Taxus wallichiana Zucc. 현탁세포에서 Jasmonic Acid-Cellulase 복합 Elicitor가 Paclitaxel 생합성에 미치는 영향 (Effects of Jasmonic Acid-Cellulase Combined Elicitors on the Paclitaxel Production in Suspension Cultures of Taxus wallichiana Zucc.)

서지정보

· 발행기관 : 한국생물공학회
· 수록지 정보 : KSBB Journal / 25권 / 2호 / 193 ~ 198페이지
· 저자명 : Nguyen Ngoc Hoi, 변상요, Hoang Van Luong, Nguyen Van Long, Vu Binh Duong

초록

Taxus wallichiana Zucc.는 일명 히말라야 주목으로 불리고 있으며, 주로 파키스탄과 인도에 분포 서식하고 있다 [1].
이 주목은 그 지역에서 전통요법 치료제로 다양하게 활용되고 있는데, 특히 잎은 asthma, indigestion, epilepsy 등에효과가 있다고 전해지고 있다 [2]. 일반적으로 주목은 항암제 paclitaxel 또는 그 유도체들을 생합성하는 사실이 널리알려져 있으며, T. wallichiana도 paclitaxel 뿐 아니라 새로운 유도체들이 발견되어 보고되고 있다 [3,4].
Paclitaxel은 유방암과 난소암을 포함한 여러 가지 종류의 암에 대해 탁월한 치료 효과를 보여 널리 사용되고 있는항암물질이다. 암세포에 대한 paclitaxel의 작용기작은 기존대부분의 항암제들이 tubulin으로부터 microtubule의 형성을 방해하는 것과는 달리 cell cycle 상의 G2 후반기 또는M phase에 작용하여 microtubule의 합성을 촉진하고 안정화시켜 그 후의 분해 과정을 억제하는 특이한 기작을 갖는다 [5]. 미국에서는 1983년에 FDA에 의해 임상실험이 시작되어, 10년 후인 1992년에 난소암 치료제가 허가를 받아Bristol-Myers Squibb사에 의한 판매가 허용되었으며 1994년에는 유방암의 치료에도 사용이 허가되었다. Paclitaxel의생산 공급은 주로 주목 나무로부터 추출에 의존하여 왔으나, 환경파괴의 문제 등으로 다양한 대체방법이 개발되었다.
Paclitaxel의 전합성 뿐 아니라 전구체를 이용하는 반합성법, 그리고 주목 식물세포 배양을 통한 생산 방법 등이 개발되었다. 이러한 여러 방법 중에서도 가장 친 환경적이며경제성이 우수한 방법으로 주목세포배양에 의한 paclitaxel 생산 방법이 인정되고 있으며, 이미 여러 국가에서 생산 중이거나 시도하고 있는 것으로 알려져 있다.
식물 또는 식물세포배양에서 이차대사산물의 생성을 촉진하는 물질을 elicitor라고 하며 elicitor 처리에 의하여 축적되는 이차대사산물의 antibiotic 활성을 지닌 화합물을 일반적으로 phytoalexin이라 한다. Phytoalexin의 축적에 의한antibiotic 방어는 식물의 방어기작의 하나로 매우 중요한역할을 한다. 다양한 종류의 물질이 elicitor로서 작용할 수있는데, elicitor는 크게 두 종류로 구분된다. 균류, 세균,효모 등의 추출물로부터 또는 여과액 등과 같이 생물체로부터 얻어지는 화합물을 biotic elicitor라하고 chemical stress agent와 biotic elicitor 이외의 모든 물질들을 abiotic elicitor 라 구분한다. Elicitor의 다양한 종류와 관련 작용 기작은 크게 네가지로 구분된다. 첫째 미생물에 의한 elicitor의 직접적방출에 의하여 식물세포가 인식하는 과정으로 대두세포의경우 elicitor receptor site가 원형질막에 위치하고 있음을보여준다. 둘째로 미생물 유래의 효소로부터 식물세포벽의구성성분이 분해되어 elicitor로 작용하는 방법으로 대표적으로 균류의 endopolygalacturonic acid lyase와 pectinase를 들수 있다. 셋째로 식물세포의 효소에 의해 미생물 세포벽성분이 방출되어 elicitor로 작용하는 과정으로 여기에 속하는 예로 chitosan과 β-1,3-endoglucanase를 들 수 있다.
넷째로 여러 종류의 자극에 대하여 식물세포에 의하여 형성 또는 방출되는 elicitor로서 자연계에 endogeneous하고constitutive한 특성을 지닌다 [6,7].
Elicitor의 사용은 식물세포배양에서 목적하는 이차대사산물의 생산성 향상으로 이어질 수 있어 식물세포배양에의한 유용물질 생산의 상업화 과정에서 중요한 방법으로적용될 수 있다. 또한 한 종류의 elicitor를 쓰는 것 보다 두종류 또는 그 이상의 복합 elicitor를 적용하는 경우 이차대사산물 생성 증진 효과가 우수할 수 있다. 본 연구에서는 이러한 elicitor의 영향을 T. wallichiana 현탁배양에서 paclitaxel 생산 증진 연구를 통하여 밝히고자 한다. 특히 신호전달물질인 jasmonic acid와 cellulase 복합 elicitor를 적용하여paclitaxel 생성에 미치는 영향을 연구하고자 하였다.

영어초록

Cell cultures of Taxus wallichiana Zucc. were made to enhance the production of anticancer agent paclitaxel.
In suspension cultures, the maximum cell growth rate in exponential growth phase was 0.14 day-1 which was correlated to 4.96 days of cell doubling time. The production of paclitaxel was non-growth associated. The paclitaxel production was started after the exponential growth phase and increased to declined phase where the maximum concentration was observed. Various elicitors were tested to enhance the production of paclitaxel.
The combination of two elicitors of jasmonic acid and cellulase increased the production of paclitaxel 1.8 and 3.1 times compared to paclitaxel production by individual elicitor respectively.

참고자료

· 없음