Cytoprotective Effects of Phaeophyta Extracts from the Coast of Jeju Island in HT-22 Mouse Neuronal Cells

제주 연안 갈조류 추출물의 신경세포 보호효과

Marine algae have long been recognized as a health and beauty food, based on its anti-tumor, anti-inflammatory and anti-obesity activities. In this study, methanol extracts were prepared from 10 different phaeophyta, after which DPPH radical scavenging and cytoprotective activities of HT-22 cells against ${\beta}$-amyloid protein ($A{\beta}$), which has neurotoxic effects, were investigated. In DPPH experiments, Ecklonia cava and Ishige okamurai showed strong ROS scavenging activities, whereas eight other phaeophyta including Petalonia binghamiae (P. bin) showed weak ROS scavenging activities. To validate the cytoprotective effects of 10 different phaeophyta in $A{\beta}$-induced HT-22 cells, protein expression levels of APP, BACE1, iNOS, phosphorylated ERK1/2, phosphorylated p38 and phosphorylated JNK1/2 were determined along with MTT assay. In the MTT assay, P. bin showed the best effective cytoprotective activity at a concentrations of $25{\mu}g/mL$, whereas Sargassum confusum, Colpomenia sinuosa, Myelophycus simplex, and Sargassum hemiphyllum showed potential. Determination of protein expression levels related to $A{\beta}$-induced neurotoxicity in the five selected phaeophyta showed that P. bin inhibited BACE1 and iNOS expression in $A{\beta}$-induced HT-22 cells. These results indicate that the cytoprotective effects of P. bin are mediated by suppressing the pathways involving $A{\beta}$-induced ERK and p38 activation.

항암, 항염증 및 비만억제 등의 생리활성을 지닌 해조류는 최근 건강기능 식품, 기능성 화장품 그리고 의약품 산업 분야에서 미용과 건강식품 소재로 각광받고 있다. 본 연구에서는 10종의 갈조류 메탄올 추출물을 이용하여 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl(DPPH) 라디칼 소거능과 아밀로이드 베타 단백질($A{\beta}$)의 신경독성에 대한 HT-22 신경세포 보호효과를 조사함으로써 천연물로부터 안전하고 새로운 신경세포 보호소재를 개발해내고자 한다. DPPH 라디칼 소거능의 경우 미역쇠를 포함한 8종의 갈조류에서는 비교적 낮은 활성산소 소거능을 보인 반면, 감태와 패에서 강력한 활성산소 소거능이 나왔다. $A{\beta}$의 신경독성에 대해 10종의 갈조류 추출물이 갖는 HT-22 신경세포 보호효과를 검증하기 위해 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide(MTT) 분석과 APP, BACE1, iNOS 단백질의 발현양상 및 ERK1/2, p38, JNK1/2 단백질의 활성화 양상을 분석했다. MTT 분석 결과, $A{\beta}$의 신경독성으로부터 미역쇠가 $25{\mu}g/mL$의 농도에서 가장 효과적으로 세포를 보호하고 있는 것으로 나타났고, 알쏭이모자반, 불레기말, 바위수염, 짝잎모자반도 세포 보호효과가 있는 것으로 나타났다. 세포 보호효과가 있는 것으로 밝혀진 5종의 갈조류를 가지고 수행한 단백질 발현분석 결과, 미역쇠는 $A{\beta}$의 신경독성에 의해 HT-22 신경세포에서 발현되는 단백질인 BACE1과 iNOS의 발현을 저해하였다. 이는 미역쇠의 세포보호효과가 $A{\beta}$의 신경독성으로부터 일어난 ERK와 p38의 활성화에 연관된 세포신호전달 경로를 억제하는 것으로 보인다. 그러므로 특히 식용 갈조류인 미역쇠는 $A{\beta}$에 의해 유도된 신경독성에 대해서 신경세포 보호효과를 갖는 건강기능 식품 소재로서의 가치가 충분한 것으로 사료된다.