폴리스티렌 미세플라스틱(PS-MPs)은 수중 환경에서 점차 더 많이 발견되고 있으며, 사람과 동물에 대한 건강상의 우려를 야기한다. 그러나 이들의 특정 세포 내 영향은 아직 불충분하게 규명되어 있다. 본 연구는 제브라피시 유생과 MC3T3-E1 전골아세포에서 소기관(organelles) 특이적 스트레스 반응을 통해 PS-MPs가 골분화(osteogenic differentiation)를 손상시키는 기전적 경로를 규명한다. PS-MP 노출은 척추의 광물화(미네랄화)를 지연시키고 주요 골형성 표지자의 발현을 하향 조절하였다. 기전적으로 PS-MPs는 클라트린 매개 엔도사이토시스(clathrin-mediated endocytosis)를 통해 세포 내로 유입되고, 엔도-리소좀(endo-lysosomal) 시스템을 통해 수송된 뒤 리소좀 내에 축적되었다. PS-MPs의 리소좀 축적은 갈렉틴-3 및 리소좀 연관 막 단백질 1(lysosome-associated membrane protein 1)의 공위치(co-localization) 증가로 나타나는 리소좀 막 투과성(막 손상)을 유발하여, 산화 스트레스를 초래하였다. 그 결과로 나타난 미토콘드리아 기능장애에는 초기 보상성 융합 반응이 포함되었으며, 이후 미토콘드리아 역학(mitochondrial dynamics)이 저해되고 미토콘드리아 생합성(생성, biogenesis)이 억제되었다. 이러한 변화는 PTEN 유도 키나아제 1(PTEN-induced kinase 1)/Parkin 매개 미토파지(mitophagy)의 활성화와 함께, 리소좀 스트레스의 악화를 동반하였다. 특히, MHY1485를 이용한 포유류 라파마이신 표적(mammalian target of rapamycin, mTOR) 신호의 약리학적 활성화는 미토콘드리아의 풍부함을 회복시키고, peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1-alpha(PGC-1α)를 상향 조절하며, 미토파지를 감소시키고 리소좀 막의 무결성을 안정화하였으며, PS-MP의 섭취량은 변화시키지 않았다. 종합하면, 본 연구 결과는 PS-MP 노출이 유발하는 새로운 소기관 대 소기관(organelles-to-organelle) 스트레스 축을 제시하며, PS-MP로 인한 세포 내 기능장애를 완화하기 위한 잠재적 치료 전략으로서 mTOR 활성화를 시사한다. • PS-MPs는 골격 발달을 손상시키며, 클라트린 매개 엔도사이토시스를 통해 내부화되고 Rab5–Rab7–리소좀 축을 따라 수송된다. • 세포 내 PS-MP 축적은 리소좀 막 투과성 및 구조적 손상을 유발하며, 이후 자가포식(오토파지) 의존적 회복이 뒤따른다. • PS-MP 노출은 미토콘드리아 역학을 교란하고 미토콘드리아 생합성을 억제하며 미토파지를 증가시킨다. • mTOR 경로 억제는 PS-MP가 유발하는 미토콘드리아 항상성(mitochondrial homeostasis) 결함을 매개한다.

유도된 세포자멸사와 세포 생존율 감소. 종합하면, 이러한 결과는 알비플로린이 Nrf2/HO-1 신호전달을 활성화함으로써 산화스트레스에 의해 유발되는 DNA 손상과 세포자멸사로부터 근모세포를 보호하며, 그에 따라 근기능적 항상성(myofunctional homeostasis) 관리에서의 잠재력을 시사한다.

목적: Wisteria floribunda (Willd.) DC. (W. floribunda) 꽃에서 유래한 폴리페놀 풍부 추출물의 골형성 효과를 조사하고, 그 기저 기전을 규명하고자 한다. 방법: W. floribunda 추출물의 폴리페놀성 화합물을 분석하였으며, 플라보노이드와 글루코사이드(당유도체) 계열을 포함하였다. 골형성 활성은 MC3T3-E1 전골아세포에서 알칼라인 포스파타아제(ALP) 활성 측정, 알리자린 레드 S(Alizarin red S) 염색, 그리고 골형성 표지자(RUNX2, SP7, ALPL)의 발현을 통해 평가하였다. 생체 내 효과는 제브라피시 유충에서 골격 발달과 골형성 유전자(runx2a, sp7, alpl)의 발현을 평가하여 확인하였다. 포유류 표적 라파마이신(mammalian target of rapamycin, mTOR) 경로의 역할은 라파마이신을 사용하여 조사하였다. 결과: W. floribunda 추출물은 MC3T3-E1 세포에서 ALP 활성, 골 무기질화, 그리고 RUNX2, SP7, ALPL의 발현을 유의하게 증가시켰다. 제브라피시 유충에서는 W. floribunda 추출물이 척추의 무기질화를 개선하고 골형성 유전자의 발현을 상향 조절하였다. 기전적으로, 식물 추출물은 mTOR 경로를 활성화하였으며, 라파마이신 처리로 인해 제브라피시에서 추출물에 의해 유도된 ALP 활성, 무기질화 및 척추 형성이 감소하여 mTOR의 관여가 확인되었다. 결론: W. floribunda 추출물은 mTOR 경로의 활성화를 통해 골아세포 분화와 골 형성을 촉진한다. 이러한 결과는 W. floribunda 추출물의 잠재력에 대한 새로운 통찰을 제공하며, 골다공증과 같은 골 퇴행성 질환에 대한 천연 치료 후보로서의 추가 연구를 지지한다.

디오스게닌은 식물 유래 스테로이드 사포제닌으로, 항산화 활성 등 여러 건강상의 이점이 있는 것으로 보고되어 있다. 산화 스트레스는 골격근 분화 및 항상성을 저해하는 주요 요인임에도 불구하고, 골격근 세포에서의 디오스게닌의 항산화 작용은 충분히 연구되지 않았다. 본 연구는 골격근 세포에서 산화 손상에 대한 디오스게닌의 보호 기전을 탐색하고자 하였다. C2C12 마우스 근아세포를 디오스게닌의 비독성 농도로 전처리한 후, 산화 스트레스를 모사하기 위해 과산화수소(H 2 O 2 )에 노출시켰다. 연구 결과, 디오스게닌은 H 2 O 2 로 유도된 세포독성을 유의하게 감소시켰고, 코멧 테일(comet tail) 형성을 차단했으며, DNA 손상의 대표적 바이오마커인 8-하이드록시-2’-데옥시구아노신의 수준을 증가시켰다. 또한 디오스게닌은 Bax/Bcl-2 발현 비율을 증가시키고, 카스파제 연쇄 반응의 활성화를 억제함으로써 H 2 O 2 로 유도된 아폽토시스를 상쇄했는데, 이는 미토콘드리아 안정성을 유지하여 사이토크롬 c가 세포질로 방출되는 것을 차단하는 것과 관련된다. 더 나아가 디오스게닌은 과산화수소(H 2 O 2 )에 의해 억제된 글루타티온(GSH) 함량 및 GSH 퍼옥시다제 1, 망간 의존성 초산화물 디스뮤타제와 같은 항산화 효소의 활성을 회복시켜 세포내 및 미토콘드리아의 반응성 산소종(ROS) 생성이 이루어지는 것을 제거하였다. 따라서 디오스게닌은 미토콘드리아 ROS 생성을 완화하고 미토콘드리아 아폽토시스 경로를 조절함으로써 C2C12 근아세포를 산화 손상으로부터 보호한다.

목적: 인체 간세포암 Hep3B 세포에서 auranofm과 schisandrin A(SA)의 세포 증식 억제 및 세포사멸 유도에 대한 상승(synergistic) 효과를 조사한다. 방법: 세포 생존성은 MTT로 측정하여 auranofin과 SA의 상승 효과를 평가하였다. 3차원(3D) 배양 모델을 사용하여 구상체(spheroid)의 구조와 크기에 대한 영향을 확인하였다. 세포사멸은 유세포분석을 통해 sub-G 1 집단을 확인하고, annexin V 염색 및 Western blotting을 통해 세포사멸 표지자를 분석하였다. 반응성 산소종(ROS) 생성은 DCF-DA 염색으로 측정하였다. 결과: 우리의 결과는 auranofin과 SA를 병용 처리했을 때, 어느 한 가지 화합물 단독 처리에 비해 세포 생존성이 유의하게 감소함을 보여주었으며, isobologram 분석을 통해 이들의 상승적 상호작용이 확인되었다. 3D 배양 조건에서 auranofin과 SA는 구상체의 치밀한 구조를 교란시켜, 가장자리에 느슨해지고 무질서한 형태 변화를 유발하였고, 이는 구상체 크기의 증가로 나타났다. 또한 auranofin과 SA에 의한 세포사멸 유도는 sub-G 1기의 집단 증가, annexin V 양성 세포의 증가, cleaved poly(ADP-ribose) polymerase 1 및 cleaved caspase-3와 같은 세포사멸 표지자의 상향 조절을 통해 뒷받침되었다. 특히 auranofin을 SA와 병용했을 때 ROS 생성이 현저히 증가하였으며, 이는 ROS 소거제인 N-acetylcysteine에 의해 완화되었다. 더 나아가 auranofin과 SA 처리에 반응하여 인지질 인산화효소 3-키나제(PI3K)/Akt 신호전달 경로가 하향 조절되었고, PI3K 억제제 LY294002로 추가적인 세포사멸 효과가 관찰되었다. 결론: auranofin은 SA와 병용 시 ROS 생성 및 PBK/Akt 경로의 억제를 통해 간세포암의 세포사멸을 촉진한다.

폴리스티렌 미세플라스틱(PS-MPs)은 수중 환경에서 점차 더 많이 발견되고 있으며, 사람과 동물에 대한 건강상의 우려를 야기한다. 그러나 이들의 특정 세포 내 영향은 아직 불충분하게 규명되어 있다. 본 연구는 제브라피시 유생과 MC3T3-E1 전골아세포에서 소기관(organelles) 특이적 스트레스 반응을 통해 PS-MPs가 골분화(osteogenic differentiation)를 손상시키는 기전적 경로를 규명한다. PS-MP 노출은 척추의 광물화(미네랄화)를 지연시키고 주요 골형성 표지자의 발현을 하향 조절하였다. 기전적으로 PS-MPs는 클라트린 매개 엔도사이토시스(clathrin-mediated endocytosis)를 통해 세포 내로 유입되고, 엔도-리소좀(endo-lysosomal) 시스템을 통해 수송된 뒤 리소좀 내에 축적되었다. PS-MPs의 리소좀 축적은 갈렉틴-3 및 리소좀 연관 막 단백질 1(lysosome-associated membrane protein 1)의 공위치(co-localization) 증가로 나타나는 리소좀 막 투과성(막 손상)을 유발하여, 산화 스트레스를 초래하였다. 그 결과로 나타난 미토콘드리아 기능장애에는 초기 보상성 융합 반응이 포함되었으며, 이후 미토콘드리아 역학(mitochondrial dynamics)이 저해되고 미토콘드리아 생합성(생성, biogenesis)이 억제되었다. 이러한 변화는 PTEN 유도 키나아제 1(PTEN-induced kinase 1)/Parkin 매개 미토파지(mitophagy)의 활성화와 함께, 리소좀 스트레스의 악화를 동반하였다. 특히, MHY1485를 이용한 포유류 라파마이신 표적(mammalian target of rapamycin, mTOR) 신호의 약리학적 활성화는 미토콘드리아의 풍부함을 회복시키고, peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1-alpha(PGC-1α)를 상향 조절하며, 미토파지를 감소시키고 리소좀 막의 무결성을 안정화하였으며, PS-MP의 섭취량은 변화시키지 않았다. 종합하면, 본 연구 결과는 PS-MP 노출이 유발하는 새로운 소기관 대 소기관(organelles-to-organelle) 스트레스 축을 제시하며, PS-MP로 인한 세포 내 기능장애를 완화하기 위한 잠재적 치료 전략으로서 mTOR 활성화를 시사한다. • PS-MPs는 골격 발달을 손상시키며, 클라트린 매개 엔도사이토시스를 통해 내부화되고 Rab5–Rab7–리소좀 축을 따라 수송된다. • 세포 내 PS-MP 축적은 리소좀 막 투과성 및 구조적 손상을 유발하며, 이후 자가포식(오토파지) 의존적 회복이 뒤따른다. • PS-MP 노출은 미토콘드리아 역학을 교란하고 미토콘드리아 생합성을 억제하며 미토파지를 증가시킨다. • mTOR 경로 억제는 PS-MP가 유발하는 미토콘드리아 항상성(mitochondrial homeostasis) 결함을 매개한다.