• Food Industry And Nutrition
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• v.10 no.3
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• pp.10-18
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• 2005

제2형 당뇨병은 인슐린 저항성과 인슐린 분비능의 장애에 의해서 복합적으로 나타나는 대사성 증후군 중 하나이다. 인슐린 저항성은 용어에서도 알 수 있듯이 인슐린 신호전달의 저하로 인한 인슐린 작용 감소가 나타나고 이는 인슐린 분비가 증가하더라도 포도당 이용은 감소된 상태이다. 인슐린 분비능은 직접적으로 인슐린 작용과는 무관한 것처럼 보이지만 자세히 살펴보면 인슐린 분비능의 중요한 역할을 하는 췌장 베타세포의 성장과 생존은 인슐린/IGF-1 신호 전달과 밀접한 관계가 있으므로 인슐린 분비능도 인슐린/IGF-1 신호전달과 관련이 있다. 그러므로 인슐린/IGF기 신호전달의 장애는 제2형 당뇨병의 병인에 매우 중요한 요인이다. 그러므로 제2형 당뇨병을 효과적으로 예방 또는 치료하기 위해서는 근육, 지방세포와 간등에서 인슐린 신호전달을 향상시켜 포도당 이용을 증가시키고, 시상하부에서 인슐린 신호전달을 향상시켜 식욕을 적절하게 조절할 수 있도록 하여 과체중이나 비만의 발생을 방지하고 췌장의 베타세포에서 인슐린/IGF-1 신호전달을 향상시켜 베타세포의 성장과 생존을 향상시켜 포도당에 대한 인슐린 분비 능을 촉진시키는 것이다. 최근에 FDA에서 승인받은 Exenatide는 glucagons like peptide-1 receptor agonist로 시상하부에 작용하여 식욕조절도 하고 췌장의 베타세포에서 IRS2의 발현을 증가시켜 인슐린/IGF-1 신호전달을 향상시켜 insulinotropic 작용을 가지는 것으로 알려졌다. 이 Exenatide는 도마뱀의 독침에서 분리한 peptide로 천연물로부터 유래된 약물이므로 천연물로부터 제2형 당뇨병을 치료할 수 있는 약물을 발견할 가능성은 매우 높으므로 이에 대한 연구는 체계적으로 이루어져야 하겠다.

• Food Science and Industry
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• v.40 no.2
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• pp.46-58
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• 2007

제2형 당뇨병은 대사성 질환으로 간, 근육 그리고 지방 조직 세포에서 인슐린 작용의 장애로 나타나는 인슐린 저항성으로 혈당의 이용이 감소하여 혈당이 높아짐에도 불구하고 췌장의 베타세포에서 인슐린 분비가 충분하지 못할 때 유발된다. 서구에서는 비만 등으로 인해 인슐린 저항성이 증가하면 인슐린 분비가 높은 고인슐린혈증을 나타내어 당뇨병으로의 진전은 늦다. 하지만 우리나라를 비롯한 아시아의 사람들은 인슐린 저항성이 증가할 때 인슐린 분비가 충분치 못해 혈청 인슐린 농도가 정상인과 비슷하거나 더 낮은 상태에서 당뇨병으로 진전된다. 이러한 차이는 우리나라를 비롯한 아시아 사람들에게서 제2형 당뇨병의 발생이 급격하게 증가할 것이라는 보고되었다. 결국 당뇨병은 간, 근육 및 지방조직에서의 인슐린 작용의 장애와 췌장의 베타세포에서 인슐린 분비의 부족의 복합적인 장애에 의해서 나타나고 이것은 공통적으로 각 조직에서의 인슐린/insulin growth factor (IGF)-1 신호전달의 장애와 관련이 있다. 베타세포에서의 인슐린분비 자체는 인슐린/IGF-1 신호전달과 관계가 없지만 간접적으로 관련이 있다. 인슐린 분비능은 베타세포의 증식과 생존에 의한 베타세포의 양과 밀접한 관련이 있는데 인슐린/IGF-1 신호전달은 베타세포의 증식과 생존을 조절한다. 그러므로 혈당 조절에 관여하는 기능성 식품은 인슐린 작용을 향상시키는 인슐린 민감성 특성을 가지거나, 혈당이 높아질 때 인슐린 분비를 촉진시키는 insulinotropic 작용을 하는 성질을 가지고 있어야 하겠다. 전자의 대표적인 약은 1999년에 미국 FDA에서 승인 받은 peroxisome proliferator-activated receptor $(PPAR)-{\gamma}$ agonist 인 thiazolidinedione 계통의 약물인 troglitazone, pioglitazone, rosiglitazone 등이 있고, 후자는 2007년에 승인 받은 Exenatide는 glucagon like peptide (GLP)-1 agonist이다. 이 두 가지 약은 모두 자연계에 존재하는 동식물에서 유래된 것으로 식품에도 많이 다양한 종류의 인슐린 민감성 물질이나 insulinotropic 작용을 하는 물질이 함유되어 있을 것이다. 이러한 기능 이외에 혈당조절 약이나 식품으로 사용되는 것은 탄수화물의 소화를 방해하는 것으로 탄수화물 소화효소인 a-amylase 또는 maltase의 활성을 억제하여 식후 혈당의 급격한 상승을 방지하는 것이 있다. 우리나라 사람들은 탄수화물의 섭취가 너무 많아서 실제로 이러한 식품이나 약의 효능이 높지 않을 것이다. 혈당을 조절하는 기능성 식품은 이 세 가지 효능 중 일부를 가지고 있는 것이 될 수 있다. 이러한 기능을 스크리닝하기 위해서 3가지 단계를 거쳐야 한다. 먼저 시험관에서 또는 세포 실험을 통해서 앞서 언급한 3가지 기능을 가지고 있는 지 여부를 각각 조사한다. 이중에서 효과가 있는 것은 당뇨 동물 모델을 사용하여 in vivo에서 혈당 강하기능과 혈당 강하기전을 조사하는 실험을 한다. 효과가 있는 식품이 우리가 전통적으로 식품으로 섭취해 왔다면 독성 검사를 거쳐야 할 필요가 없지만 한약재이거나 특수 식품의 경우에는 in vivo 실험 전에 GLP 기관에서 반드시 독성 실험을 거쳐 독성 유무를 확인할 필요가 있다. 동물 실험에서 효과적인 것은 인체 실험을 거쳐 혈당 조절 기능성 식품으로 식약청에서 허가를 받을 수 있겠다. 결론적으로 식품에는 항당뇨 특성을 가진 물질들이 함유되어 있는 것들이 상당히 많다. 혈당 조절기능이 있는 기능성 식품으로 개발할 때 고려해야 할 것은 1) 그 양이 혈당 강하 기능성 식품으로 지정받을 수 있을 정도로 충분히 함유되어 있느냐, 2) 혈당을 강하시키는 기전이 단순히 당의 배설을 촉진시켜서 혈당을 저하시키는 것이 아니라, 인슐린 작용을 촉진시키거나, 포도당 자극에 의한 인슐린 분비를 촉진시키거나 탄수화물의 소화 흡수를 억제시킴으로 혈당을 강하시키는 지 등을 파악하는 것이다. 이러한 조건을 만족시키는 식품은 지속적으로 섭취할 때 당뇨병을 예방하거나 진전을 지연시킬 수 있는 혈당조절기능이 있는 기능성 식품으로 개발 가능성이 있겠다.

• KSBB Journal
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• v.11 no.2
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• pp.165-172
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• 1996

To obtain a correctly folded human proinsulin, export of proinsulin using Staphylococcal protein A signal sequence-mediated secretion pathway has been attempted in E.coli. A secretion operon for proinsulin was constructed by consecutively connecting T7 promoter, SPA ribosome binding site, SPA signal sequence gene, and human proinsulin gene. Little immunoreactive proinsulin was detected in the periplasmic space and. culture medium, and not even in cytoplasmic space. The qualitative analysis of transcribed proinsulin mRNA and the in vitro transcription/translation experiment suggests that the negligible level of proinsulin export appears to be due to intracellular degradation of proinsulin, rather than due to the blockage during translocation. However, expression of proinsulin fusion protein such as MBP-proinsulin could dramatically increase export of proinsulin in E.coli.

• Korean Journal of Food Science and Technology
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• v.39 no.6
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• pp.701-707
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• 2007

Anti-diabetic effect of Platycodi radix (PR) extract fractions was determined if vitro by investigating insulin-like action, insulin sensitizing action, glucose-stimulated insulin secretion, gene expression related to ${\beta}-cell$ function and mass, and ${\alpha}$-glucoamylase suppressing action. Insulin-like activity was not promoted by the treatment of PR methanol factions in 373-L1 fibroblast. However, treatment with 0, 20 and 100% PR methanol fractions along with 1 ng/mL insulin increased insulin-stimulated glucose uptake in 373-L1 adipocytes. In addition, the treatment of 0% and 100% methanol fractions along with differentiation inducers significantly increased the differentiation of 373-L1 fibroblasts to adipocytes. These fractions may contain insulin sensitizer. The 20%, 80% and 100% methanol fractions enhanced glucose-stimulated insulin secretion in Min6 cells, insulin secreting cell line. This was related to the mechanism to promote glucose sensing and ${\beta}-cell$ proliferation, which was regulated by the induction of IRS-2, glucokinase and PDX-1 genes. As expected, 20, 80 and 100% methanol fractions increased mRNA levels of IRS-2, glucokinase and PDX-1 genes. However, PR fractions did not affect the ${\alpha}-glucoamylase$ activity in vitro. These data suggested that PR extract fractions have anti-diabetic actions through improving insulin sensitization, glucose-stimulated insulin secretion, and ${\beta}-cell$ proliferation. Therefore, PR extracts can be beneficial for anti-diabetic treatment in lean diabetic patients.

• Applied Microscopy
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• v.37 no.4
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• pp.249-258
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• 2007

The Pancreatic islet are the clusters of endocrine cells scattered through out the exocrine pancreas. Transplantation of a sufficient pancreatic islets can normalize blood glucose level so that may prevent devastating complications of type I diabetes(IDDM) and other side effects of the IDDM. Recently, there are several approaches to transplant sufficient pancreatic islet, and it was comprised in increase or regeneration of the endogenous $\beta$-cell mass from donor's pancreas, but relatively few studies have been devoted to the morphological characters of the isolated and 3 day cultured pancreatic islets. We investigated morphological pattern of intracellular structure of isolated and 3 day cultured pancreatic islets. The morphological characters of the pancreatic islets were observed by scanning electron microscope and transmission electron microscope, and insulin distribution of the each islets were observed by transmission electron microscope, and were labeled with insulin antibody. Intracellular structures including nuclei, mitochondria, RER, Golgi complex and many secretory granules were normally appeared in the isolated pancreatic islets which was extracted immediately dornor's pancreas, however, There is a significant morphological changes between the 3 day cultured pancreatic islets and isolated islets. 3 day cultured pancreatic islet's $\beta$-cells had normal nuclei but increased cytoplasm mass and RER and developed Golgi complex. Insulin secretory granules were decreased in numbers rather than isolated pancreatic islet. In this study, the pattern of intracellular structure variation was examined during pancreatic islet culture. Most distinct features are variation of the insulin secretory granules, and developed RER, and dilated golgi complex. Therefore, we suggested that the various change of the morphological characters on cultured pancreatic islets were responsible for the function(biosynthesis and secretion of insulin) and growth. These results were also cultured islets have greater ability to recover and maintain normoglycemia than isolated islet transplantation.

• Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition
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• v.42 no.6
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• pp.885-891
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• 2013

The abilities of instant gruel manufactured with colored barley and oats to improve diabetic conditions were investigated using diabetes-induced mice and rats. Mice or rats were divided into a diabetic control group and one experimental group (seven animals per group). The control groups were fed without instant gruel and experimental groups were fed basal diets supplemented with 10% instant gruel for 8 weeks. The streptozotocin (STZ)-induced diabetic rats experimental group showed a significant decrease in food intake compared to the control group. Both Type II diabetic mice and STZ-induced diabetic rats experimental groups showed higher increases in body weight than the control groups. The blood glucose levels of the experimental groups ($352{\pm}12.2$ mg/dL in Type II diabetic mice; $296.4{\pm}13.2$ mg/dL in STZ-induced diabetic rats) were lower than the untreated control groups ($426.0{\pm}15.4$ mg/dL in Type II diabetic mice; $514.0{\pm}17.6$ mg/dL in STZ-induced diabetic rats). The serum insulin levels of Type II diabetic mice increased by 38.3% in the experimental group ($12.8{\pm}1.1$ ng/mL) compared to the control group ($7.9{\pm}0.5$ ng/mL). The immunohistochemical density of insulin-secreting cells and glucagon-like peptide-1 (GLP-1)-secreting cells in the pancreas were significantly higher in the experimental groups than the control groups for Type II diabetic mice and STZ-induced diabetic rats. Therefore, we conclude that instant gruel manufactured with colored barley and oats stimulates the secretion of insulin and decreases blood sugar by activating insulin-secreting cells in the pancreatic islets of diabetic animals.

• KSBB Journal
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• v.21 no.6 s.101
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• pp.466-473
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• 2006

Impaired insulin secretion from pancreatic beta-cells in response to glucose is an important feature in the pathology of non-insulin-dependent diabetes mellitus (NIDDM). In the course of screening for useful insulin secretagogues, we have isolated and identified YHB-2017 (Genistein) as a insulin secretion potentiator from fermentation broths of our in-house microbial library. The insulinotropic activity of YHB-2017 in isolated rat pancreatic islets was exerted only at high concentration of glucose (8.3-16 mM) but not at low concentration of glucose (3.3-5.5 mM). Also, in perifusion study with isolated rat pancreatic islets, YHB-2017 stimulated insulin secretion in a time-dependent manner when YHB-2017 was added to KRB buffer containing 16 mM glucose. In the presence of $200\;{\mu}M$ diazoxide and 35 mM KCI, which stimulates maximum $Ca^{2+}$ influx independently of KATP channel, YHB-2017 enhanced KATP channel-independent insulin secretion at high concentration glucose (16 mM). To elucidate the mechanisms of the glucose-dependent potentiation effect of YHB-2017, pharmacologic inhibitors for protein kinase A, protein kinase C and calcium/calmodulin kinase II were pre-treated and then the potentiation effect of YHB-2017 on insulin secretion was investigated. Pre-treatment of H89 as a PKA inhibitor had a significant inhibitory effect on YHB-2017-induced potentiation effect. Furthermore, western immunoblotting analyses revealed that YHB-2017 increased phosphorylation of PKA substrates and cAMP response element-binding protein (CREB) under high concentration of glucose. These results demonstrated that the insulinotropic effect of YHB-2017 is mediated through PKA signal pathway and activated amplifying $K_{ATP}$ channel-independent insulin secretion pathway.

• Proceedings of the Ginseng society Conference
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• 2007.05a
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• pp.23-24
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• 2007

Purpose: 인삼이 항당뇨 활성을 가진다는 연구가 많은 연구자들에 의해 진행되었고, 이는 인삼의 구성 성분 중 ginsenoside에 기인한다는 보고가 있다. 본 연구는 ginsenoside의 항당뇨 작용기전을 in vitro에서 알아보고자 3T3-L1 지방세포에서 glucose uptake와 췌장 베타세포인 HIT-T15 세포에서 insulin 분비 효과를 확인하였다. 이를 위하여 인삼을 식초로 처리한 긴삼의 70% MeOH 분획으로부터 protopanaxadiol 계인 ginsenoside $Rb_2$, $Rg_3$ 그리고 protopanaxtriol 계인 $Rg_2$를 분리하여 본 실험에 사용하였다. Method: Ginsenoside $Rb_2$, $Rg_2$, $Rg_3$가 지방 세포에서 glucose uptake에 미치는 효과를 확인하기 위하여 3T3-L1 세포를 DMEM (Dulbecco's Modified Eagle's Medium) 배지에서 분화 유도시켰으며 3T3-L1 preadipocyte가 80% 정도 자라면 분화 유도 배지 (5% fetal bovine serum (FBS), 0.5 mM isobutylmethylxanthine (IBMX), 1 mM dexamethasone 그리고 $10{\mu}g/ml$ insulin가 포함된 DMEM)로 4일, $10{\mu}g/ml$ insulin가 포함된 DMEM으로 2일, FBS만 포함된 DMEM으로 2일 배양하여 총 8일 동안 분화를 유도하였다. 분화 유도된 3T3-L1 adipocytes 에 각각 $Rb_2$, $Rg_2$, $Rg_3$를 $20{\mu}M$로 처리하여 16시간 배양하여 low glucose DMEM에서 3시간 배양한 후에 $37^{\circ}C$에서 insulin 10 ng/ml 과 각각 $Rb_2$, $Rg_2$, $Rg_3$가 포함된 Krebs Ringer Hepes buffer(KRP buffer)에서 20분간 배양하였다. 2-deoxy-D-[$^3H$]-glucose를 넣고 10분 후에 차가운 PBS로 반응을 종결시켜 lysis buffer로 cell을 모은 후 scintillation counter를 이용하여 glucose를 측정하였다. Insulin 분비 효과는 HIT-T15 세포와 일차 배양한 흰쥐 소도세포(islets)를 사용하여 확인하였다. HIT-T15 세포는 24 well plate에 well 당 $2{\times}10^5$ 개씩 분주하여 24시간 동안 배양한 후 시료를 처리하였으며 소도 세포는 Sprague-Dawley rat의 췌장에 collagenase가 포함된 Hanks' Balanced Salt Solution(HBSS)을 주입하여 분리하고 islets을 얻었다. 분리한 소도세포를 $1{\sim}2$일 동안 배양하여 $Rb_2$, $Rg_2$, $Rg_3$가 각각 $20{\mu}M$의 농도로 첨가된 insulin 측정용 buffer인 Krebs-Ringer buffer (KRB+0.3% BSA, KRBB)에 $37^{\circ}C$에서 1시간 incubation 시킨 후 배양액으로 분비된 인슐린의 양을 측정하였다. 한편 ginsenoside의 인슐린 분비 촉진 기전을 알아보기 위한 실험에서는 ATP-sensitive $K^+$ channel opener인 diazoxide (0.5 mM)가 ginsenoside에 의해 촉진된 인슐린 분비를 억제하는지 살펴보았다. Result: glucose uptake assay 에서는 $Rg_2$가 가장 크게 glucose uptake를 증가시켰고 $Rb_2$, $Rg_3$는 그 활성이 크지 않았다. 한편 Insulin 분비 효과는 diol계인 $Rg_3$에서 용량 의존적으로 인슐린의 분비를 촉진시켰으며 $20{\mu}M$ 농도에서 대조군과 비교해 1.5배 이상의 분비 촉진 효과를 보였고 triol계인 $Rg_2$ 에서는 이러한 효과가 나타나지 않았다. $Rg_3$의 인슐린 분비 촉진 기전을 0.5 mM 의 diazoxide를 이용하여 확인한 결과 $Rg_3$에 의해 촉진된 인슐린 분비를 감소시켰다. 이로 미루어보아 $Rg_3$의 인슐린 분비 촉진 기전은 ATP-sensitive $K^+$ 채널의 봉쇄에 의한 것임을 확인할 수 있었다.

• Proceeding of EDISON Challenge
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• 2017.03a
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• pp.635-642
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• 2017

Cobelli와 그의 동료들이 제안한 포도당 농도에 따른 췌장의 인슐린 분비 모델(Cobelli model)은 비교적 단순한 모델이지만 Grodsky의 실험 뿐만 아니라 일련의 관련 실험을 재현하였다. 하지만 이 모델은 췌장 베타세포 내 인슐린 분포를 미분형식으로 표현하였고, 적분을 통해 인슐린 양을 계산하였다. 그로 인해 각 시간 스텝에서 포도당의 양에 따라 적분 구간만큼 반복적인 계산을 수행해야만 했다. 이에 본 연구에서는 Cobelli model을 재현하면서 좀 더 효과적으로 결과를 얻을 수 있는 새로운 Multi-RRP model을 제시하였다. Multi-RRP model은 RRP를 과립의 자극 여부에 따라 RRPhigh와 RRPlow로 나누어 각각의 인슐린 분비를 계산하는 방법으로, 포도당의 변화에 따라 RRP의 수를 증가시켜 인슐린의 분비량을 산출한다. 이 Multi-RRP model의 시뮬레이션 결과는 Cobelli model과 동일한 경향을 보이며, Grodsky의 계단 실험과의 비교에서는 Cobelli model보다 실험 결과에 더 접근한다. 또한, 시뮬레이션 시간 비교를 통해 효율성을 확인하였고, Multi-RRP model이 Cobelli model보다 16배 이상 효율이 더 높은 것으로 확인되었다.

• Journal of Ginseng Research
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• v.31 no.2
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• pp.79-85
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• 2007

Compound K (CK) is a final metabolite of panaxadiol ginsenosides. Although panax ginseng is known to have anti-diabetic activity, the active ingredient is not yet fully identified. Therefore, it would be interesting to know whether and how CK has an anti-diabetic activity. First, insulin secretion-stimulating activity of CK was examined using RIN-m5F cell line and primary cultured islets. CK enhanced the insulin secretion in a concentration dependent manner. This effect, however, was almost completely abolished in the presence of diazoxide, $K^+$ channel opener, indicating that the insulin secretion-stimulating activity of CK is presumably due to blockade of ATP sensitive $K^+$ channel. In addition, effects of CK on gene expressions of hepatic enzymes (phosphoenolpyruvate carboxykinase[PEPCK], glucose-6-phos-phatase[G6Pase]) and on adipocyte differentiation in H4IIE and 3T3-Ll cells, respectively, were examined. CK suppressed the induction of PEPCK and G6Pase mRNA expressions under the dexamethasone/cAMP stimulation condition. CK also reduced the $PPAR-{\gamma}$ mRNA expression and triglyceride accumulation in a dose dependent manner as compared to the control. The present study suggests that CK deserves to examine whether it shows an anti-diabetic activity in animal and human studies.