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https://www.krm.or.kr/krmts/link.html?dbGubun=SD&m201_id=10011574&local_id=10020305
Retinoic acid modulates both proliferation and apoptosis of human keratinocytes through expression of nerve growth factor and its receptor in serum-free culture system
Researcher who has been awarded a research grant by Humanities and Social Studies Support Program of NRF has to submit an end product within 6 months(* depend on the form of business)
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  • Researchers have entered the information directly to the NRF of Korea research support system
Project Number F00004
Year(selected) 2005 Year
the present condition of Project 종료
State of proposition 재단승인
Completion Date 2008년 10월 29일
Year type 결과보고
Year(final report) 2008년
Research result report
  • Abstract
  • Normal human epidermal keratinocytes are the major cell type in the epidermis composed of multiple layers that form the outermost covering of the skin. Cultivation of keratinocytes has been extensively used to treat burns, chronic wounds, and other defects such as vitiligo as well as to investigate differentiation stages of the cell. Although animal-derived materials act as an important resource to promote cell proliferation and growth, they could impose significant health risk on patients with contamination of infectious agents such as viruses, prions, and mycoplasma. To avoid disadvantages of using animal-derived materials, studies for development of cell culture-derived biopharmaceuticals have been focused on the substitution or removal of animal-derived components among media. Protein hydrolysates have been used to supplement basal medium as an additional source of nutrients including amino acids, oligopeptides, lipids, and trace elements for the fortification of cell proliferation or productivity. In an effort to search the feasibility of use of plant protein hydrolysates on the cell growth, we investigated the effect of plant protein hydrolysates on characteristics of keratinocytes growth and assessed whether soy protein hydrolysates might substitute partly or fully for animal-derived component such as bovine pituitary extracts (BPE). When control medium containing animal derived components such as BPE was supplemented with soy hydrolysates, cell density increased up to 104~120% of the control medium. The result clearly showed that soy protein hydrolysates such as Bacto soytone and Soy hydrolysate could be an excellent source of nutrient and have a growth-stimulating activity. Supplementation of Soy hydrolysates (1 g/l) or Bacto soytone (2 g/l) to keratinocytes culture medium containing BPE inhibited expression of early and terminal differentiation markers in the cells and also helped the cells to maintain small cell size that might indicate undifferentiated state. However, extent of proliferation and differentiation of the cell in the medium without BPE is not better than that with BPE. These imply that the hydrolysates alone might be insufficient to stimulate cell proliferation and to inhibit differentiation of keratinocytes in the absence of BPE.
    All-trans retinoic acid (atRA) modulates the growth of a variety of cells and plays an important role in the chemoprevention of many human malignancies. In this present work, effect of atRA was investigated on proliferation and morphological changes of the cell, expression of mRNA and protein of NGF, expression of two classes of NGF receptor (p75 and TrkA). Together with stimulatory or inhibitory effect of RA on expression of NGF and NGF receptors, modulation of survival or apoptosis of keratinocytes during UV-B irradiating conditions was also investigated in the presence of atRA. This study showed that treatment of the cells with low concentration of atRA (i.e., 10-8 and 10-7 M) stimulated cell growth and DNA synthesis after 48 h, although the treatment with a higher concentration (10-5 M) inhibited cell division and DNA synthesis. atRA modulates also apoptotic and antiapoptotic effect via up-regulation or down-regulation of NGF, TrkA, and p75. Treatment with high concentration (10-5 M) of atRA repressed apoptosis by increasing the expression of NGF and TrkA in UVB-irradiated keratinocytes. On the other hand, low concentration of atRA (10-8 and 10-7 M) stimulated apoptosis by both increasing the expression of p75 and decreasing the expression of NGF and TrkA in UVB-irradiated keratinocytes. This present study also showed that, when treated with various concentrations of atRA, apoptosis did not occur in the non-irradiated keratinocytes. These results indicate that atRA affects survival and apoptosis of human normal keratinocytes by regulating expression of many factors including NGF, TrkA, and p75.
  • Research result and Utilization method
  • 인간각질형성세포는 피부의 최외곽층을 형성하는 다중층으로 구성된 epidermis의 주요한 세포형태이다. 각질형성세포의 배양은 화상, 만성질환 그리고 백반증과 같은 피부손상의 치료에 광범위하게 사용되어져 왔을 뿐만 아니라 세포의 분화 단계를 연구하는 데에도 사용되어져 왔다. 동물 유래성 물질이 세포성장을 촉진하는 중요한 자원으로 작용함에도 불구하고, 그들은 전염성 바이러스, 프리온 그리고 마이코프라즈마의 오염을 통해 환자에게 중대한 건강상의 위험을 발생시킬 수 있다. 동물 유래성 물질을 사용하는 것의 단점을 피하기 위해서 세포배양에서 유래된 생물약제의 개발에 대한 연구들은 배지 내의 동물 유래 물질의 대체 혹은 제거에 초점을 맞추어왔다. 단백가수분해물은 세포 성장 및 단백질 생산성의 강화를 위해 아미노산, 올리고펩타이드, 지질 그리고 미량원소를 포함하는 영양물질의 첨가물로 기본배지에 첨가되어 사용되었다. 세포성장에서의 식물성 단백가수분해물의 사용의 적합성을 알기 위한 노력으로, 우리는 각질형성세포 성장 특성에 대한 식물성 단백가수분해물의 영향을 연구하였고, 콩 단백 가수분해물이 소 뇌하수체 추출액과 같은 동물 유래성 물질을 전부 혹은 부분적으로 대체할 수 있는지를 평가하였다. 소 뇌하수체 추출액과 같은 동물 유래성 물질을 포함하고 콩 단백 가수분해물이 첨가된 대조군 배지의 세포밀도는 대조군의 104~120%까지 도달했다. 이 결과는 Bacto soytone과 Soy hydrolysate와 같은 콩 단백 가수분해물이 영양의 훌륭한 공급원이 될 수 있다는 것과 성장촉진활성을 갖는다는 것을 명확하게 보여주었다. 소 뇌하수체 추출액을 포함하는 각질형성세포 배양 배지에 Soy hydrolysates (1 g/l) 혹은 Bacto soytone (2 g/l)의 첨가는 초기 그리고 말기 분화표지자의 발현을 제한했고 또한 분화가 덜되 세포의 특징인 작은 세포크기의 유지를 도왔다. 그러나, 소 뇌하수체 추출액이 없는 배지에서 세포 성장과 분화 단계는 소 뇌하수체 추출액이 들어있는 배지보다 좋지 않았다. 이것은 단백가수분해물은 소 뇌하수체 추출액의 부재 하에서는 세포 성장을 촉진하고, 각질형성세포의 분화를 저해하기에는 불충분함을 나타낸다.
    그럼에도 불구하고 콩 유래의 단백가수분해물은 각질형성세포의 최종분화를 막고, 세포의 증식을 늘림으로써
    각질형성세포의 체외 배양에 있어서의 배지 구성물로서 상당한 가치가 있음이 확인되었다. 일반적으로 이러한 단백가수분해물은 부유세포의 배양에 있어서 널리 사용되는데, 이 논문에서는 부착세포인 각질형성세포에 단백가수분해물의 배지 구성물로서의 적용가능성을 알아본것에 의의를 둘 수 있으며, 산업적 적용도 가능하리라 생각된다.
    All-trans retinoic acid (atRA)는 다양한 세포의 성장을 조절하고 많은 인간 종양의 화학적 예방법에서 중요한 역할을 한다. 이 연구에서는 atRA 가 인간각질형성세포의 형태적 변화와 생장에 미치는 영향과 NGF와 NGF수용체 (TrkA, p75)의 발현에 미치는 영향이 고찰되었다. atRA가 NGF와 NGF수용체의 발현을 촉진 또는 저해하는 효과와 함께, 자외선에 노출된 각질형성세포의 생존과 자가사멸과정에 미치는 영향도 함께 연구되었다. 이 연구는 고농도의 atRA가 처리되었을 때, 세포분열과 DNA합성을 저해하는 반면 저 농도의 atRA가 처리 되어진 48시간 후에는, 오히려 세포성장이 촉진됨을 보여주었다. 또한 atRA는 NGF, TrkA, 그리고 p75의 mRNA 및 단백질 발현을 조절함에 의해서 세포의 자가사멸 효과 및 반 자가사멸 효과를 조절함을 나타내었다. 자외선이 조사 되어진 각질형성세포 에서는 고농도의 atRA (10-5M) 가 NGF와 TrkA의 발현양을 증가시켜서 세포자가사멸을 억제하는 것으로 보이며, 반대로 저농도의 atRA (10-8 와10-7 M)는 NGF와 TrkA의 발현양을 감소시키고, p75 의 발현양을 증가시킴으로 세포자가사멸을 촉진함을 나타내었다. 다양한 농도의 atRA는 자외선에 조사되지 않은 세포에서는 그 자체만으로 세포자가사멸을 유도하지 않은 것으로 나타났다. 이들의 결과는 atRA가 NGF와 NGF의 수용체들 (TrkA 와 p75)을 포함하는 다양한 인자들을 조절함에 의해서 정상 인간 각질 형성세포의 성장과 세포자가사멸에 영향을 미침을 보임으로서 의학적인 적용의 기초를 적용할 수 있다고 생각된다.
  • Index terms
  • Keratinocytes,Cell proliferation, Differentiation, Animal-derived components,Plant protein hydrolysates, All-trans retinoic acid (atRA), Nerve growth factor(NGF), NGF receptor(TrkA, and p75), UV-B irradiation, Apoptosis, Antiapoptotic effect
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