Low molecular weight keratins inhibit UVB-induced MMP-1 expression by targeting MAPK signaling pathways : 초저분자 케라틴 펩타이드의 항노화 효능 및 분자기전 규명

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Bioactive peptides are short chains of amino acids that can trigger various cellular processes with signal interactions. It is also easier to deliver and access intracellular materials. Bioactive peptide has already been used as a cosmetic material because it has the effects as anti-skin aging, whitening, and moisturizing. However, most of them are synthetic peptides, and they have threshold about price and production. Poultry feather consists of about 90% keratin and can be superb source of natural peptides. In previous study, trough anaerobic cultivations of chicken feather with Fervidobacterium islandicumAW-1 and fractionation by membrane ultrafiltration, the functional keratin peptides were produced and separated out some fractions with different amino acid sequence. And we have discovered that KP7, one of the keratin peptide fraction, has had the greatest impact on skin aging. In this study, we investigated anti-skin aging effect of KP7 and its molecular mechanism. Consequently, KP7 has an anti-skin aging efficacy by helping collagen synthesis and inhibiting the expression and production of matrix metalloprotein (MMP)-1, fibroblast collagenase. Furthermore, result of phospho-kinase antibody array demonstrated that KP7 suppressed the mitogen-activated protein kinases (MAPKs) pathway, a significant cascade for MMP-1 expression. Overall, these results provide that KP7 is a potential candidate as cosmeceutical peptides with anti-skin aging.

국문 초록 (Abstract)

펩타이드란 짧은 아미노산 사슬로써 생체 내에서 다양한 생리활성을 나타내는 물질이다. 또한 분자량이 작기 때문에 쉽게 세포 내로 들어갈 수 있는 장점을 가진다. 펩타이드는 항노화, 미백 그리고 보습 등 다양한 기능성을 나타내며 이미 화장품 소재로써 이용되고 있다. 하지만 대부분 펩타이드 원료로써 합성 펩타이드를 사용하여 단가가 높으며 생산량이 적다는 한계점을 가진다. 그리하여 최근 우리는 Fervidobacterium islandicum AW-1 균주를 이용한 닭 깃털의 발효와 여과 및 크로마토그래피를 통해 케라틴 펩타이드 분획물을 얻었고, 그 중 기능성을 가지는 KP7을 선별하였다. 본 연구에서는 광노화 유효성 평가를 통해 KP7의 피부 노화 억제 효능을 확인하고, 분자생물학적 작용기전 및 표적단백질을 규명하고자 하였다. 결과적으로 KP7이 엘라스틴 분해효소의 활성에는 영향을 미치지 않지만, UVB 파장에 의해 유도된 세포 내 콜라겐 분해효소인 MMP-1 효소의 발현과 세포 외 분비를 억제함을 확인하였다. 또한 사람 피부와 가장 유사한 인공 피부 모델에서도 MMP-1의 억제를 확인하고, 이 때 수거된 배지에서 콜라겐 중합 시 생성되는 프로콜라겐의 말단 펩타이드 또한 증가한 것으로 나타나 KP7이 콜라겐 합성에도 도움을 주는 것으로 밝혀졌다. 이러한 KP7의 MMP-1 저해가 어떠한 기전을 통해 이루어지는 것인지 확인하기 위하여 분자 기전을 확인한 결과, KP7은 MMP-1의 상향 조절에 영향을 미친다고 알려진 mitogen-activated protein kinase (MAPK) 단백질을 대부분 억제하였다. 또한, 케라틴 펩타이드의 항노화 효능을 가지는 유효 성분을 찾기 위하여 LC-MS/MS를 통하여 분획물 내의 여러 아미노산 서열을 분석하였고 각 아미노산 서열을 합성하여 합성 펩타이드를 얻었다. MMP-1의 발현 억제 정도 평가를 통해 가장 유력한 유효 성분으로 판단된 두 가지 서열을 이용하여 그 분자 기전을 확인하였다. 결과적으로 케라틴 펩타이드 서열의 항노화 효능에 있어서 c-Jun N-terminal kinase (JNK), mechanistic target of rapamycin (mTOR) 그리고 p38 단백질의 활성화가 필수적일 것으로 사료된다. 종합적으로 이번 연구를 통해 F. islandicum AW-1을 통한 닭 깃털의 발효로 얻은 케라틴 펩타이드의 항노화 효능과 그 기전을 밝혔고, 기능성 화장품 소재로 활용함으로써 고부가가치를 창출할 수 있을 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• I. Introduction 1
• II. Materials and Methods 5
• 1. Chemicals and antibodies 5
• 2. Preparation of low molecular weight keratin peptide fraction 5
• 3. Cell culture 6
• 4. UVB irradiation 7
• 5. Determination of cell viability 7
• 6. Western blotting 8
• 7. Determination of concentrations of MMP-1 and type 1 procollagen in media 8
• 8. Ex vivo elastase inhibitory assay 9
• 9. Human Skin equivalent preparation 10
• 10. Immunohistochemistry 10
• 11. Human Phospho-MAPK array 11
• 12. In vitro skin absorption 11
• 13. Statistical Analysis 12
• III. Results 13
• 1. KP7 inhibits UVB-induced MMP-1 expression, production in HDFs. 13
• 2. KP7 suppresses MMP-1 expression and enhances PIP (Procollagen type 1 C peptide) level in human skin equivalent model. 17
• 3. KP7 does not affect to elastase activity ex vivo. 20
• 4. KP7 is involved in UVB-induced MMP-1 downregulation by modulating the activation of MAPK signaling pathways. 22
• 5. Active ingredients of KP7 fraction attenuates JNK, p38 and mTOR. 25
• 6. KP7 indicated highly penetration-rate through Human skin equivalent model. 31
• IV. Discussion 33
• V. References 38