본 연구에서는 새로운 미백소재를 개발하기 위해 적양 에탄올추출물을 효소처리 후 EtOAc 분획물(AJE)을 준비하여 in vitro 상에서 이들의 tyrosinase 저해활성과 세포 수준에서의 멜라닌 합성 저해효과를 측정하였다. AJE는 mushroom tyrosinase의 활성에는 영향을 미치지 않았으나 B16-F1 melanoma cell을 이용한 멜라닌 합성 저해효과에 있어서 농도 의존적으로 멜라닌 합성을 저해하여, $40{\mu}g/mL$의 농도에서 52% 이상의 저해효과를 나타내었다. 이러한 멜라닌 합성 저해효과에 대한 작용 기전을 확인하기 위해 western blot을 통해 멜라닌 합성 경로에 관련된 단백질의 발현을 측정하였다. 그 결과 멜라닌 합성에 관여하는 효소인 tyrosinase related protein 1 (TRP-1)의 발현을 억제하였고, 이를 조절하는 전사인자인 microphthalmia associated transcription factor (MITF) 발현 역시 효과적으로 억제하였다. 또한 extracellular signal-regulated kinase (ERK) pathway를 활성화시킴으로써 phosphorylated extracellular signal-regulated kinase (p-ERK)의 발현을 상당히 증가시키는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 AJE가 멜라닌 합성의 신호전달 경로 중 ERK pathway의 활성화를 통해 MITF의 분해를 촉진시키고 이로 인해 MITF의 발현을 감소시키며, 그 결과 멜라닌 합성에 관여하는 효소 중 TRP-1의 발현을 감소시킴으로써 멜라닌 합성을 저해하는 것으로 사료되며, 따라서 AJE는 미백용도의 기능성 원료로서의 가능성이 큰 것으로 판단된다.
홍차 열수추출물의 멜라닌 합성 저해능과 작용기전을 알아보기 위해 in vitro 실험으로 항산화능을 확인한 후, melan-a 세포를 사용하여 멜라닌 합성 저해능, tyrosinase 활성 저해능 및 발현저해능 등에 대한 실험을 실시하여 다음과 같은 결과를 얻었다.(1) 항산화능 실험에서 홍차 열수추출물의 총 폴리페놀 및 플라보노이드 함량은 각각 102, 87 mg/g으로 양성대조군인 알부틴(25, 11 mg/g)보다 높았고, 전자공여능 역시 800 ${\mu}g$/mL에서 82%로 알부틴(48%)보다 높았다. (2) Melan-a 세포 실험에서 홍차 열수추출물은 수지상돌기의 발달과 멜라닌 생합성을 효과적으로 저해하였고, 멜라닌 합성 저해능과 tyrosinase 활성 저해능이 알부틴보다 유의하게 (p<0.001) 높았다. (3) Tyrosinase 단백질 발현 저해능 실험에서 알부틴은 발현에 유의한 영향을 미치지 않은 반면, 홍차 열수추출물은 발현을 유의하게 (p<0.001) 저해하였다. (4) 유전자 발현 저해능 실험에서 알부틴과 홍차 열수추출물 모두 tyrosinase, TRP-1과 TRP-2의 mRNA 발현에 영향을 미치지 않았다. 본 연구를 통하여, 홍차 열수추출물은 우수한 항산화능과 함께 멜라닌 합성 저해능을 확인하였으며, 이는 tyrosinase의 생합성을 저해시키기 보다는 tyrosinase 단백질 발현량을 줄이고 tyrosinase 활성을 감소시킴으로써 멜라닌 합성을 저해시키는 것으로 사료된다.
본 연구는 오디씨 에탄올 추출물(MSE)의 멜라닌 합성 저해 효과를 밝히는 것이다. 먼저 MSE의 melan-a 세포를 이용한 멜라닌 합성 저해 실험결과, 독성을 보이지 않는 $10{\mu}g/mL$의 농도까지 멜라닌 합성 저해 효과를 나타내었다. 또한 tyrosinase, tyrosinase-related protein-1 (TRP-1) 단백질의 발현이 저해되었으며, extracelluar signal-regulated protein kinase (ERK)의 발현을 농도 의존적으로 증가시키는 MSE의 기전을 확인하였다. 뿐만 아니라, 제브라피쉬를 이용한 in vivo 모델의 실험에서도 색소 발생이 저해됨을 관찰하였다. 따라서 오디씨로 부터 획득한 에탄올 추출물이 ERK 단백질의 발현으로 인해 멜라닌 생합성을 억제할 수 있음을 밝혔다.
니겔라 사티바(Nigella sativa Linn.) 오일의 미백 효능을 확인하기 위하여 니겔라 사티바 오일 및 오일에서 분리된 유효성분들을 버섯 타이로시네이즈 효소, B16 멜라노마 세포를 이용하여 멜라닌 생성에 관련된 다양한 실험을 실시하였다. B16-F10 멜라노마 세포를 이용한 멜라닌 저해 활성시험 결과에서 니겔라 사티바 오일은 10 mg/mL의 농도에서 약 86 %의 멜라닌 생성을 억제하였으며, RT-PCR과 Western blot을 통한 멜라닌 생성 기작에 대한 영향을 조사한결과, 멜라닌 합성의 주요 단백질인 타이로시네이즈 발현 저해효과가 우수하게 나타났다. 또한, tyrosinase related protein-1 (TRP-1) 및 tyrosinase related protein-2 (TRP-2)의 발현이 억제되는 것을 확인하였다. 따라서, 니겔라 사티바오일은 멜라닌 생합성 저해 효과뿐만 아니라, 멜라닌 합성에 필수적인 효소(타이로시네이즈, TRP-1, TRP-2)의 발현저해를 통해 미백 효과를 나타내는 것으로 확인되었으며, 이에 따라 니겔라 사티바 오일은 멜라닌 생합성을 저해하는미백 소재로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.
남극 지의류인 Ramalina terebrata에서 분리 정제된 라말린(${\gamma}$-glutamyl-N'-(2-hydroxyphenyl)hydrazide)은 이전 연구에서 강력한 항산화능을 확인하였다. 본 연구에서는 라말린의 추가적인 효능을 확인하기 위하여, 비암세포 세포주인 멜란에이 세포를 이용하여 라말린의 멜라닌 합성에 대한 효과를 확인하였다. 라말린은 세포 독성이 없는 농도에서, 멜란에이 세포에서 멜라닌 합성을 농도 의존적으로 감소시켰으며, 이러한 효과는 널리 사용되고 있는 미백제인 알부틴보다 우수하였다. 라말린은 무세포 타이로시네이즈의 활성을 직접 저해했을 뿐만 아니라, 세포 내의 타이로시네이즈의 활성도 저해하는 효과를 보였다. 라말린의 이러한 멜라닌 합성 저해의 기전 연구를 위하여, 멜라닌 합성에 중요한 단백질인 타이로시네이즈, TRP-1, TRP-2의 mRNA와 단백질 발현을 조사한 결과, mRNA양에는 영향을 주지 않고, 단백질의 발현은 감소되는 것으로 나타났다. 또한, 0.2 % 라말린을 포함한 제형을 사람피부에 도포하였을 때, 3주 후에 피부 밝기가 개선됨을 확인하였다. 이상의 결과를 통해서, 라말린은 타이로시네이즈의 직접적인 저해뿐만 아니라 멜라닌 합성과 관련된 단백질의 발현을 저해함으로써 미백효과를 나타낸다고 할 수 있으며, 이러한 효과를 인체시험을 통해 확인하였다. 따라서, 라말린은 멜라닌 합성을 저해하는 미백 소재로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
백색증이나 백반증에서 관찰되는 피부 저색소침착은 유전적 요인, 후성유전적 요인 및 기타 요인에 의해 멜라닌 합성이 감소할 때 발생한다. 세포에서 멜라닌 합성을 촉진 할 수 있는 약물 후보를 확인하기 위해 141개의 세포 투과성 저분자 약물로 구성된 후성유전적 조절제 라이브러리를 스크리닝했다. B16/F10 쥐 흑색종 세포를 0.1 𝜇M에서 각 약물로 처리하고 멜라닌 합성 및 세포 생존력을 모니터링했다. 그 결과, (-)-네플라노신 A, 3-디아자네플라노신 A (DZNep) 및 DZNep 염산염이 세포 독성을 일으키지 않고 멜라닌 합성을 증가시키는 것으로 나타났다. 이 세 가지 구조적으로 관련된 약물은 세포 멜라닌 합성 및 세포 생존력에 유사한 용량 의존적 효과를 나타내었기 때문에 DZNep을 추가 실험을 위한 대표 약물로 선택하였다. DZNep는 세포내 멜라닌 함량과 티로시나제(TYR) 활성을 증가 시켰다. DZNep은 또한 mRNA와 단백질 수준에서 TYR, 티로시나제 관련 단백질 1 (TYRP1) 및 도파크롬 토토머라제 (DCT)의 발현을 유도했다. DZNep는 또한 멜라닌 합성의 주요 조절자인 소안구증 관련 전사 인자(MITF)의 mRNA와 단백질 발현을 유도했다. DZNep은 S-아데노실 호모시스테인 가수분해효소의 선택적 억제제이며 히스톤 메틸화효소를 저해하는 S-아데노실 호모시스테인의 세포내 축적을 유발하였다. 이 연구는 특정 세포 상황에서 S-아데노실 호모시스테인 가수분해효소를 표적함으로써 멜라닌 생성이 조절될 수 있음을 시사한다.
효능이 우수한 신규 미백 소재 개발을 위하여, 민간 및 전통 미백 처방에 사용되어 온 오이(Cucumis sativus L.)에서 활성 물질 분획 추적 연구를 통하여 cucurbitacin B를 분리 정제하고, cucurbitacin B의 멜라닌 합성에 미치는 효과를 B16F1 멜라노마 세포를 이용해 확인하였다. Cucurbitacin B는 세포 독성을 보이지 않는 농도에서 실험한 결과, 멜라닌 생합성을 농도 의존적으로 감소시켰다. Cucurbitacin B는 mushroom tyrosinase의 활성은 직접적으로 저해하지 않았지만, 세포에 처리했을 때 세포 내의 tyrosinase의 활성을 감소시킴을 확인하였다. 또한, cucurbitacin B의 이러한 멜라닌 합성 저해의 기전 연구를 위하여, 멜라닌 합성에 중요한 단백질인 tyrosinase와 microphthalmia-associated transcription factor (MITF)의 단백질 발현을 조사한 결과, cucurbitacin B가 tyrosinase와 MITF의 단백질의 발현을 농도 의존적으로 감소시키는 결과를 확인하였다. 또한, cucurbitacin B는 자외선에 의한 피부암 발생 억제인자(tumor repressor) 및 $Wnt/{\beta}$-catenin 신호전달 과정에 대한 억제 기능이 밝혀진 WW domain-containing oxidoreductase (WWOX)의 단백질 발현을 증가시킴을 추가적으로 확인하였다. 따라서, 이상의 연구 결과를 통해, 오이에서 분리 정제된 cucurbitacin B는 멜라닌 세포(melanocytes)에서 멜라닌 합성을 저해하는 효능이 있음을 확인하였으며, 향후 피부 미백 소재로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
타이로신은 멜라닌 합성을 조절하는 효소이다. 본 연구에서는 현재까지 미백 효능에 대하여 연구가 진행되지 않은 대나무 중 왕대의 잎 및 대 속 내피 추출물이 유발하는 타이로시나제 활성 및 멜라닌 생성 억제 정도를 조사하였다. 대 잎과 대 속 추출물을 5 mg/ml 농도로 멜라닌 세포에 처리하면 세포의 생존율이 감소하는 것으로 나타났다. 또한 세포독성이 없는 조건의 대 잎과 대 속 추출물을 처리하였을 경우 타이로시나제 활성이 억제되었으며, 멜라닌 생성도 억제되는 것으로 나타났다. 본 연구의 결과를 살펴볼 때 대나무 추출물이 타이로시나제 활성과 발현을 저해함으로써 멜라닌 생성을 억제할 수 있는 후보군으로 가능성이 있는 것으로 생각된다.
본 연구에서는 Dendrobium speciosum 에탄올추출물의 티로시나아제 억제를 통한 멜라닌형성 저해 효과 및 주름개선효과에 대해 연구하였다. Dendrobium speciosum추출물은 α-MSH만 처리한 군에 비해 티로시나아제 활성을 농도 의존적으로 저해시킴으로서 멜라닌 함량을 감소시켰다. 더 자세한 메카니즘을 알아보기 위하여 멜라닌 합성 관련 유전자인 Tyrosinase-related protein-1, tyrosinase-related protein-2, Microphthalmia-associated transcription factor 발현을 확인하였을 때 Dendrobium speciosum처리군에서 유전자 발현이 농도 의존적으로 감소하였다. 또한 Dendrobium speciosum처리 시 type I procollagen 합성이 증가함으로써 Dendrobium speciosum처리가 collagen 생합성을 증대시킬 것으로 사료된다. 이 결과를 바탕으로 Dendrobium speciosum에탄올 추출물 처리 시 멜라닌합성 관련 유전자의 발현 및 티로시나아제 활성을 저해시켜 멜라닌 합성이 감소됨에 따라 효과적인 미백활성을 가지며 collagen합성을 증대시킴으로서 주름개선에 탁월한 효과를 가지는 것으로 사료되며 이는 기능성 화장품 소재로 사용가능할 것으로 사료된다.
본 연구에서는 새로운 미백제를 개발하기 위하여 2',4'-dimethoxyflavone을 합성하였으며 멜라닌 형성 세포에서의 미백효과를 연구하였다 2',4'-Dimethoxyflavone은 프리 라디칼 소거활성(DPPH)이나 mushroom tyrosinase에 대한 직접적인 저해 효과는 없었다. 2',4'-Dimethoxyflavone을 48 h 처리한 B16 멜라노마 세포에서의 멜라닌 생합성 저해효과는 $5{\mu}g/mL$에서는 멜라닌생성이 27% 정도 감소되었다. 2',4'-Dimethoxyflavone은 농도에 비례해서 B16 멜라노마 세포내의 tyrosinase 활성을 저해하였으며, western blot을 이용하여 tyrosinase 단백질 발현도 감소시키는 것으로 확인되었다. 또한, RT-PCR을 이용하여 2',4'-dimethoxyflavone이 멜라닌 생성 과정에 관련하는 유전자 발현을 조사한 결과 tyrosinase와 tyrosinase 관련 단백질(TRP-1)의 mRNA발현을 억제 하였으며 TRP-2의 발현량에는 영향이 없었다. 이 결과로 2',4'-dimethoxyflavone은 멜라닌 형성세포에서 멜라닌 생성에 관여하는 타이로시나제와 TRP-1 유전자 발현 조절을 통하여 미백 효과를 나타내는 것으로 생각된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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