Molecular mechanism study on improving skin barrier function by modulating mineralocorticoid receptor activity of natural product ligands
천연물 리간드의 미네랄코르티코이드 수용체 활성 조절을 통한 피부장벽 기능 개선에 대한 분자 기전 연구
- 주제(키워드) 도움말 Panax ginseng , Ginsenoside , skin barrier , Filaggrin , Mineralocorticoid receptor
- 발행기관 강릉원주대학교 일반대학원
- 지도교수 도움말 손영창
- 발행년도 2024
- 학위수여년월 2024. 8
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 도움말 일반대학원 KIST강릉분원학.연협동과정
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/kangnung/000000011936
- UCI I804:42001-000000011936
- 본문언어 영어
초록/요약 도움말
피부 장벽은 외부 환경으로부터 우리 몸을 보호하고, 체내 수분을 유지하는 매우 중요한 기능을 수행한다. 피부 장벽의 건강은 필라그린(FLG)과 같은 단백질에 크게 의존한다. 필라그린은 피부의 가장 바깥층인 각질층에서 수분을 유지하고, 피부를 유연하게 유지하는 데 필수적인 역할을 한다. 스테로이드는 다양한 피부 질환을 치료하는 데 효과적인 약물로 널리 사용되지만, 장기간 사용 시 피부 장벽의 기능을 약화시킬 수 있다. 이러한 부작용은 스테로이드가 코르티솔 수치를 증가시키기 때문에 발생하는데, 이로 인해 표피 지질의 생산이 줄어들고, 피부의 pH가 상승하며, 코르네오데스모솜의 밀도가 감소한다. 코르티솔은 두 가지 주요 수용체인 글루코코르티코이드 수용체(GR)와 미네랄코르티코이드 수용체(MR)에 결합하여 작용한다. GR에 결합하는 것은 주로 항염증과 같은 긍정적인 효과를 나타내지만, MR에 결합하면 필라그린의 생산 감소와 같은 피부 장벽 기능의 저하와 같은 부정적인 영향을 초래한다. 본 연구에서는 MR 길항제가 코르티솔의 부정적인 영향을 억제하고 피부 장벽 기능을 보호하는 데 중요한 역할을 한다는 것을 확인했다. 이를 검증하기 위해, 동물 실험에서 스테로이드를 피부에 직접 적용하여 피부 장벽 기능에 미치는 영향을 관찰했다. 실험 결과, 스테로이드를 적용한 실험군에서는 피부의 두께가 현저히 줄어들고, 수분 보유 능력이 저하되는 등의 피부 장벽 손상이 명확하게 관찰되었다. 반면, MR 길항제를 병행하여 사용한 그룹에서는 이러한 장벽 손상이 유의미하게 감소하는 결과를 얻었다. 또한, 홍삼(KRG)과 그 주요 활성 성분인 진세노사이드 Rg3와 Rh2가 어떻게 스테로이드 유발 피부 장벽 기능 장애를 완화하는지 조사했다. 먼저 CV-1 세주를 사용하여 스테로이드로 유발된 MR 전사활성을 이들 성분이 억제하는 것을 확인하였으며, 다음으로HaCaT 세포에서 스테로이드로 유발된FLG 발현 감소를 억제하는 것을 확인하였으며, 이는 세포분화 및 증식을 조절하는 SIRT1-p53-p21 발현 조절을 통해 FLG 발현을 증가시키는 것을 확인하였다. 이러한 결과는 MR을 표적으로 하는 siRNA 실험을 통해 추가적으로 증명하였다. 따라서 스테로이드로 손상된 피부 장벽 기능을 개선하는데 MR 길항이 중요한 역할을 한다는 것을 의미한다. 결론적으로 이 연구는 스테로이드로 인한 피부 장벽 기능 저하에 대응할 수 있는 새로운 치료 전략을 개발하는 데 있어서 홍삼과 그 활성 성분과 같은 천연물을 효과적인 치료 수단으로 활용할 수 있는 새로운 길을 제시하며, 스테로이드 유발 피부 장벽 기능 저하의 복잡한 상호작용을 더 깊이 이해하는 데 기여할 것이다.
more초록/요약 도움말
Steroids are commonly utilized in dermatological treatments for their potent anti-inflammatory effects. However, their chronic use is frequently associated with significant skin barrier dysfunction, compromising a crucial protective layer of the body. This dysfunction is predominantly due to elevated cortisol levels within the skin, which disrupts the production of essential epidermal lipids and proteins, alters skin surface pH, and reduces corneodesmosome density, thus compromising the integrity of the stratum corneum and delaying barrier recovery. Due to these challenges, this study focused on evaluating the efficacy of Korean Red Ginseng (KRG) and its specific ginsenosides, Rg3(R) and Rh2(S), known for their structural similarity to steroids, as potential mineralocorticoid receptor (MR) antagonists to counteract these steroid-induced effects. Experimental approaches involved using hairless mice and HaCaT cell lines to simulate and observe the physiological and molecular impacts of grade 1 and 4 steroids on the skin, alongside the administration of MR antagonists such as spironolactone and KRG. Through a series of controlled tests, we observed the significant deterioration of the skin that manifested as thinning, dryness, and impaired moisture retention following steroid application, which were markedly ameliorated by treatment with MR antagonists. In particular, KRG and its ginsenosides not only alleviated these adverse effects but also demonstrated a capacity to modulated the expression levels of filaggrin, SIRT1, and the acetyl p53 and p21 proteins, surpassing baseline levels observed in control groups. Moreover, this study explored the molecular mechanisms underpinning these observations, focusing on the intracellular pathways influenced by cortisol. It was observed that cortisol facilitated its effects primarily through glucocorticoid receptors and MRs, which play a significant role in the transactivation processes that lead to skin barrier impairment. The application of KRG and its constituents specifically inhibited MR activity and moderated the expression of genes involved in the SIRT1 pathway, which is vital for cell survival and DNA repair. This protective effect was further validated through siRNA experiments targeting MR, which corroborated the beneficial role of MR antagonism in enhancing skin barrie. In conclusion, these findings highlight the therapeutic potential of KRG and its active ginsenosides Rg3(R) and Rh2(S) in mitigating the detrimental effects of steroids on skin barrier function. By inhibiting MR activity and modulating crucial molecular pathways, these compounds offer promising avenues for developing new treatments aimed at preserving skin health in the face of chronic steroid use. This study not only provides a deeper understanding of the complex interactions in steroid-induced skin barrier dysfunction but also paves the way for further research into the use of natural compounds as effective countermeasures in dermatological practices.
more목차 도움말
Contents
List of Figures 1
Abstract 3
Objectives 7
1 Introduction 8
2 Materials & Methods 13
2.1 Reagents 18
2.2 Cell culture 18
2.3 Luciferase reporter gene assay 18
2.4 Preparation of nuclear and cytoplasmic fractions 20
2.5 Western blotting 20
2.6 Real-time quantitative PCR (q-PCR) 21
2.7 siRNA experiments 23
2.8 Docking studies 23
2.9 Animal studies 23
2.10 Measurement of TEWL and skin hydration 25
2.11 Histological studies 25
2.12 Statistical analysis 25
3 Results 26
3.1 Grade of steroids increases MR transactivation a CV-1 cells 26
3.2 Effects of steroids in hairless mouse skin 28
3.3
Spironolactone increased the spleen and lymph node weights in mice with steroids 34
3.4 Effects of spironolactone on relative gene expression of filaggrin(FLG) in steroids treated hairless mice 36
3.5
Effects of Korean Red Ginseng(KRG) on the suppression of MR transactivation 38
3.6
Effects of Rg3(R) and Rh2(S) among the ginsenosides, components of KRG, on MR transactivation and translocation inhibition 41
3.7
Rg3(R) and Rh2(S) can bind to the ligand-binding domain(LBD) of MR 47
3.8 KRG, Rg3, and Rh2 alleviated FLG reduction induced by dexamethasone 50
3.9 Regulation of the SIRT1 pathway by KRG, Rg3(R), and Rh2(S) 53
3.10 SIRT1 and FLG regulation of MR antagonism identified via siRNAs 59
4 Discussion 63
Conclusions 69
References 70
Acknowledgements 79
