The Effects of Echinacea Extract on the Gene Expression of Monocytes and Monocyte-derived Dendritic Cells

Purpose : Echinacea, a traditional plant medicine has been used as immune-stimulant. Recent studies have revealed that extract of Echinacea has immunostimulatory effects on human blood mononuclear cells. This study was designed for the purpose of screening the genes associated with immunologic effects of Echinacea on monocytes and dendritic cells using a cDNA microarray chip. Methods : $CD14^+$ monocyte cells were cultured for one day with Echinacea extract(final concentration : $50{\mu}g/mL$) in experiment 1, but were cultured without Echinacea in experiment 2. The gene expression of these cultured monocytes was analyzed using the cDNA microarray chip. Dendritic cells produced from $CD14^+$ monocyte were cultured for five days with GM-CSF and IL-4, and then cultured for one day with Echinacea in experiment 3, but were done without Echinacea in experiment 4. Results : In experiments 1 and 2, there were 17 significantly expressed genes with average expression ratios above 2.5, including interferon gamma-inducible protein 30(IFI 30), CDC(cell-division-cylcle)-like kinase 2(CLK 2), syndecan binding protein(syntenin), superoxide dismutase 2, etc. In experiments 3 and 4, there were 24 gene, with significantly expressed genes were 24 genes, which were insulin-like growth factor 2(somatomedin A), methyl-CpG binding domain protein 3, IFI 30, small inducible cytokine subfamily A, member 22, etc. The genes encoding CD44, IFI 30, mannose receptor C type 1(MRC 1), chemokine receptor 7(CCR 7), CLK 2, syntenin and cytochrome C oxidase subunit VIII were significantly expressed in both monocytes and dendritic cells cultured with Echinacea. Conclusion : This study employed a cDNA microarray chip to elicit the immune-associated gene profile; the expression was enhanced by Echinacea in CD14+ monocytes and dendritic cells. Thus we laid the basis for the quantitative and functional analysis of genes induced by Echinacea in monocytes and monocyte-derived dendritic cells.

Echinacea 추출물이 단구와 단구유래 수지상세포의 유전자발현에 미치는 효과

목 적 : Echinacea는 면역증강제로 이미 사용되고 있는 재래 식물로서 최근에 Echinacea의 추출물로 단구를 중심으로 면역세포들에 의한 면역증강효과에 대한 연구가 이루어지고 있다. 본 연구는 단구와 수지상세포에서 Echinacea에 의해 유전자의 발현이 증가되는 면역관련 유전자들을 cDNA microarray chip을 사용하여 선별하고 이들을 토대로 Echinacea의 면역증강 효과에 대한 연구를 할 때 기초 자료가 되고자 하였다. 방 법 : 실험 1과 2는 3명의 공여자의 말초혈 단구로 실험하였는데 실험 1은 단구에 최종 농도가 $50{\mu}g/mL$ 되게 Echinacea를 첨가하여 1일간 배양하였고, 실험 2는 실험 1의 대조군으로서 Echinacea를 첨가하지 않고 배양하였다. 실험 3과 4는 2명의 공여자의 단구로 실험하였는데 실험 3은 GM-CSF와 IL-4를 첨가하여 5일간 배양시켜 수지상세포로 분화시킨 뒤 Echinacea를 첨가하여 1일간 더 배양시켰고, 실험 4는 실험 3의 대조군으로서 수지상세포로 분화시킨 뒤 Echinacea를 첨가하지 않고 1 일간 더 배양하였다. Echinacea에 의한 단구와 수지상세포의 유전자발현 효과를 알아보기 위해서 cDNA microarray chip을 이용하여 대조군에 대한 실험군의 각 유전자의 발현비를 구하였다. Echinacea를 첨가하지 않은 단구(실험 2의 단구)에 대한 Echinacea를 첨가한 단구(실험 1의 단구)의 각 유전자들의 발현 비를 구하였고, Echinacea를 첨가하지 않은 수지상세포(실험 4의 수지상세포)에 대한 Echinacea를 첨가한 수지상세포(실험 3의 수지상세포)의 각 유전자들의 발현비를 구하였다. 여기서 실험 1과 2에서는 세 공여자의 단구에서 나온 유전자 발현비의 결과를, 실험 3과 4에서는 두 공여자의 수지상세포에서 나온 유전자 발현비의 결과를 평균하여 그 발현비가 2.5 이상 되는 것을 의미있게 발현된 유전자로 보았다. 결 과 : Echinacea를 첨가하지 않은 단구를 대조군으로 하여 Echinacea를 첨가한 단구의 유전자 발현비가 2.5 이상으로 증가한 것들 중 면역과 관계된 유전자들은 17개였다. Echinacea를 첨가하지 않은 수지상세포를 대조군으로 하여 Echinacea를 첨가한 수지상세포의 유전자 발현비가 2.5 이상으로 증가한 것들 중 면역과 관계된 유전자들은 24개였고, 실험에 사용한 수지상세포들은 모두 미성숙 수지상세포의 특징적인 표면항원들을 가지고 있음을 유세포 분석으로 확인하였다. Echinacea가 단구와 수지상세포 둘 다에서 의미있게 유전자발현비가 증가된 것들이 7개 있었는데, 이들은 CD44, IFI 30, MRC 1, CCR 7, CLK 2, syntenin, cytochrome C oxidase subunit VIII 등의 유전자들이었다. 특히 발현비가 3.5 이상으로 높은 유전자들을 그 발현비 순으로 나열하면 단구에서는 IFI 30, CLK 2, syntenin, superoxide dismutase 2 등 4개의 유전자들이 있었고, 수지상세포에서는 somatomedin A, methyl-CpG binding domain protein 3, IFI 30, small inducible cytokine subfamily A(Cys-Cys), member 22, ubiquitin-conjugating enzyme E2L 6, hexosaminidase B, nuclear factor of kappa light polypeptide gene enhancer in B-cells inhibitor epsilon, CCR 7 등 8개의 유전자들이 있었다. 결 론 : 본 연구는 Echinacea가 $CD14^+$ 단구 및 수지상세포에서 발현을 증가시키는 면역관련 유전자들을 cDNA microarray chip을 이용하여 검색하였고, 향후 이 유전자들을 기초로 정량적이고 기능적으로 분석할 수 있는 토대를 마련하였다.