생화학분자생물학회

Natural Product Chemical Biology Laboratory
(천연물화학생물학 실험실)

 

 

정혜진

선문대학교 BT융합제약공학과

 

 

 

[연구실소개] 

 

​ 본 실험실에서는 2015년 3월부터 대학원생을 영입하여 “건강한 생명, 아름다운 삶”을 모토로 하여 제약ž화장품산업을 선도할 기능성 천연소재 자원을 발굴하고 실용화하는 연구를 수행하고 있다. 기능성 고부가 천연물 소재들은 유용한 생리활성을 바탕으로 다양한 의약품, 건강 및 식품 보조제 등으로 개발되고 있으며, 의약품 및 건강 기능성 식품 시장에서 그 수요는 계속 증가하고 있다. 지난 20년간 개발된 신약은 천연물 신약(천연물 모방 합성신약, 천연물 유도체 포함), 합성화합물 신약, 그리고 바이오신약 순으로 분포된다. 최근 바이오신약에 대한 관심이 집중되고 있으나, 천연물은 여전히 매력적인 의약품 소재임에 틀림없다. 한편 기후변화에 따라 탄소 배출이 적고 친환경적인 제품에 대한 중요성이 커지면서 유기농ž천연 화장품이 각광을 받고 있으며, 향후 남녀노소 모두에서 친환경 천연화장품에 대한 수요가 크게 증가할 것으로 전망된다. 이에 본 실험실은 화학생물학 학문분야를 기반으로 제약ž화장품 산업에 적용 가능한 기능성 천연소재를 개발하기 위해, 식물ž동물ž미생물로부터 유래한 천연물 바이오 소재의 다양한 생리활성을 평가하고 작용기전 규명 연구를 수행하고 있다. 주요 연구 내용은 (1) 제약ž화장품 산업 기능성 천연소재 발굴을 위한 고효율 동물세포 기반 검색 시스템 구축; (2) 동물세포 기반 검색 시스템을 이용한 새로운 기능성 천연소재 스크리닝 및 활성 평가; (3) 세포 및 동물 모델을 이용한 기능성 천연소재의 활성 작용기전 규명이다.

 

 

 

 

 

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그림 1. 본 실험실의 연구목표 및 주요연구내용

 

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[연구내용]

 

 

1. 동물세포 기반 활성 검색 시스템 구축 및 새로운 기능성 천연소재의 활성 평가

 

 본 실험실에서는 제약ž화장품 산업에 적용 가능한 기능성 천연소재를 발굴하기 위해, 동물세포의 특정 Phenotype을 기반으로 하는 항암, 항혈관신생, 항산화, 항염증 활성 검색 시스템을 구축하였다. 이러한 시스템을 이용하여 다양한 암세포주의 증식 및 전이능력 억제효과, 혈관내피세포의 증식 및 분화능력 억제효과, 뇌신경세포 및 혈관내피세포를 이용한 항산화 활성 측정, 대식세포주를 이용한 항염증 활성 평가, 피부세포를 이용한 미백/주름개선 기능성 활성 평가가 가능하다. 특히 최근 항암제 내성 및 재발에 핵심 원인으로 주목받고 있는 암줄기세포(Cancer Stem Cell)를 표적하는 항암치료제를 개발하기 위해, 암세포주로부터 암줄기세포를 선택적으로 분리 배양하여 암줄기세포 기반 활성 평가 시스템을 확립하였고 이 시스템을 활용하여 교모세포종 암줄기세포에 대한 치료 활성을 나타내는 천연물 유래 소재들(Apigenin, Compound K, UQCRB Inhibitors)을 새롭게 발견하였다. 또한 이러한 동물세포 기반 활성 평가 시스템을 활용하여 꽃송이버섯으로부터 항암, 항혈관신생, 뇌신경세포보호, 항염증 효능이 높은 유효조성물을 추출하는 공정 기술을 확보하였고, 그 원천기술을 산업체에 기술이전하여 고부가/고기능성 바이오 식의약 소재 개발의 실용화 연구를 성공적으로 수행하였다.

 

 

 

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그림 2. 본 실험실의 주요관심 천연소재 및 확립된 동물세포기반 활성검색시스템

 

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2. 기능성 천연소재의 활성 작용기전 분석

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 기능성 천연소재를 제약ž화장품 산업을 위한 천연소재 원료로 인정받기 위해서는 생리활성의 우수성을 과학적으로 입증하여 그 부가가치를 향상시켜야 한다. 본 실험실에서는 기능성 천연소재의 활성 작용기전을 규명하기 위해, 다양한 오믹스 기법(Genomics, Proteomics, Bioinformatics)을 통합하여 천연물 유래 활성물질의 세포 내 표적단백질을 동정하고 분자레벨에서의 세포 내 작용기전을 파악하는 연구를 수행하고 있다. 더 나아가 질환동물모델을 이용하여 in vivo 생리활성을 검증하고, 약물동력학 연구를 수행하여 유효성, 안전성, 독성 등을 평가하고자 한다. 본 실험실은 최근 천연 생리활성물질을 기존의 탐색 방법과 차별화된 방식을 이용하여 새롭게 탐색하기 위해, 토양방선균 유래 천연 항생물질로 알려진 Nargenicin A1의 생합성경로를 재설계하여 신규 Nargenicin A1 유도체를 발굴하고 in vitro 및 in vivo 항암 및 항혈관신생 활성을 새롭게 확인하였다. 이러한 신규 유도체는 Nargenicin A1과는 달리 우수한 항암효능을 나타낼 뿐만 아니라, 아팝토시스(Apoptosis)와 오토파지(Autophage)의 유도를 통해 암세포의 사멸을 유도하였다. 현재 화학단백체학(Chemical Proteomics) 기반 분석기술을 이용하여 발굴된 신규 Nargenicin A1 유도체의 세포 내 표적단백질을 동정하고 그 생물학적 기능을 규명하는 연구를 진행하고 있다. 이와 같은 작용기전 분석을 통해, 천연소재 유래 항암치료제 개발을 위한 선도물질을 창출하고 새로운 항암 치료타겟을 제시하는 것을 본 연구의 최종 목표로 하고 있다.

 

 

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그림 3. 토양방선균 유래 신규 천연항암소재의 활성 작용기전 분석

 

 

 

 

[연구책임자] 

 

 

 

 

정혜진 교수

 

주소: 충청남도 아산시 탕정면 선문로 221번길 70

선문대학교 BT융합제약공학과

전화: 041-530-2354

이메일: poka96@sunmoon.ac.kr

 

 

 

[연구진구성]

 

교수: 정혜진

석사과정: ​이상훈​, 한장미, ​​임햇님

 

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[대표논문]

 

1. Lee, S., Kwon, M. C., Jang, J. P., Sohng, J. K., Jung, H. J. (2017) The ginsenoside metabolite compound K inhibits growth, migration and stemness of glioblastoma cells. Int J Oncol 51, 414-424.

2. Kim, B., Jung, N., Lee, S., Sohng, J. K., Jung, H. J. (2016) Apigenin inhibits cancer stem cell-like phenotypes in human glioblastoma cells via suppression of c-Met signaling. Phytother Res 30, 1833-1840.

3. Han, J. M., Kwon, H. J., Jung, H. J. (2016) Tricin, 4',5,7-trihydroxy-3',5'-dimethoxyflavone, exhibits potent antiangiogenic activity in vitro. Int J Oncol 49, 1497-1504.

4. Sim, D. Y., Sohng, J. K., Jung, H. J. (2016) Anticancer activity of 7,8-dihydroxyflavone in melanoma cells via downregulation of α-MSH/cAMP/MITF pathway. Oncol Rep 36, 528-534.

5. Jung, H. J., Kwon, H. J. (2015) Target deconvolution of bioactive small molecules: the heart of chemical biology and drug discovery. Arch Pharm Res 38, 1627-1641.

6. Jung, H. J., Cho, M., Kim, Y., Han, G., Kwon, H. J. (2014) Development of a novel class of mitochondrial ubiquinol-cytochrome c reductase binding protein (UQCRB) modulators as promising antiangiogenic leads. J Med Chem 9, 7990-7998.