6 glioma cells. Taken together, our results suggest that higher proteasomal activity might down-regulate BFA-induced CHOP expression in primary astrocyte cells.

암 치료 표적으로의 NAD(P)H Quinone Oxidoreductase 1 (NQO1)

박은정(Eun Jung Park),권택규(Taeg Kyu Kwon) 한국생명과학회 2014 생명과학회지 Vol.24 No.1

NQO1은 플라보 단백질 계통의 2 전자 환원 효소이며 NADH 또는 NADPH를 보조인자로 quinone 계통의 화합물을 hydroquinone으로 환원 한다. 암에서 NQO1은 그에 상응하는 정상 조직과 비교하였을 때 비교적 높은 발현을 나타낸다. NQO1의 다양한 기능 중 quinone 물질 대사는 두 가지 형태의 상반되는 기능을 가진다. 이것은 quinone으로부터 전환된 hydroquinone의 상태적 안정성과 불안정성에 기인하며, 불안정한 hydroquinone의 생성은 산화적 손상 야기 및 DNA 손상은 세포의 운명을 바꾸어 놓게 된다. 따라서 암에서 그 발현이 높은 NQO1을 표적으로 작용하는 생체환원 물질은 암 세포 사멸을 강하게 유도하게 되어 암 치료의 가능성을 보여주고 있다. 항암 표적 분자로서 NQO1 특징과 NQO1을 통해 작용하는 생체환원물질 β-lapachone의 항암 효과와 기전에 대하여 살펴보았다. NAD(P)H quinone oxidoreductase 1 (NQO1) is a flavoprotein that catalyzes the two electron reduction of diverse substrates, including quinones. It uses NADH or NADPH as a cofactor for enzymatic machinery. In the metabolism of quinones, NQO1 has two conflicting functions because of the different stability of converted hydroquinones. The stable form of hydroquinone is excreted from cells by conjugation with glutathione or glucuronic acid. The unstable form of hydroquinone induces cell death by induction of oxidative stress and DNA damage. Certain quinones known as bio-reductive agents have a cytotoxic function following reduction by NQO1. Bio-reductive agents, such as β-lapachone or mitomycin C, induce the depletion of NAD(P)H and the generation of oxidative stress in an NQO1-dependent manner. NQO1 is highly expressed in several cancer tissues. Therefore, NQO1 is a good therapeutic target for cancer treatment with bio-reductive agents.

암 치료 표적으로써 cathepsin S

우선민(Seon Min Woo),권택규(Taeg Kyu Kwon) 한국생명과학회 2018 생명과학회지 Vol.28 No.6

Cathepsin은 리소좀에 존재하는 효소로, 엔도좀-리소좀 경로를 통하여 손상된 단백질의 분해를 유도한다. 이러한 cathepsin은 활성화되는 촉매 잔기 위치(catalytic residue site)에 따라 cysteine, aspartate, serine cathepsin으로 나뉜다. 다양한 암세포에서 cysteine cathepsin은 유전자 증폭이나 전사, 번역, 전사 후 단계를 통해 높은 발현을 유지한다. 특히 cathepsin S의 경우, 다른 cysteine cathepsin과 달리 중성 pH 환경에서도 안정적으로 활성도를 유지하며 특정 조직에서 발현이 제한적이라는 특징을 가지고 있기 때문에 질병의 미세환경에서 중요한 역할을 한다. 면역세포에서의 cathepsin S는 불변 사슬(invariant chain)을 분해하여 항원 제시에 중요한 MHC class II의 활성화를 통해 면역 반응을 조절하며, 암세포에서의 cathepsin S는 전이와 혈관신생을 조절함으로써 암세포의 성장을 증가시키는 역할을 한다. Cathepsin S의 발현 조절에 문제가 생기면 암, 관절염, 심혈관 질환을 포함한 많은 병리학적 현상에 영향을 미친다. 특히 암세포에서 cathepsin S의 발현 억제와 결함은 혈관신생을 억제시킬 뿐만 아니라, 암세포의 성장과 전이를 감소시키고 세포사멸을 유도한다. 따라서, cathepsin S는 암 치료에 있어 좋은 표적이 될 수 있다. Cysteine cathepsins are lysosomal enzymes that belong to the papain family and can induce the degradation of damaged proteins through the endo-lysosomal pathway. It is highly upregulated in many cancers by regulating gene amplification and transcriptional, translational, and post-transcriptional modifications. Cathepsin S is part of the cysteine cathepsin family. Many studies have demonstrated that cathepsin S not only plays a specific role in MHC class II antigen presentation but also plays a crucial role in cancers. Cathepsin S is more stable at a neutral pH compared to other cysteine cathepsins, which supports the importance of cathepsin S in disease microenvironments. Therefore, the dysregulation of cathepsin S has participated in a variety of pathological processes, including cancer, arthritis, and cardiovascular disease. Furthermore, a decrease or depletion in the expression of cathepsin S has been implicated in the processes of tumor growth, invasion, metastasis, and angiogenesis. Taken together, cathepsin S has been suggested as an attractive therapeutic target for cancer therapy. In this review, the known involvement of cathepsin S in diseases, particularly with respect to recent work indicating its role in cancer therapy, is examined. An overview of current literature on the inhibitors of cathepsin S as a therapeutic target for cancer is also provided.

Silibnin의 지방세포분화 억제 및 세포사멸 유도 효과

이슬기 ( Seul Gi Lee ),권택규 ( Taeg Kyu Kwon ),남주옥 ( Ju-ock Nam ) 한국미생물생명공학회(구 한국산업미생물학회) 2017 한국미생물·생명공학회지 Vol.45 No.1

CCAAT/enhancer-binding protein beta, delta (C/EBPβ, δ)는 지방세포분화 과정의 초기에 필수적으로 요구되며 지방생성 주요조절인자인 proliferator-activated receptor gamma (PPARγ) and CCAAT/enhancer-binding protein-alpha (C/EBPα)의 발현을 유도한다. 본 연구에서는 silibinin의 지방세포 분화 억제 효과 및 이러한 효과가 지방세포 분화초기에 C/EBPβ 및 C/EBPδ의 발현 조절을 통해 일어난 다는 것을 확인하였다. Silibinin은 지방세포 내 지질축적을 억제하고 세포분화 과정 동안 관여하는 다양한 유전자의 mRNA 발현을 억제하였다. 또한 lipoprotein lipase (LPL), fatty acid binding protein 4 (AP2) 및 adiponectin과 같은 지방세포 분화 관련 유전자의 발현을 억제시켰다. 따라서, Silibinin의 지방세포 분화 억제효과는 C/EBPβ 및 C/EBPδ의 발현억제에 의한 것으로 보인다. 더불어, Silibinin은 capspase-3 활성을 통해 분화하는 세포에 특이적으로 세포사멸을 유도하는 것을 확인하였다. C/EBPβ and C/EBPδ are required for the initiation of adipogenesis and induce the expression of key adipo-genic regulators, such as PPARγ and C/EBPα. In the present study, we have examined the effects of silibi-nin and its possible molecular mechanisms in regulating adipocyte differentiation and expression of C/ EBPβ and C/EBPδ in the early stage of adipogenesis. Silibinin statistically significantly inhibits intracellu-lar lipid accumulation and the mRNA expression of various genes involved at different stages during adi-pogenesis. Silibinin also suppresses expression of lipoprotein lipase (LPL), fatty acid binding protein 4 (AP2), and adiponectin in 3T3-L1 adipocytes. Thus, the anti-adipogenic effect of silibinin seems to originate from the ability to inhibit the expression of C/EBPβ and C/EBPδ. Furthermore, silibinin decreases cell via-bility for differentiation period and induces apoptotic cell death through capspase-3 activation.