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[M.브라이든] 저분자 히알루론산의 재조명
유전자 발현과 케라티노사이트 규제 연구
저분자 히알루론산의 재조명
히알루론산(HA)은 강력한 수분 보유력의 특성으로 체내 조직의 수분을 관장하는 데 깊이 관여한다. 이번호에서는 히알루론산의 분자 크기에 따른 침투 효과, 이를 이용한 유전자 발현과 케라티노사이트 규제 관장에 영향을 미치는 연구 결과에 대해 공유한다.
히알루론산, 분자 크기에 따른 피부 침투 효과
히알루론산(이하 HA)은 강력한 수분 보유력을 지닌 활성 성분으로, 포유류 간에 보존되어 왔으며, 진피 세포 내 매트릭스에 위치한 천연 글루코사미노글리칸(glycosaminoglycan) 바이오폴리머(생체고분자 물질)로 알려져 있다(피부 표피층에서도 발견된다). HA는 콜라겐과 엘라스틴을 포함한 진피 매트릭스의 세포 및 섬유 구성 성분을 이루는 주요 매트릭스 물질 중 하나로, 강력한 수분 보유 능력으로 조직의 수분을 관장하고, 세포 바깥 공간 유지에도 상당 부분 기여하는 것으로 알려져 있다. 최근 연구에 따르면, 매트릭스 구성 성분의 완전성과 밸런스 그 자체가 일반적인 조직 기능을 원활하게 하고 상처 치유 관장에 기여한다는 점이 밝혀져, HA는 조직 재생에 중대한 역할을 하는 것으로 보인다.
이에 안과학과 류머티스학과 같은 의학 분야에서 매력적인 테라피 인자로 주로 사용되고 있으며, HA의 이러한 특징들은 코스메틱 특히 피부 재생, 조직 확대, 기타 안티에이징 트리트먼트 등의 에스테틱 분야에서의 잠재적 활용도가 높다. 하지만 이런 다양한 잠재적 이점은 최대 2,000 kDa에 달할 수 있는 HA의 큰 분자량(효율적인 피부 침투에 방해를 줄 수 있기 때문에)에 의해 제한될 수 있다. 하지만 최근 연구에 따르면, 저분자 HA 혹은 HA 조각이 세포 증식, 혈관 형성과 이동 및 성숙, 단백질 티로신 활성화 및 염증 전 활동을 포함한 다양한 생물학적 과정에 관여할 수도 있는 것으로 밝혀졌다. 이에 연구진들은 저분자 HA의 침투 효과를 규명하기 위한 연구에 집중했다.
저분자 HA와 고분자 HA 침투 효과 규명 실험
다양한 분자 무게(20, 50, 130, 300, 800, 1,500 kDa)의 HA와 함께 원상태로 복원된 인간의 표피에서 RNA와 단백질이 분리됐다. 종양 괴사 요인－a 발현은 수량적 PCR 중합 효소 연쇄 반응(Polymerase
Chain Reaction, PCR)을 이용해 결정됐다. 다양한 결합 단백질의 게놈과 단백질 발현은 일반적으로 이용되는 Western blotting 기술로 결정됐다. 돼지 귀 피부를 침투하는 50, 300, 800, 1,500 kDa의 각각 다른 크기 HA 분자 능력을 HA 적용 5시간, 그리고 22시간 뒤를 기준으로 테스트했다. 그림 1에서 보이는 바와 같이, 분자 무게 300 kDa이상(각각 19.8 8 10 & 22.8 8 8; 7.3 8 3 & 9.1 8 4.2; 2.9 8 0.8 & 3.4 8 1 ng·cm－2·h－1;HA 300, 800 & 1,500 kDa)을 가진 HA 소량을 피부에 침투시킨다. 300 kDa HA와는 대조적으로 50 kDa의 저분자 HA는 현저하게 높은 피부 침투율을 보였다. HA(69.5 8 49.9 and 83.5 8 53.4ng·cm－2·h－1; fig. 2). 5시간 대비 22시간 인큐베이션 시간 동안 HA의 흐름은 일정했다.
50 kDa의 저분자 HA가 케라티노사이트 결합에 중요한 역할을 하는 유전자뿐만 아니라 케라티노사이트 규제를 관장하는 핵심 유전자를 포함한 약 120개 유전자의 상향조절 및 하향조절에 큰 영향을
미치는 것으로 밝혀졌다. 이와는 대조적으로 800 kDa HA는 유전자 40개에게서만 분화 발현이 진행되었다. 유전자 발현과 단백질 레벨에 대한 50 kDa HA의 우수한 촉진 효과를 확인하기 위해, 일련의
웨스턴 블로팅(Western blotting) 실험을 수행했다. 50 kDa HA이 적용된 인간 표피 모델 트리트먼트를 통해 투여 의존적인 방식으로 수많은 TJP의 단백질 레벨이 증가한 것이 밝혀졌다. 특히 TJP1와
TJP2는 트리트먼트 72시간 후에 크게 증가했다. E－cadherin, þ－catenin and occluding뿐만 아니라 claudin－1, －4, －17의 유도 후 증가가 관측됐다. 그러나 50 kDa HA의 0.5%가 적용된 인간
표피 배양이 TJP1, TJP2, occludin의 유의미한 상향조절로 이어졌지만, 50 kDa HA의 0.05%는 단백질량을 유의미하게 변화시키지 않았다.
결과
약 50 kDa의 저분자 HA는 20 kDa HA와 비교했을 때 종양 괴사 인자－a 발현을 유의미하게 변화시키지 못했다. 하지만, 탄탄한 연결성 형성 및 케라티노사이트 결합에 관장하는 것으로 알려진 유전
자와 단백질 발현을 증진하는 점에 있어서 고분자 HA보다 피부 침투율이 유의미하게 높은 것으로드러났다.
결론
약 50 kDa의 저분자 HA는 고분자 HA보다 침투 능력이 더 탁월한 것으로 밝혀졌다. 또한 저분자 HA는 염증 전 활동을 보이지 않고 세포 간의 결합을 더 긴밀하게 만들고 케라티노사이트의 분화에 기
여하는 다양한 유전자의 발현에 영향을 미친다. 이런 관측을 통해 케라티노사이트 생물학과 피부 생리학에 저분자 HA가 미치는 영향에 대한 현재 지식의 지평이 넓어졌다.
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