KR20170095762A - Drug discovery methods using plant developmental biology - Google Patents

Drug discovery methods using plant developmental biology Download PDF

Info

Publication number
KR20170095762A
KR20170095762A KR1020170083103A KR20170083103A KR20170095762A KR 20170095762 A KR20170095762 A KR 20170095762A KR 1020170083103 A KR1020170083103 A KR 1020170083103A KR 20170083103 A KR20170083103 A KR 20170083103A KR 20170095762 A KR20170095762 A KR 20170095762A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
plant
arabidopsis thaliana
plants
medicinal
gene
Prior art date
Application number
KR1020170083103A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
최성화
머허르전 푸나
박슬기
차용철
Original Assignee
서울대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울대학교산학협력단 filed Critical 서울대학교산학협력단
Priority to KR1020170083103A priority Critical patent/KR20170095762A/en
Publication of KR20170095762A publication Critical patent/KR20170095762A/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6876Nucleic acid products used in the analysis of nucleic acids, e.g. primers or probes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/02Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving viable microorganisms
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01HNEW PLANTS OR NON-TRANSGENIC PROCESSES FOR OBTAINING THEM; PLANT REPRODUCTION BY TISSUE CULTURE TECHNIQUES
    • A01H5/00Angiosperms, i.e. flowering plants, characterised by their plant parts; Angiosperms characterised otherwise than by their botanic taxonomy
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01HNEW PLANTS OR NON-TRANSGENIC PROCESSES FOR OBTAINING THEM; PLANT REPRODUCTION BY TISSUE CULTURE TECHNIQUES
    • A01H6/00Angiosperms, i.e. flowering plants, characterised by their botanic taxonomy
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • C12N15/79Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts
    • C12N15/82Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts for plant cells, e.g. plant artificial chromosomes (PACs)
    • C12N15/8241Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6876Nucleic acid products used in the analysis of nucleic acids, e.g. primers or probes
    • C12Q1/6888Nucleic acid products used in the analysis of nucleic acids, e.g. primers or probes for detection or identification of organisms
    • C12Q1/6895Nucleic acid products used in the analysis of nucleic acids, e.g. primers or probes for detection or identification of organisms for plants, fungi or algae
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6897Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids involving reporter genes operably linked to promoters
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/5097Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving plant cells
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/96Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving blood or serum control standard
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q2600/00Oligonucleotides characterized by their use
    • C12Q2600/136Screening for pharmacological compounds
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2333/00Assays involving biological materials from specific organisms or of a specific nature
    • G01N2333/415Assays involving biological materials from specific organisms or of a specific nature from plants

Abstract

The present invention relates to a method for discovering a bioactive material based on effects using plants to discovery a new drug leading material by repeatedly experimenting screening based on developmental biological marker phenotype of plants. To this end, specific phenotype showed in plants when a specific material is treated to plants is screened as a candidate material for developing a new drug.

Description

식물을 이용한 효능기반 생리활성물질 발굴 방법{Drug discovery methods using plant developmental biology}Technical Field [0001] The present invention relates to a method of extracting physiologically active substances from plants,

본 발명은 신약개발을 위한 후보물질 스크리닝에 있어서 비용 절감과 안전성을 동시에 제고할 수 있는, 식물을 이용한 효능기반 생리활성물질 발굴 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 다양한 조추출물과 그 분획물을 예컨대 애기장대 유식물에 투여할 경우 식물에 나타나는 특이적인 표현형을 마커로 삼아 유효성분을 분리하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for finding a physiologically active substance based on an efficacy using a plant, which can simultaneously reduce cost and safety in screening candidates for new drug development. More specifically, the present invention relates to a method for separating an effective ingredient by using a specific phenotype appearing in plants as a marker when various crude extracts and fractions thereof are administered to, for example, Arabidopsis thaliana.

식물은 오랜 기간 인류의 약재로 사용되어 왔다. 이는 식물이 만들어내는 소분자 화합물이 사람의 질병을 치유하는 능력이 있기 때문이다. Plants have long been used as medicines in humans. This is because the small molecule compounds produced by plants are capable of healing human diseases.

현대적 관점에서의 신약 개발은 수천억을 들인 후 맨 마지막 단계에서 사람에게 직접 투여하여 그 효과를 검증하는 데 비해 우리 한약시스템에서는 식물 재료를 사람에게 직접사용하여 작용과 부작용을 경험적으로 정립해 왔다.The development of new drugs from a modern point of view has been tried and tested at a very last stage after injecting hundreds of millions of people. In contrast, our herbal medicine system has used plant materials directly in humans to empirically establish its action and side effects.

이처럼 한약을 포함하는 천연물은 오랜 경험 끝에 치료효과가 정립된 것이지만 하나의 한약에는 수백~수천 종의 물질을 포함하고 있기 때문에 약효성분과 함께 독성분의 존재도 부인할 수 없다. 특히 약효성분과 함께 독성분이 치사량 이상으로 존재할 경우 이 약재는 사용이 불가능하다. Such natural products including herbal medicine have been established after long experience, but since one herbal medicine contains hundreds to thousands of substances, it can not deny the existence of toxic substances along with the active ingredients. Especially when the toxic component is present in excess of the lethal dose together with the active ingredient, the medicinal product can not be used.

또한, 한약재에는 약효성분이 미량으로 존재할 가능성이 크다. 이 경우 해당 성분의 발굴에 성공해도 원생약의 공급 문제로 인해 상용화되지 못할 수도 있다.In addition, there is a high possibility that a medicinal ingredient exists in a trace amount in the medicinal herb. In this case, even if the component is successfully extracted, it may not be commercialized due to the problem of supply of the herbal medicine.

따라서, 한약에 존재하는 활성물질의 복잡도를 낮추거나 궁극적으로 단일물질 수준까지 분리하여 사용하는 것은 신약개발 측면에서 보았을 때 여러모로 바람직한 방향이지만 효능 스크리닝 시스템이 부재하거나 고가인 점 등의 한계로 인해 발전이 매우 더딘 실정이다.Therefore, it is desirable to lower the complexity of the active substance present in the herbal medicine or ultimately to use it as a single substance level. However, due to limitations such as lack of efficacy screening system or high price, It is very slow.

한편, 조추출물에서 활성성분을 약효테스트를 통해 단일물질까지 분리하는 과정에서 수많은 약효 실험을 반복적으로 수행해야 한다. 활성물질을 분리하기 위한 약효 실험은 효소 활성 측정, 세포 테스트, 동물 생체실험 등 다양하다. 하지만 이러한 방법은 여러 제약을 수반하고 있다. On the other hand, in the process of separating the active ingredient from the crude extract into a single substance through a pharmacological test, a number of pharmacodynamic experiments must be repeatedly performed. The activity test for separating the active substance is various, such as enzyme activity measurement, cell test, and animal bio experiment. However, these methods involve several limitations.

기존의 방법 중 약리효과를 가장 정확하게 판별할 수 있는 방법은 동물 생체실험을 수행하는 것이다. 하지만, 질환모델 생쥐 등을 사용하여 조추출물로부터 약효 성분을 분리하는 경우에는 수천만 원의 경비가 소요되며, 시판 전단계까지의 개발비용은 수천억에 달한다. 소요경비 때문에 제대로 시도도 해보지 못하고 포기하는 경우가 많다.Among the existing methods, the most accurate method of determining the pharmacological effect is to carry out an animal biological experiment. However, in the case of isolating the active ingredient from the crude extract using a disease model mouse, it costs tens of millions of won, and the development cost up to the market stage reaches hundreds of billions of dollars. Due to the expense, we often fail to try and give up.

이러한 제약으로 인해 한약재로부터 유효성분을 분리하는 것은 대규모 자본의 투자를 필요로 한다. 하지만 또 다른 문제는 이처럼 대규모 투자에도 불구하고 최종 임상시험 단계에서 신약으로서의 가치를 인정받지 못해 탈락되는 비율이 높다는 점이다. 즉, 신약개발의 성공가능성이 매우 낮다는 점이다. 그 이유는 신약후보 물질이 지나치게 독성이 높거나 약효가 낮으며 부작용이 많은 문제점 때문이다.Due to these constraints, separating the active ingredients from traditional medicines requires large capital investments. However, another problem is that despite these large investments, the value of the new drug is not recognized in the final stage of clinical trials, and thus it is highly withdrawn. In other words, the possibility of success in new drug development is very low. The reason for this is that new drug candidates are overly toxic, have low efficacy, and have many side effects.

따라서 획기적 비용 절감을 포함하여 부작용과 독성이 낮은 물질 발굴은 반드시 필요하다. 신약개발 단계에서 최종단계인 사람 대상 직접 검사는 필수적이기 때문에 그 부분은 피할 수 없다고 해도 적어도 그 단계 이전 단계에서 비용을 줄일 수 있어야 한다.Therefore, it is essential to identify substances with low side effects and toxicity, including dramatic cost reduction. At the stage of new drug development, the final step of human-directed testing is essential, so even if that part can not be avoided, it should be able to reduce costs at least in the pre-stage.

사람과 식물은 기본적인 생물학이 보존되어 있다. 이러한 생화학적 동일성은 세포분열, 염색체 복제, RNA 합성, 단백질 대사, 해당 과정이나 아미노산의 합성, small RNA 대사, 미토콘드리아에서의 에너지 대사 등 수많은 부분에서 거의 동일한 기능을 수행하는 효소들이 세포의 생존을 운영하고 있다. People and plants have basic biology preserved. These biochemical identities are responsible for the survival of cells in many parts of the cell, such as cell division, chromosome replication, RNA synthesis, protein metabolism, synthesis of corresponding processes or amino acids, small RNA metabolism, and energy metabolism in mitochondria .

따라서 한약의 활성 성분을 분리시 동물생체실험에 앞서 또는 동물생체실험을 대체하여 식물 시스템을 사용할 수 있을 것이다. 적어도 공통된 생물학적 대사 과정을 타깃으로 개발하는 경우 식물 시스템을 우선 적용할 수 있을 것이다. Thus, the plant system may be used prior to, or in place of, an animal biological experiment when isolating the active ingredient of the herbal medicine. At least if you are developing a common biological metabolic process, you might prefer to prioritize plant systems.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 사람과 식물은 기본적인 생물학이 보존되어 있다는 점 및 항암제 등 약물의 타깃 유전자나 단백질이 식물에도 대부분 존재하고 있음에 착안하여 실험동물 대신 식물을 스크리닝 대상으로 삼은 것이다. DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method of screening a plant for the purpose of screening a plant in place of an experimental animal in consideration of the fact that basic biology is preserved in humans and plants, .

구체적으로 본 발명은 식물의 발달 생물학적 마커 표현형에 근거하여 스크리닝을 반복 실험함으로써 신약 선도물질을 발굴하는 것을 목적으로 한다. 특히 한약재로부터 신약 선도물질을 분리하는 것을 목적으로 한다.Specifically, the present invention aims at discovering a new drug-inducing substance by repeating screening based on the developmental biological marker phenotype of a plant. In particular, it is aimed to separate new drug substance from herbal medicines.

또한 본 발명은 약효에 기반을 둔 보다 정량적이고 과학적인 방법으로 한약재를 감별하고 표준화하는 것을 목적으로 한다.The present invention also aims to differentiate and standardize herbal medicines in a more quantitative and scientific way based on the medicinal properties.

또한 본 발명은 식물 생장을 조절하는 생리활성 물질을 발굴하는 것을 목적으로 한다.The present invention also aims to discover physiologically active substances that regulate plant growth.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 특정 물질을 식물에 처리하였을 때 식물에 나타나는 특이적인 표현형을 마커로 신약 또는 제초제 개발을 위한 후보 물질을 스크리닝하는 것을 특징으로 하는, 식물을 이용한 효능기반 생리활성물질 발굴 방법을 제공한다. 여기서 상기 식물은 애기장대인 것이 바람직하며, 야생형, 돌연변이, 형질전환 식물체 중 하나이다. 그리고, 상기 형질전환 식물체는 사람의 질환 타깃 유전자, 사람의 발암 변이 유전자, 코스메틱 유전자, 제초제 저항성 유전자 및 기타 기능성이 입증된 유전자 중 어느 하나의 유전자를 리포터 유전자에 결합한 키메라 유전자가 도입된 것일 수 있다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for screening candidate substances for the development of new drugs or herbicides using markers of a specific phenotype appearing on plants when a specific substance is treated on plants, Thereby providing a method for finding a physiologically active substance. Wherein said plant is preferably Arabidopsis, and is one of wild type, mutant, transgenic plants. The transgenic plant may be one in which a chimeric gene in which a gene of a human disease, a carcinogenic mutation gene of a human, a cosmetic gene, a herbicide resistance gene, or other functionally proven gene has been linked to a reporter gene has been introduced .

또한 본 발명은 한약재를 식물에 투여할 경우 식물에 나타나는 특이적인 표현형을 표준으로 하여 한약재에 대한 등급을 책정하는 것을 특징으로 하는, 식물을 이용한 효능기반 한약재 표준화 방법을 제공한다. 여기서 상기 식물은 특정 한약재 추출물에 민감하게 반응하는 유전자의 프로모터를 리포터 유전자에 결합한 키메라 유전자가 도입된 형질전환 식물체일 수 있다. 이 경우, 리포터 유전자의 발현 유도 정도를 정량적으로 분석하여 한약재에 대한 등급을 책정할 수 있다. The present invention also provides a method for standardizing an efficacy-based herbal medicinal product using a plant, wherein the herbicide is administered to a plant and a grade for the medicinal herb is determined based on a specific phenotype appearing in the plant. Herein, the plant may be a transgenic plant into which a chimeric gene having a reporter gene linked to a promoter of a gene sensitive to a specific herb extract is introduced. In this case, the degree of expression of the reporter gene can be quantitatively analyzed to determine the grade for the herbal medicine.

본 발명은 신약개발을 위한 후보물질 스크리닝에 있어서 비용 절감과 안전성을 동시에 제고할 수 있다는 장점이 있다. The present invention has the advantage of cost reduction and safety at the same time in screening candidates for new drug development.

또한, 기존에 약효가 이미 입증된 전통 한방추출물을 포함하여 이미 시판중인 천연물 신약의 약효성분을 신속하고 저렴하게 발굴할 수 있고 작용기작(mode-of-action)까지 손쉽게 찾아낼 수 있다는 장점이 있다.In addition, there is an advantage in that it is possible to quickly and inexpensively find the active ingredient of a natural product, which is already marketed, including conventional herbal extracts, which have already been proved to be effective, and to find a mode-of-action easily .

또한, 신약의 안전성과 약효를 증명하는 데 중요하게 사용될 수 있다.It can also be used to demonstrate the safety and efficacy of new drugs.

또한, 특정 천연물의 생리활성 정도가 확인되면 그 물질의 함유도가 높은 품종의 개발 및 상품화로 이어져 이 품종을 생산하는 지역 및 농가의 수입증대를 기대할 수 있다.In addition, if the degree of physiological activity of a specific natural substance is confirmed, it will lead to the development and commercialization of a product having a high content of the substance, and it is expected to increase the income of the region and farmers producing the product.

또한, 본 발명은 근본적으로 식물학적 이해를 근간으로 하기 때문에 기초 식물학의 발전을 견인할 수 있다. 즉, 새로운 물질에 반응하여 식물이 어떻게 생존전략을 펼쳐 나가는지 이해할 수 있다. 이러한 이해는 식물이 오랜 기간 동안 야생에서 생활하면서 비축한 다양한 유전자적 풀이나 유연성을 테스트할 수 있기 때문에 지금까지 알려져 있지 않은 새로운 지식의 확보가 가능할 것이다.In addition, since the present invention is basically based on botanical understanding, it can lead to the development of basic botanical science. In other words, you can understand how a plant responds to new materials and unfolds its survival strategy. This understanding will enable us to acquire new knowledge that has not been known until now, because plants can test various genetic pools or flexibility that have been stored in the wild for many years.

또한, 본 발명은 한약재의 표준화에도 적용될 수 있다. 표준화를 위해서는 표준이 있어야 한다. 하지만 한약재는 지표성분은 알려져 있지만 활성성분이 불명확하여 정확한 표준화가 불가능하였다. 특정 한약재에 반응하는 식물의 표현형을 정확히 기재한 후 이 표현형을 표준으로 하여 한약재에 대한 등급을 책정할 수 있다. 이를 통해 한약재의 과학화 및 한의약의 산업화를 촉진하는 효과가 있다.Further, the present invention can be applied to the standardization of herbal medicines. Standardization requires a standard. However, although the surface component of the herbal medicine is known, precise standardization is impossible because the active ingredient is unknown. After accurately describing the phenotype of a plant that responds to a specific medicinal herb, you can set a grade for the medicinal herb based on this phenotype. This has the effect of promoting the scientificization of Chinese medicine and the industrialization of Oriental medicine.

또한, 본 발명에 따라 선별된 생리활성물질은 식물의 생장을 조절하는 효과를 가지므로 농업적인 면에서 유용하게 쓰일 수 있다.예를 들어 해당 물질이 식물의 생장을 억제하는 타감 효과를 가질 경우 불필요한 잡초의 생장을 억제하는 제초제로 개발하여 사용될 수 있다.In addition, the physiologically active substance selected according to the present invention has an effect of regulating the growth of the plant, so that it can be used in an agricultural aspect. For example, when the substance has a hitting effect inhibiting plant growth, It can be used as a herbicide which inhibits the growth of weeds.

또한, 본 발명은 새로운 고기능성 유전자변형 식물체의 개발로 이어질 수 있어, 농업 전반 특히 식물공장을 기반으로 하는 첨단 농업의 발전에 크게 이바지할 수 있다.In addition, the present invention can lead to the development of new high function transgenic plants, which can contribute greatly to the development of advanced agriculture, especially based on plant factories.

도 1의 A)는 발아 후 3일 된 애기장대 유식물의 떡잎, 하배축과 뿌리 사진, B)는 애기장대의 뿌리 끝과 뿌리털 사진, C)는 토양에서 자라고 있는 애기장대 성체의 사진, D)는 애기장대 성체 한그루의 사진이다.
도 2는 식물 마커 표현형을 기반으로 생리활성 물질을 발굴하는 과정을 도식한 것이다.
도 3은 조추출물로부터 분획을 확보하는 과정을 도식한 것이다.
도 4는 유전자 변형 식물체를 이용한 스크리닝 방법을 도식화한 것이다.
도 5는 한약재 표준화 방법을 도식화한 것이다.
도 6은 활성성분의 작용 메커니즘을 이해하는 순서를 도식화한 것이다.
도 7은 조추출물의 흡광도를 주성분분석(Principal Component Analysis)의 PC1과 PC2에 따라 분석한 그래프이다.
도 8은 택솔과 캄토테신에 대한 애기장대 유식물의 반응을 보여주는 사진이다.
도 9는 애기장대 대조구 뿌리와 택솔 처리한 뿌리의 모습을 나타내는 사진이다.
도 10은 택솔 처리시 엽면사상체가 3지형에서 1지형으로 변화된 모습을 나타내는 애기장대 사진이다.
도 11은 택솔과 캄토테신의 농도에 따른 애기장대 유식물의 하배축 길이생장 변화를 나타내는 그래프이다.
도 12는 혈부축어탕 및 그 구성 약재에 대한 애기장대 유식물의 반응을 나타내는 사진이다.
도 13은 도핵승기탕 및 그 구성 약재에 대한 애기장대 유식물의 반응을 나타내는 사진이다.
도 14는 경험방 및 그 구성 약재에 대한 애기장대 유식물의 반응을 나타내는 사진이다.
도 15는 기타 항암 약재(생지황, 영지, 애엽, 겨우살이)에 대한 애기장대 유식물의 반응을 나타내는 사진이다.
도 16은 한약재 및 각 처방 1/5X 희석액에 반응하여 나타나는 애기장대 유식물의 곁뿌리 수를 나타내는 그래프이다. *는 통계적 유의성을 의미 (n>8, p < 0.05 Student's t-test)
도 17은 도핵승기탕, 대황, 계지의 농도에 따른 애기장대 유식물의 곁뿌리 수를 나타내는 그래프이다. 가로축 숫자는 희석배율을 나타냄.
도 18은 인삼 조추출물의 농도에 따른 뿌리의 반응을 나타내는 애기장대의 뿌리 사진이다.
도 19는 자초에 반응하여 엽저 색이 적갈색으로 변화된 모습을 나타내는 애기장대 사진이다.
1) A photographs of cotyledons and hypocotyls and roots of Arabidopsis thaliana plants 3 days after germination, B) Pictures of root tips and roots of Arabidopsis, C) Photographs of Arabidopsis adults growing in soil, D) Is a picture of a single adult.
FIG. 2 is a diagram illustrating a process of extracting a bioactive substance based on a plant marker phenotype.
Figure 3 illustrates the process of securing fractions from crude extracts.
FIG. 4 is a diagram illustrating a screening method using transgenic plants.
FIG. 5 is a diagram illustrating a method of standardizing herbal medicines.
Figure 6 is a schematic illustration of an understanding of the mechanism of action of the active ingredient.
FIG. 7 is a graph showing the absorbance of crude extract according to PC1 and PC2 of Principal Component Analysis. FIG.
Fig. 8 is a photograph showing the response of the Arabidopsis thaliana plant to taxol and camptothecin.
Fig. 9 is a photograph showing the roots of the Arabidopsis thaliana control roots and roots treated with taxol.
FIG. 10 is a photograph of a Arabian pole showing a state in which a leaf surface rosette is changed from three terraces to one topography during taxol treatment.
11 is a graph showing changes in hypocotyl length growth of Arabidopsis thaliana plants depending on the concentrations of taxol and camptothecin.
Fig. 12 is a photograph showing the reaction of Arabidopsis thaliana plants to the blood-boosting fish bath and its constituent medicaments.
FIG. 13 is a photograph showing the reaction of Arabidopsis thaliana plants against the nucleus acuminata and its constituent drugs.
14 is a photograph showing the response of Arabidopsis thaliana plants to the empirical area and its constituent medicaments.
Fig. 15 is a photograph showing the reaction of Arabidopsis thaliana plants with other anticancer medicinal materials (bamboo shoots, ganoderma, lobules, mistletoe).
FIG. 16 is a graph showing the number of side weeds of the Arabidopsis thaliana plants appearing in response to herbal medicines and each prescription 1 / 5X diluent. * Means statistical significance (n> 8, p <0.05 Student's t-test)
Fig. 17 is a graph showing the number of side roots of Arabidopsis thaliana plants according to the concentration of the nuclerite root, rhubarb, and stalk. The horizontal axis indicates the dilution factor.
Fig. 18 is a root photograph of the Arabidopsis thaliana showing the response of roots to the concentration of ginseng crude extract.
FIG. 19 is a photograph of a Arabidopsis leaf showing a state in which the color of the colon is changed to reddish brown in response to the emergence.

이하에서 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

1. 실험 대상 식물1. Plant to be tested

배추과에 속하는 쌍자엽 식물인 애기장대(도 1)는 지난 30여년간 식물 발달생물학 연구의 집중적인 대상이 되어 수많은 혁신적인 발견이 이루어졌다 (http://www.arabidopsis.org) 특히 2000년에 식물 중 최초로 발표된 유전체염기서열과 유전자지도로 인해 분자유전학과 유전체학적을 기반으로 하는 시스템생물학적 이해가 가능해졌다.The Arabidopsis (Fig. 1), a dicotyledon belonging to the cabbage family, has been an intensive subject of plant developmental biology research for the past 30 years and has received numerous innovative discoveries ( http://www.arabidopsis.org ) The published genomic sequences and genetic maps made it possible to understand systems biology based on molecular genetics and genomics.

다년간의 축적된 연구를 통해 애기장대 유식물의 전반적인 생장, 1·2차 대사과정, 뿌리·줄기의 발달, 곁뿌리의 발달, 꽃기관의 발달, 잎의 발달, 개화조절, 호르몬 합성과 신호전달, 그리고 환경스트레스에 대응하는 메커니즘 등이 유전자 수준에서 이해되었다.Through the accumulated researches of many years, it is possible to understand the general growth of the Arabidopsis thaliana, the development of root and stem, the development of the stem, the development of the flower stem, the development of the leaf, the regulation of flowering, And mechanisms to respond to environmental stresses were understood at the genetic level.

애기장대 유식물은 다른 식물에 비해 종자의 크기가 매우 작고 유식물체 역시 매우 작아 제한된 공간에서 배양할 수 있다는 장점을 보유하고 있다. 애기장대 유식물의 경우 그 크기가 매우 작아 96 well plate의 각 웰에 하나의 개체를 투여하고 약물을 테스트할 수 있기 때문에 고속대량스크리닝(high throughput screening: HTS)이 가능하다.The Arabidopsis plant has the advantage of being able to cultivate in limited space because the size of the seed is very small and the vegetative plant is also very small compared with other plants. High-throughput screening (HTS) is possible because the size of the Arabidopsis thaliana plants is so small that one individual can be administered to each well of a 96-well plate and the drug tested.

또한 생육기간이 매우 짧아, 유식물에서 성체까지 약 4주, 유식물에서 씨앗이 맺힐 때까지는 약 6주가 소요되는데 이는 종자를 맺는 식물 중 주기가 가장 짧은 식물에 해당된다. 따라서 실험실에서 대단위로 재배하며 동태를 관찰할 수 있는 장점이 있다.Also, the growth period is very short, and it takes about 4 weeks from the metamorphosis to the adult and 6 weeks from the metamorphosis to the seeding, which corresponds to the plant with the shortest cycle among seed-bearing plants. Therefore, it is advantageous to cultivate large scale in the laboratory and observe the dynamics.

또 분석요구도에 따라 액체·한천 고체배지, 토양, 수경재배 등 다양한 형태의 재배가 가능하다. 본 발명에서는 애기장대 유식물을 발아시킨 후 천연물이 함유된 액체배지에서 일정기간 배양 후 반응을 조사, 분석하는 것을 기본으로 하고 있다.It can be cultivated in various forms such as liquid, agar solid medium, soil, hydroponic cultivation depending on the analysis requirement. The present invention is based on the investigation of the reaction after culturing the Arabidopsis thaliana plants in a liquid culture medium containing a natural product for a certain period of time after germination.

2. 식물 마커 표현형을 기반으로 생리활성 물질을 발굴하는 방법2. How to identify physiologically active substances based on plant marker phenotype

약효성분이 유도하는 식물의 표현형이 확립될 경우, 이 표현형에 근거하여 생리활성 물질을 발굴할 수 있을 것이다. If the phenotype of the plant induced by the active ingredient is established, the physiologically active substance can be extracted based on this phenotype.

도 2는 식물 마커 표현형을 기반으로 생리활성 물질을 발굴하는 과정을 도식한 도면이다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명은 천연물이나 화합물이 함유된 배지에 식물을 배양한 후 나타나는 특이한 생장 반응, 즉 마커 표현형을 기반으로 약효성분을 찾아가는 방식으로, 마커 표현형을 유발하는 조추출물의 분획과 효능테스트를 반복적으로 거치면 마커 표현형을 유발하는 단일 물질을 분리할 수 있다. FIG. 2 is a diagram illustrating a process of extracting a bioactive material based on a plant marker phenotype. As shown in FIG. 2, the present invention relates to a method for detecting a specific growth reaction (i.e., a marker phenotype) after culturing a plant in a medium containing a natural product or a compound, Repeated fractions and efficacy tests can be used to isolate a single substance that causes marker phenotypes.

3. 생리활성 성분의 분리3. Isolation of physiologically active components

조추출물이나 분획으로부터 생리활성물질을 단일 성분으로 찾아가는 방식은 크게 두 가지로 나눌 수 있다. There are two main ways to search for a bioactive substance from a crude extract or fraction as a single component.

첫째, 단계별 분획으로 인한 접근 방법이다.First, it is the approach by stepwise fractionation.

조추출물을 용해도나 분자량 등에 따라 체계적으로 분획하여 활성테스트를 수행하는 방식으로 약효 천연물의 복잡도를 감소시키고 궁극적으로 약효를 갖는 단일물질을 분리할 수 있다. The crude extract is systematically fractionated according to solubility, molecular weight, etc., and the activity test is carried out to reduce the complexity of the natural product and ultimately to separate the single substance having the drug effect.

도 3은 용해도 차이를 기반으로 조추출물로부터 분획을 확보하는 과정을 도식한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이 용매를 물과 가까운 극성 용매(메탄올)에서부터 비극성 용매(핵산이나 클로로포름)로 바꿔 가면서 분획을 확보한 후 이 용매에 용해되어 나오는 물질을 테스트한다. 특정 분획에서 활성이 높게 나타날 경우 그 분획을 추가적으로 분자량 등에 따라 분리한 후 활성 테스트를 시행하면 단일물질까지 분리할 수 있을 것이다. Figure 3 is a diagram illustrating the process of securing fractions from crude extracts based on solubility differences. As shown in FIG. 3, the solvent is changed from a polar solvent (methanol) close to water to a nonpolar solvent (nucleic acid or chloroform) to obtain a fraction, and a substance dissolved in the solvent is tested. When activity is high in a particular fraction, the fraction may be further separated according to molecular weight, etc., and then subjected to an activity test to separate a single substance.

둘째, 뿌리 속에 침투해 있는 물질을 직접적으로 분리하는 것이다. Second, it separates directly the substances that penetrate into the roots.

대조구와 처리구 뿌리로부터 전체 소분자 물질을 분리하여 대조구와 실험구에서 차이가 나는 소분자 물질을 비교 분석한다. FT-IR, 광대역흡광도 체크, HPLC, MS/MS 등의 방법으로 분획을 분석해 나간다. 특정한 물질의 차이가 나타나면 그 물질이 일차적인 활성물질의 분석 대상이 될 것이다. All small molecule materials were separated from the control and treatment roots and compared with the control and experimental groups. The fractions are analyzed by FT-IR, broadband absorbance check, HPLC, MS / MS. If a particular substance difference appears, the substance will be the primary active substance to be analyzed.

4. 특정 천연물의 활성성분에 반응하는 자동화된 정량적 분석 시스템의 개발4. Development of an automated quantitative analysis system that responds to the active ingredients of a particular natural product

본 기술이 얻고자 하는 효과 중 하나는 한약재의 표준화 기술을 제공하는 것이다. 이를 위해서는 천연물에 대한 반응을 보다 정량적으로 측정할 수 있는 시스템의 개발과 사용이 요구된다. One of the effects of this technology is to provide a standardization technique for herbal medicine. This requires the development and use of systems that can more quantitatively measure the response to natural products.

일예로, 리포터 유전자(reporter gene)의 발현에 따른 정량적 비교를 위해 다음과 같은 방법을 사용할 수 있다. 예컨대, 애기장대 유식물을 추출물로 처리한 후 이에 반응하는 유전자를 발굴하기 위해 마이크로어레이(Microarray)나 RNA 염기서열분석(RNA-seq)을 수행한다. 특정 추출물에 대해 발현이 유도되는 유전자의 프로모터를 리포터 유전자에 결합한 키메라 유전자 Promoter-Lucicerase 또는 Promoter-Venus (GFP) 리포터 시스템을 개발한다. 이런 리포터 시스템을 애기장대에 도입하여 형질전환체를 제조, 이 식물을 이용해 정량적 분석을 시도할 수 있을 것이다. For example, the following method can be used for quantitative comparison according to expression of a reporter gene. For example, a microarray or RNA-seq is performed to digest Arabidopsis thaliana plants with extracts and then to identify genes that respond to them. We develop a chimeric gene Promoter-Lucicerase or Promoter-Venus (GFP) reporter system that binds a reporter gene with a promoter of a gene whose expression is induced for a specific extract. By introducing this reporter system into the Arabidopsis thaliana, a transgenic plant can be produced and quantitative analysis using this plant can be attempted.

즉 지역적 혹은 발달 단계별 추출물에 대한 리포터 유전자의 발현유도 정도를 파악할 수 있을 것이며 추출물의 화학적 분획별로 그 발현유도 정도를 파악하여 특정 생리활성 물질이 어느 강도로 존재하는지를 측정할 수 있을 것이다.In other words, the expression level of the reporter gene in the regional or developmental stepwise extracts can be grasped, and the degree of induction of expression by the chemical fraction of the extract can be grasped to determine the intensity of the specific physiologically active substance.

5. 생리활성 성분의 작용 메커니즘 규명5. Identification of mechanism of action of physiologically active ingredient

생리활성 물질이 작용하는 메커니즘을 타깃 유전자 수준에서 유전학적으로 이해하는 것은 여러 가지로 중요한 의미를 갖는다. 우선 식물학 자체적인 의미이다. 외래 소분자 물질이 애기장대 유식물에 투여되었을 때 이 식물이 어떤 방어 메커니즘을 이용해 반응하는지는 순수 식물학적 견지에서 매우 흥미로운 연구 분야이다. 진화적으로 식물이 외부 환경에 어떻게 반응하는지 그 메커니즘을 이해하는 실마리를 제공해 줄 수 있기 때문이다.The genetic understanding of the mechanism of action of bioactive substances at the target gene level has several important implications. First, botany has its own meaning. It is a very interesting field of pure botanical research that the defense mechanism of this plant when the foreign small molecule substance is administered to the Arabidopsis thaliana plant. Evolutionally, it can provide clues to understand how the plant reacts to the external environment.

이러한 메커니즘을 찾아가기 위해 전통적인 유전학적 방법을 활용한다. EMS 처리된 돌연변이 집단의 약 200,000개체를 해당 천연물이 첨가된 배지에서 생장시킨다. Traditional genetic methods are used to find these mechanisms. Approximately 200,000 individuals of the EMS-treated mutant population are grown on media supplemented with the natural product.

일정한 기간 동안 생장시킨 후 특정한 마커 표현형을 나타내지 않는 저항성 돌연변이나 민감성 돌연변이를 분리할 수 있을 것이다. 돌연변이는 수차례의 여교배를 통해 해당 마커 표현형과 관련없는 돌연변이를 제거한 후 whole genome resequencing을 통해 어느 유전자에 돌연변이가 유발되어 저항성을 갖게 되었는지 확인할 수 있다. 애기장대는 모델식물로서 유전체 염기서열과 기능유전체학이 발달되었기 때문에 유전학적 메커니즘의 이해가 손쉽게 이뤄질 수 있다. After a certain period of growth, a susceptible mutant or susceptible mutant that does not exhibit a specific marker phenotype may be isolated. Mutations can be identified through mutagenesis several times to remove mutations that are not related to the marker phenotype, and then whole genome resequencing can be used to identify which genes are mutagenized and become resistant. Because Arabidopsis is a model plant, genome sequences and functional genomics have been developed, so that understanding of the genetic mechanisms can be done easily.

인간에서의 작용 메커니즘 확보도 가능하다. 애기장대에서 특정 생물학적 프로세스가 관여하는 것으로 판명되면 이를 사람의 생물학으로 유추 가능할 것이다. 캄토테신의 경우처럼 식물의 Topoisomerase I의 활성이 영향받는 것으로 판명될 경우 그러한 사실을 사람의 세포분열에 관여하는 해당 유전자를 중심으로 메커니즘을 설명해 나갈 수 있을 것이다.It is also possible to obtain a mechanism of action in humans. If a specific biological process is found to be involved in Arabidopsis, it will be possible to deduce it from human biology. If, as in the case of camptothecin, the activity of the plant's topoisomerase I is found to be affected, it may explain the mechanism centered on the gene involved in human cell division.

6. 유전자 변형 식물체를 이용한 스크리닝 방법6. Screening method using transgenic plants

도 4는 유전자 변형 식물체를 이용한 스크리닝 방법을 도식화한 것이다. 도 4에 예시된 사람의 질환 타깃 유전자, 사람의 발암 변이 유전자, 코스메틱 유전자, 제초제 저항성 유전자 외에도 기타 기능성이 입증된 유전자를 클로닝한 후 이를 애기장대 유식물에 도입하여 형질전환체를 제작할 수 있다. 이러한 유전자는 광화학적으로 검출이 용이한 물질을 생산하는 리포터 유전자와 결합하여 중요한 기능을 하는 키메라 유전자가 될 것이다. 예를 들어 Luciferase는 활성을 검출하기 용이하므로 사람의 질환 유전자를 Luciferase와 결합시켜 키메라 유전자를 작성, 이를 식물에 도입하여 형질전환체를 만든다. 이 형질전환체에 여러 가지 천연물을 적용하여 그 반응을 정량적으로 조사 분석할 수 있다.FIG. 4 is a diagram illustrating a screening method using transgenic plants. Transgenic plants can be prepared by cloning genes other than the human disease target gene, human carcinogenic mutation gene, cosmetic gene, herbicide resistance gene, and other functionally proven genes exemplified in Fig. 4 and introducing them into Arabidopsis thaliana plants. These genes will be chimeric genes that function in conjunction with reporter genes that produce photochemically easy-to-detect substances. For example, Luciferase is easy to detect the activity, so it combines human disease gene with Luciferase to make chimeric gene and introduce it into plants to produce transformant. By applying various natural products to this transformant, the reaction can be quantitatively investigated and analyzed.

7. 한약재 표준화 방법7. How to standardize herbal medicine

약효성분이 유도하는 식물의 표현형이 확립될 경우, 이 표현형에 근거하여 한약재를 표준화할 수 있으며 서로 다른 지역이나 시기에 채취된 한약재를 식물의 표현형을 중심으로 즉 약효에 기반하여 그 등급을 부여할 수 있다.When a plant phenotype induced by the active ingredient is established, the herb medicine can be standardized based on this phenotype, and the herb medicine collected at different regions or times can be classified based on the phenotype of the plant, that is, .

도 5는 한약재 표준화 방법을 도식화한 것이다. 리포터 활성분석, 천연물에 반응하는 마커 표현형 (페놈 phenome), 대사체 패턴, RNA-seq 데이터 등의 자료를 종합적으로 분석하여 검사 대상의 약재가 어느 정도의 활성성분을 함유하고 있는지 평가할 수 있을 것이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a method of standardizing herbal medicines. Analyzes of reporter activity assays, marker phenotypes reactive with natural products, metabolite patterns, and RNA-seq data can be used to comprehensively assess the amount of active ingredients contained in the medicinal product being tested.

8. 활성성분의 작용 메커니즘의 이해8. Understanding the mechanism of action of active ingredients

도 6은 활성성분의 작용 메커니즘을 이해하는 순서를 도식화한 것이다. 이는 애기장대의 유전학을 이용해 활성물질의 타깃유전자를 찾은 후 생물학적 작용과정을 이해하는 것을 기반으로 하고 있다. 식물에서 이러한 과정이 이해된 후 이 과정을 사람의 생물학에 유추하여 적용할 수 있을 것이다.Figure 6 is a schematic illustration of an understanding of the mechanism of action of the active ingredient. It is based on the Arabidopsis genetics to find the target gene of the active substance and to understand the biological process. Once this process is understood in plants, this process can be applied to human biology.

<실험예><Experimental Example>

1. 한약재로부터 열수 추출물 준비1. Preparation of Hot Water Extract from Traditional Chinese Medicines

전통적인 사용으로 이미 그 약효가 입증된 추출물을 준비하기 위해 유기용매 대신 열수추출 방식을 따랐다. 약재는 제기동의 경동시장에서 구입하였다. In order to prepare extracts that have already proven their efficacy in traditional use, they have followed the hot water extraction method instead of organic solvents. The medicines were purchased at Kyungdong market in Gyoung - dong.

먼저, 건조된 한약재를 작은 크기로 자른 후 한약재 1g 당 10ml의 증류수와 함께 유리병에 담았다. 유리병 입구를 뚜껑으로 느슨하게 닫은 뒤 고압멸균기에 넣고 110℃에서 1.5시간 동안 추출하였다. First, the dried medicinal herbs were cut into small pieces and then put into a glass bottle together with 10 ml of distilled water per 1 g of herbal medicine. The glass bottle inlet was loosely closed with a lid, placed in a high-pressure sterilizer and extracted at 110 ° C for 1.5 hours.

고압추출이 끝난 후에 유리병을 50℃ 오븐에 넣고 천천히 식혔다. 열탕추출물을 얻기 위해서 유리병을 기울여 액체성분을 50ml 팔콘튜브(falcon tube)에 담았다. 고형 물질과 부유하는 입자들을 제거하기 위해 2650rpm에서 10분 동안 원심분리를 실시한 후 상등액을 새 튜브에 옮겼다. 이렇게 얻어진 추출물을 원액(1X)으로 하여 차후의 활성성분 분리 실험을 시행하였다. After high pressure extraction, the glass bottle was placed in an oven at 50 ° C and slowly cooled. In order to obtain the hot-water extract, the liquid component was placed in a 50 ml falcon tube by tilting the glass bottle. After centrifugation at 2650 rpm for 10 minutes to remove solids and suspended particles, the supernatant was transferred to a new tube. The thus obtained extract was used as a stock solution (1X) to separate the active ingredients.

2. 열수 추출물의 흡광도에 따른 차이점 분석2. Analysis of the differences according to the absorbance of the hot-water extract

한약재 열수 추출물들이 분광학적으로 다양한 천연물을 함유하는지, 그리고 그런 차이로 인해 다른 약재와 구별될 수 있는지를 알아보기 위해 추출물의 흡광도를 파장을 달리하며 조사하였다. To investigate whether hydrothermal extracts of medicinal herbs contain various natural products spectrophotometrically and to distinguish them from other medicinal materials due to such differences, the absorbance of the extracts was examined at different wavelengths.

추출물을 증류수로 희석한 후 각 희석액을 6 또는 12 well cell culture plate (SPL, Korea)에 3 반복으로 분주한 후 Epoch Microplate Spectrophotometer (BioTek, US)를 이용하여 흡광도를 측정하였다. 이때 희석액으로 사용한 증류수를 대조군으로 삼았다. 200nm부터 995nm까지 5nm의 간격으로 흡광도를 측정하여 추출물의 흡광도로부터 증류수의 흡광도를 제한 값을 이용하여 통계 분석을 실시하였다. The extracts were diluted with distilled water and each dilution was dispensed into 3 or 6 replicates on a 6 or 12 well cell culture plate (SPL, Korea), and the absorbance was measured using an Epoch Microplate Spectrophotometer (BioTek, US). At this time, distilled water used as a diluent was used as a control group. The absorbance was measured at intervals of 5 nm from 200 nm to 995 nm and statistical analysis was performed using the absorbance of the distilled water from the absorbance of the extract using the limit value.

한약재 사이의 차이를 2차원 그래프로 나타내기 위한 주성분 분석 (principal component analysis, PCA)은 R 패키지를 이용하여 처리하였다.Principal component analysis (PCA) was performed using R package to show the difference between medicinal materials in two - dimensional graph.

도 7은 조추출물의 흡광도를 주성분분석(PCA)의 PC1과 PC2에 따라 분석한 그래프로서, 동일 한약재 유래 천연물들이 비교적 근접하여 분포하고 있고, 서로 다른 한약재 유래 천연물들은 함유된 성분의 차이로 인해 2차원 공간에서 서로 다른 지역에 분포되어 있음을 보여준다. FIG. 7 is a graph showing the absorbance of Crude Extract according to PCA and PC2 of PCA. Natural products derived from the same medicinal materials are relatively closely distributed, and natural products derived from different medicinal herbs are classified into 2 It is shown that they are distributed in different areas in the dimension space.

따라서, 미지의 천연물도 이러한 방법으로 동정할 수 있으며 근접도에 따라 천연물의 진위나 유효성분 함유 면에서 표준화의 도구로 사용할 수 있다. 즉, 이러한 분포 양상은 약효성분 함유나 천연물 약재의 표준화에 사용될 수 있다. Therefore, unknown natural products can be identified by this method, and can be used as a tool for standardization in terms of authenticity of natural products and inclusion of active ingredients according to proximity. In other words, this distribution pattern can be used for the standardization of the medicinal ingredients and the natural medicines.

3. 애기장대 유식물의 배양3. Culture of Arabidopsis thaliana

야생형 애기장대인 Columbia 씨앗을 소독한 후 4℃ 암상태에서 하루 동안 방치하여 발아율을 높였다. MS 한천 고체 배지 위에 파종한 애기장대 씨앗을 22℃, 낮 16시간/밤 8시간의 장일 조건에서 발아시켜 2~3일 동안 키웠다. After sterilization of the wild seedling, Columbia seed, it was allowed to stand at 4 ℃ for one day to increase the germination rate. MS agar The seeds of Arabidopsis thaliana seedlings sown on solid medium were germinated at 22 ℃ for 16 hours / night for 8 hours under long-day conditions and grown for 2 ~ 3 days.

앞서 기술한 한약재 추출물원액을 0.5X, 0.25X, 0.05X의 비율로 희석한 후 총부피가 2ml이 되도록 MS 액체 배지 1ml과 증류수를 적절히 배합하였다. 각 희석액을 12 well cell culture plate의 3개 well에 분주한 후에 애기장대 유식물 5개체씩을 각 well에 넣고 plate를 교반기에 올려 100 rpm으로 3일간 배양했다. 3일 후 유식물체의 생장발달 분석을 실시하였다. The crude herbal extract solution was diluted at a ratio of 0.5X, 0.25X, and 0.05X, and 1ml of MS liquid medium and distilled water were appropriately blended so that the total volume became 2ml. Each dilution was dispensed into 3 wells of a 12 well cell culture plate, and then 5 plants of Arabidopsis thaliana were added to each well, and the plate was placed on a stirrer and cultured at 100 rpm for 3 days. After 3 days, the growth of the seedlings was analyzed.

항암제에 대한 애기장대 유식물의 반응 분석도 한약재 추출물 대신 항암제를 투여했다는 점만 다를 뿐 동일한 방법으로 실시하였다. The analysis of the reaction of Arabidopsis thaliana plants against the anticancer agent was carried out in the same manner except that the anticancer agent was administered instead of the herbal medicine extract.

애기장대 유식물이 항암제 및 추출물에 반응하여 나타내는 발달생물학적 차이를 구별하기 위해 뿌리의 길이, 곁뿌리의 수, 하배축의 길이 등을 측정하였다. 길이의 측정은 사진 파일의 이미지를 ImageJ 소프트웨어 (http://rsb.info.nih.gov/ij/)를 이용하였다.The length of root, the number of root tips, and the length of hypocotyls were measured to distinguish the developmental biological differences that the Arabidopsis thaliana plants develop in response to anticancer drugs and extracts. The measurement of the length was made using ImageJ software (http://rsb.info.nih.gov/ij/) as the image of the photo file.

4. FDA승인 항암제에 대한 애기장대 유식물의 반응4. Reaction of Arabidopsis thaliana plants to FDA-approved anticancer drugs

(1) 항암제 선택(1) Selection of anticancer drugs

애기장대 유식물의 생장을 마커표현형으로 삼을 수 있을지 검증하기 위해 미국 FDA승인 항암제 중 식물유래 항암제인 택솔(Taxol)(성분명: Paclitaxel)과 캄토테신(Camptothecin)에 대한 애기장대의 반응을 조사하였다. To test whether the growth of Arabidopsis thaliana could be used as a marker phenotype, we investigated the Arabidopsis response to Taxol (chemical name: Paclitaxel) and camptothecin, an anticancer drug of US FDA approved anticancer drugs .

택솔은 주목(Taxus)속 식물에서 생산되며, 튜뷸린에 작용하여 세포분열시 염색체의 이동을 억제하는 것으로 알려져 있다. 이에 비해 캄토테신은 희수나무(Camptotheca acuminata)의 껍질 및 줄기 등에서 생산되며, DNA topoisomerase I에 작용하여 DNA 초나선(supercoiling) 완화 기능을 억제하는 것으로 알려져 있다. 즉, 작용 기작이 다른 두 항암제가 식물에서 서로 다른 표현형을 유발하는지를 관찰하는 것만으로도 본 실험방법의 유용성을 입증할 수 있을 것으로 판단하였다. Taxol is produced in Taxus plants and is known to act on tubulin and inhibit chromosomal migration during cell division. In contrast, camptothecin is produced in the bark and stem of Camptotheca acuminata and is known to act on DNA topoisomerase I to inhibit DNA supercoiling relaxation function. In other words, we could confirm the usefulness of this method by observing whether two different anticancer drugs cause different phenotypes in plants.

(2) 택솔과 캄토테신의 농도에 따른 애기장대 유식물의 뿌리 길이 및 곁뿌리 발생 정도 변화 (2) With Taxol Changes in Root Length and Side Root Development of Arabidopsis thunbergii According to the Concentration of Camptothecin

도 8은 택솔과 캄토테신을 처리한 애기장대 유식물의 모습을 보여주는 사진이다. Fig. 8 is a photograph showing the appearance of Arabidopsis thaliana plants treated with taxol and camptothecin.

도 8로부터 확인할 수 있듯이 택솔을 처리하였을 때 뿌리와 하배축의 생장이 대조구인 DMSO 처리구에 비해 농도에 비례하여 억제되었다. 하지만, 곁뿌리의 생성은 크게 영향 받지 않았다. 택솔을 처리하든 처리하지 않든 곁뿌리의 수는 약 5개 정도였다. As can be seen from FIG. 8, when Taxol was treated, the growth of root and hypocotyl was inhibited in proportion to the concentration of DMSO treatment. However, the generation of side root was not greatly affected. Whether treated or not, the number of side root was about five.

이에 비해 캄토테신은 곁뿌리의 생성을 현저히 억제하였다. 캄토테신의 경우 0.05 uM처럼 낮은 농도에서 이미 곁뿌리의 생성을 억제하였다. 이처럼 서로 다른 작용 기작을 가지는 항암제가 식물에서 서로 다른 생장 패턴을 유도하는 것을 알 수 있으며 이러한 생장패턴을 마커로 효능기반 물질 스크리닝이 가능함을 제시하고 있다.In contrast, camptothecin significantly suppressed the production of side root. In the case of camptothecin, the inhibition of the side branching was suppressed at a concentration as low as 0.05 uM. It is shown that anticancer drugs having different action mechanisms induce different growth patterns in plants, and suggests that it is possible to screen efficacy-based substances with these growth patterns as markers.

(3) 택솔 처리에 따른 애기장대 유식물의 뿌리 모습 변화 (3) Changes in roots of Arabidopsis thaliana plants treated with taxol

도 9는 애기장대 대조구 뿌리와 택솔 처리한 뿌리의 모습을 나타내는 사진이다. Mock으로 표시된 사진은 물로 처리한 대조구 모습을 나타내고, Taxol로 표시된 사진은 2 uM로 3일간 처리한 후의 모습을 나타낸다. 택솔로 처리한 뿌리는 대조구에 비해 뿌리털과 뿌리털 사이가 조밀하고, 표피 세포가 불투명하다. 이는 뿌리 표피세포가 조직에서 떨어져 나와 비정형정적인 모습을 갖기 때문이다. 이러한 현상은 택솔의 특이적인 표현형으로 약물이 식물의 생장에 뚜렷한 특징을 유도하며 이러한 특징은 마커 표현형으로 사용될 수 있음을 보여주고 있다.Fig. 9 is a photograph showing the roots of the Arabidopsis thaliana control roots and roots treated with taxol. The photographs marked with Mock show the control treated with water, and the photos marked with Taxol show the treated after treatment for 3 days at 2 uM. The roots treated with taxol are more dense between root and root than the control, and the epidermal cells are opaque. This is because the epidermal cells of the root are separated from the tissue and have an atypical static appearance. This phenomenon is a specific phenotype of Taxol, which shows that the drug induces a distinctive feature in the growth of the plant, and this feature can be used as a marker phenotype.

(4) 택솔 처리에 따른 애기장대 유식물의 엽면사상체 변화 (4) Changes in leaf surface texture of Arabidopsis thaliana plants treated with taxol

도 10은 택솔 처리시 엽면사상체가 3지형에서 1지형으로 변화된 모습을 나타내는 애기장대 사진이다.FIG. 10 is a photograph of a Arabian pole showing a state in which a leaf surface rosette is changed from three terraces to one topography during taxol treatment.

식물은 곤충으로부터 자신을 보호하기 위해 잎 표면에 수많은 털을 만드는데 애기장대의 경우 그 털은 3개로 분지되어 나타난다. 하지만 도 10에서 볼 수 있는 바와 같이 대조군에 비해 택솔을 처리한 경우 사상체의 가지가 일반적인 3지 형태에서 1지 형태로 변화하였다. 사상체의 발달은 뿌리털의 발달과 관련이 높은 것으로 그 분자적인 메커니즘이 잘 알려져 있다.Plants make numerous hairs on the surface of the leaves to protect themselves from insects. In the case of Arabidopsis, the hairs are branched into three. However, as shown in FIG. 10, when taxol was treated, the branches of the squamous cells changed from the normal three-point type to the one-point type compared to the control group. The development of the soma is related to the development of the root hair, and its molecular mechanism is well known.

(5) 택솔과 캄토테신의 농도에 따른 애기장대 유식물의 하배축 길이생장 변 (5) Taxol and According to the concentration of camptothecin , Change in hypocotyl length growth

도 11은 택솔과 캄토테신의 농도에 따른 애기장대 유식물의 하배축 길이생장 변화를 나타내는 그래프이다. 농도에 따른 하배축의 생장 변화정도를 알아보기 위해 통계처리를 실시하였다. 도 11에서 볼 수 있는 바와 같이 전반적으로 유의미한 수준에서 하배축의 생장은 억제되었다.11 is a graph showing changes in hypocotyl length growth of Arabidopsis thaliana plants depending on the concentrations of taxol and camptothecin. Statistical analysis was carried out to investigate the degree of hypocotyl growth. As can be seen in FIG. 11, the growth of hypocotyls was inhibited at an overall significant level.

5. 한약재에 대한 애기장대 유식물의 반응5. Response of Arabidopsis thaliana plants to medicinal plants

(1) 조사대상 한약재의 선택(1) Selection of medicinal herbs to be surveyed

위의 항암제 반응 결과를 기반으로 유사한 기능을 갖는 한약재를 검사하기로 하였다. 우선 전통 한약 처방 중에서 일반적으로 항암작용이 있다고 알려진 처방인 '혈부축어탕' (Moon et al., 2006)과 '도핵승기탕'을 선택하였고 또 발명자의 경험에 근거한 '경험방' 이렇게 3가지 처방과 이들의 구성 약재 및 기타 항암 약재 일부를 일차적인 조사 대상으로 삼았다.Based on the results of the above anticancer drug response, we decided to test herbal medicines with similar functions. First of all, we selected 'traditional medicine' (Moon et al., 2006), which is a prescription known to have anticancer activity in general, and ' Some of their constituents and some other anti-cancer medicines were the subjects of the primary investigation.

(2) 조사대상 한약재 처방 및 구성약재(2) Subject to prescription and composition of medicinal herbs

조사대상 한약재 처방 및 구성약재는 아래 [표 1]과 같다.[Table 1] Prescribing and constituting medicinal herbs for investigated medicinal herbs are as follows.

각 처방 및 구성 한약재로부터 조추출물을 확보한 후 1/5로 희석한 배양액을 최초 검색 농도로 사용하였다. 0.5X MS 배지 1.5 ml에 0.5 ml의 조추출물을 첨가하여 배양액을 제조하였다.After extracting crude extracts from each prescription and herbal medicines, a culture diluted 1/5 was used as the initial concentration. A 0.5 ml crude extract was added to 1.5 ml of 0.5X MS medium to prepare a culture.

[표 1][Table 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

(3) 조추출물에 대한 애기장대 유식물의 반응(3) Response of Arabidopsis thaliana plants to crude extracts

도 12는 혈부축어탕 및 그 구성 약재에 대한 애기장대 유식물의 반응을 나타내는 사진, 도 13은 도핵승기탕 및 그 구성 약재에 대한 애기장대 유식물의 반응을 나타내는 사진, 도 14는 경험방 및 그 구성 약재에 대한 애기장대 유식물의 반응을 나타내는 사진, 도 15는 기타 항암 약재(생지황, 영지, 애엽, 겨우살이)에 대한 애기장대 유식물의 반응을 나타내는 사진이다.Fig. 12 is a photograph showing the reaction of the Arabidopsis thaliana plant to the blood-shrimping bath and its constituent medicinal plants, Fig. 13 is a photograph showing the reaction of the Arabidopsis thaliana plant to the thalamic nutrient bath and its constituent medicinal materials, Fig. 15 is a photograph showing the response of the Arabidopsis thaliana plant to other medicinal herbs (bamboo shoots, ganoderma, lobules, mistletoe). Fig.

도 12 내지 도 15로부터 확인할 수 있듯이, 뿌리는 일반적으로 그 길이가 짧아졌으며 곁뿌리의 생성이 억제되었다. 또 일부 뿌리는 갈변되었다. 하지만, 일부 약재는 뿌리 생장 억제 정도가 약하였으며 하배축의 길이 신장은 일반적으로 뿌리의 생장과 같은 방향으로 조절되었다. 즉, 뿌리의 길이 생장이 억제되면 하배축의 생장 또한 억제되었다. As can be seen from Figs. 12 to 15, the roots were generally short in length and the formation of side roots was inhibited. Some roots were browned. However, the inhibition of root growth was weak in some medicines, and the length extension of hypocotyls was generally controlled in the same direction as root growth. In other words, growth of hypocotyl was suppressed when root length was inhibited.

한방에서 항암제로 사용되는 처방과 그 구성약재가 일반적으로 곁뿌리 생성을 억제하는 것으로 보아 곁뿌리 생성 억제 표현형을 마커로 신물질을 분리할 수 있는 가능성을 제시하고 있다. It is suggested that the prescription used as an anticancer agent in oriental medicine and its constituent medicines generally inhibit the side root formation, suggesting the possibility of separating the new material from the marker of the side root formation inhibitory phenotype.

애기장대의 곁뿌리는 뿌리의 내초세포가 분열능을 획득한 후 반복적인 분열에 의해 형성된다고 알려져 있다(Dubrovsky et al., 2000). 따라서, 곁뿌리의 생성과 생장을 억제하는 한약재는 세포분열을 일반적으로 억제하는 물질을 함유할 것으로 예상된다. It is known that Arabidopsis root of Arabidopsis is formed by repetitive cleavage after acquiring cleavage ability of root cells (Dubrovsky et al., 2000). Therefore, it is expected that medicinal herbs that inhibit the production and growth of side roots will contain substances that generally inhibit cell division.

(4) 곁뿌리 생성 반응의 통계적 분석(4) Statistical analysis of side-root production

각 한약재의 반응을 보다 정량적으로 분석하기 위해 각 처리구별로 12개체 이상의 유식물에서 곁뿌리의 개수를 측정하였다. 도 16에 나타난 바와 같이, 정도의 차이는 있지만 많은 한약재가 곁뿌리의 생성을 억제하고 있음을 알 수 있었다. 하지만 하고초처럼 일부 한약재의 경우는 곁뿌리 생성에 큰 영향을 미치지 않거나 도인의 경우는 오히려 곁뿌리의 생성을 촉진하는 것으로 나타났다.In order to quantitatively analyze the reaction of each herb medicinal material, the number of side root was measured in more than 12 seedlings by each treatments. As shown in Fig. 16, it was found that many herbal medicines inhibit the formation of side root, although there is a difference in degree. However, some herbal medicines such as chrysanthemums did not have a great influence on the formation of side root, or the side of root of small root accelerates the formation of side root.

(5) IR50의 농도 측정(5) Measurement of the concentration of IR50

곁뿌리 생성 억제의 대표적인 예로서 도핵승기탕, 대황, 계지를 좀 더 자세히 분석하여 곁뿌리의 개수가 대조구에 비해 반으로 줄어드는 데 필요한 조추출물의 농도를 구하였다. 각 조추출물을 냉동 건조시킨 후 얻은 분말의 중량으로 환산 했을 때 도핵승기탕은 24 mg/ml, 대황은 30 mg/ml, 계지는 3 mg/ml 이었다. 통계처리에 근거하여 곁뿌리 생성을 반수로 억제하는 데 필요한 조추출물의 농도는 도핵승기탕, 대황, 계지가 각각 74 ug/ml, 77 ug/ml, 그리고 11 ug/ml로 매우 낮았다(도 17). 이처럼 미량의 조추출물에 애기장대 뿌리가 반응하는 것으로 볼 때 식물의 반응은 매우 특이적이며 매우 민감한 시스템임을 알 수 있었다.As a representative example of the inhibition of side root formation, the concentration of crude extract required to reduce the number of side roots by half compared with the control was obtained by further analyzing the seedling root, rhubarb and stopper. When the crude extracts were freeze-dried, they were 24 mg / ml in the nucleation bath, 30 mg / ml in the rhubarb, and 3 mg / ml in the stool. Based on the statistical analysis, the concentrations of crude extracts required to inhibit side-rooting by half were very low, 74 ug / ml, 77 ug / ml, and 11 ug / ml, respectively (Fig. 17) . These results suggest that plant response is very specific and very sensitive system.

(6) 기타 한약재에 대한 애기장대 유식물의 반응(6) Response of Arabidopsis thaliana plants to other medicinal plants

6-1. 애기장대 유식물의 뿌리 생장에 미치는 인삼 조추출물의 영향 관찰6-1. Effect of Ginseng Extract on the Root Growth of Arabidopsis thaliana

도 18은 인삼 조추출물의 농도에 따른 뿌리의 반응을 보여주는 애기장대의 뿌리 사진이다. FIG. 18 is a root photograph of the Arabidopsis thaliana showing the response of roots to the concentration of ginseng crude extract.

여러 가지 농도 하에서 애기장대를 배양한 결과 도 18에 나타난 바와 같이 전체적인 뿌리의 길이가 농도에 따라 짧아졌으며 곁뿌리의 수는 특정 농도에서만 그 수가 증가하였다. 구체적으로, 농도가 낮은 0.05X에서는 곁뿌리가 발달하고 뿌리털이 조밀하게 생성되었으며, 0.25X에서는 곁뿌리의 수는 증가하였지만 뿌리의 길이는 감소하였다. 농도가 가장 높은 0.5X에서는 곁뿌리의 생장이 오히려 억제되고 주근의 길이도 짧아지는 표현형을 나타냈다.As shown in Fig. 18, when the Arabidopsis thaliana was cultured under various concentrations, the total root length was shortened according to the concentration, and the number of side root was increased only at a specific concentration. Specifically, at the low concentration of 0.05X, the side root was developed and the root hair was densely formed. At 0.25X, the number of side root was increased but the root length was decreased. At the highest concentration of 0.5X, the growth of side root was suppressed and the length of main muscle was also shortened.

0.25X이상에서 뿌리의 길이 생장이 억제되는 변화는 물로 처리한 대조구에 비해 현저하게 짧은 것으로 인삼의 성분이 애기장대의 생장에 부정적인 영향을 미치고 있음을 나타낸다. 곁뿌리의 발생이 촉진되고 동시에 주근의 생장이 억제되는 반응이 농도에 따라 다르게 나타나는 것으로 보아 이러한 반응은 인삼성분에 의한 것이며 이러한 특징은 인삼으로부터 특정 유효성분을 분리하는 데 마커 표현형으로 사용할 수 있을 것으로 보인다.At 0.25X and above, the growth inhibition of roots is remarkably shorter than that of the water-treated control, indicating that the components of ginseng have a negative effect on the growth of Arabidopsis. This reaction is attributed to the ginseng component, which may be used as a marker phenotype for separating certain active ingredients from ginseng. .

6-2. 애기장대 6-2. Arabic pole 유식물에On Yu plants 미치는 자초  Felicity 조추출물의Crude extract 영향 관찰 Influence observation

도 19는 자초에 반응하여 엽저 색이 적갈색으로 변화된 모습을 나타내는 애기장대 사진이다.FIG. 19 is a photograph of a Arabidopsis leaf showing a state in which the color of the colon is changed to reddish brown in response to the emergence.

도 19의 A는 대조구이며 B는 자초 조추출물을 처리한 후 색변화이다. 엽면 기저 부위의 색이 초록(A)에서 적갈색(B)으로 변화된 것을 확인할 수 있었다. 이것은 자초에서 나타나는 특이적 반응으로 이 반응을 유도하는 물질을 자초로부터 분리시 마커 표현형으로 사용할 수 있다.Fig. 19A shows the control and B shows the color change after treating the grass extract. It was confirmed that the color of the base of leaf area changed from green (A) to reddish brown (B). This is a specific reaction that appears in the shoot and can be used as a marker phenotype when the substance inducing this reaction is separated from the shoot.

<참고문헌><References>

Cragg GM, Grothaus PG, Newman DJ (2009) Impact of natural products on developing new anti-cancer agents. Chem Rev 109:3012-3043 Cragg GM, Grothaus PG, Newman DJ (2009) Impact of natural products on developing new anti-cancer agents. Chem Rev 109: 3012-3043

Ishida T, Kurata T, Okada K, Wada T (2008) A genetic regulatory network in the development of trichomes and root hairs. Annu Rev Plant Biol 59:365-386Ishida T, Kurata T, Okada K, Wada T (2008) A genetic regulatory network in the development of trichomes and root hairs. Annu Rev Plant Biol 59: 365-386

Newman D, Cragg G (2009) Natural products in medicinal chemistry. Bioorg Med Chem 17:2120Newman D, Cragg G (2009) Natural products in medicinal chemistry. Bioorg Med Chem 17: 2120

Schmidt BM, Ribnicky DM, Lipsky PE, Raskin I (2007) Revisiting the ancient concept of botanical therapeutics. Nat ChemBiol 3:360-366Schmidt BM, Ribnicky DM, Lipsky PE, Raskin I (2007) Revisiting the ancient concept of botanical therapeutics. Nat ChemBiol 3: 360-366

Moon NY, Kim DC, Baek SH (2006) Effect of Hyulbuchukeotang on the inhibition of proliferation of uterine leiomyoma cells and cell apoptosis. Journal of Oriental Obsterics and Gynecology 19(2): 186-198Moon NY, Kim DC, Baek SH (2006) Effect of Hyulbuchukotang on the inhibition of proliferation of uterine leiomyoma cells and cell apoptosis. Journal of Oriental Obstetrics and Gynecology 19 (2): 186-198

Claims (6)

약효성분이 함유된 배지에 식물을 배양하였을 때 식물에 나타나는 특이적인 표현형을 마커로 확립한 후, 한약재 추출물이 함유된 배지에 식물을 배양하였을 때 식물에 나타나는 특이적인 표현형을 마커와 대조함으로써, 신약 개발을 위한 후보 물질을 스크리닝하는 것을 특징으로 하는, 식물을 이용한 효능기반 생리활성물질 발굴 방법.By establishing a specific phenotype that appears in plants when the plant is cultured in a medium containing the active ingredient and when the plant is cultured in a medium containing the herb extract, by contrasting the specific phenotype of the plant with the marker, And screening for a candidate substance for development. 제1항에 있어서, 상기 식물은 애기장대인 것을 특징으로 하는, 식물을 이용한 효능기반 생리활성물질 발굴 방법.The method according to claim 1, wherein the plant is a Arabidopsis thaliana. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 식물은 야생형, 돌연변이, 형질전환 식물체 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 식물을 이용한 효능기반 생리활성물질 발굴 방법.The method according to claim 1 or 2, wherein the plant is any one of wild type, mutant, and transgenic plants. 제3항에 있어서, 상기 형질전환 식물체는 사람의 질환 타깃 유전자, 사람의 발암 변이 유전자, 코스메틱 유전자 중 어느 하나의 유전자를 리포터 유전자에 결합한 키메라 유전자가 도입된 형질전환 식물체인 것을 특징으로 하는, 식물을 이용한 효능기반 생리활성물질 발굴 방법.[Claim 4] The plant according to claim 3, wherein the transgenic plant is a transgenic plant into which a chimeric gene in which a gene of a human disease, a carcinogenic mutation gene of a human, or a cosmetic gene is linked to a reporter gene A method for discovering physiologically active substances based on efficacy using. 제2항에 있어서, 상기 효능기반 생리활성물질 발굴 방법은,
A. 애기장대 유식물을 발아시킨 후 약효성분이 함유된 배지에서 일정기간 배양시켰을 때 애기장대에 나타나는 특이적인 표현형을 마커로 확립하는 단계;
B. 애기장대 유식물을 발아시킨 후 한약재 추출물이 함유된 배지에서 일정기간 배양시켰을 때 애기장대에 나타나는 특이적인 표현형을 마커와 대조하여, 상기 약효성분을 함유하는 것으로 예상되는 한약재를 선별하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 식물을 이용한 효능기반 생리활성물질 발굴 방법.
[Claim 3] The method of claim 2,
A. Establishing a specific phenotype as a marker in the Arabidopsis thaliana when the Arabidopsis thaliana plant is germinated and cultured in medium containing the active ingredient for a certain period of time;
B. selecting a herbal medicine ingredient which is expected to contain the medicinal ingredient by comparing the specific phenotype appearing in Arabidopsis thaliana with a marker when the medicinal herb plant is germinated and cultured in a medium containing the herbal medicine extract for a certain period of time;
Wherein the method comprises the steps of:
제5항에 있어서, 상기 효능기반 생리활성물질 발굴 방법은,
C. 상기 선별된 한약재 추출물을 분획한 후 각각의 분획물이 함유된 배지에서 애기장대 유식물을 일정기간 배양시켰을 때 애기장대에 나타나는 특이적인 표현형을 마커와 비교하여, 상기 약효성분을 함유하는 것으로 예상되는 분획물을 선별하는 단계;
D. 상기 선별된 분획물을 다시 분획한 후 C 단계를 반복 실시함으로써 상기 한약재 추출물에 함유된 약효 천연물의 복잡도를 감소시키면서 상기 약효성분에 접근하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 식물을 이용한 효능기반 생리활성물질 발굴 방법.

[Claim 6] The method according to claim 5,
C. When the selected herbal extracts were fractionated and the Arabidopsis thaliana plants were cultured for a certain period of time in the medium containing the respective fractions, the specific phenotype appearing on the Arabidopsis thaliana was compared with the marker, Selecting fractions to be separated;
D. fractionating the selected fractions and repeating step C, thereby reducing the complexity of the medicinal natural substance contained in the medicinal plant extract and accessing the medicinal ingredient;
Wherein the method further comprises the step of extracting the physiologically active substance from the plant.

KR1020170083103A 2017-06-30 2017-06-30 Drug discovery methods using plant developmental biology KR20170095762A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170083103A KR20170095762A (en) 2017-06-30 2017-06-30 Drug discovery methods using plant developmental biology

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170083103A KR20170095762A (en) 2017-06-30 2017-06-30 Drug discovery methods using plant developmental biology

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150085705A Division KR101846317B1 (en) 2014-06-17 2015-06-17 A method for standardizing traditional herbal medicinal materials, based on plant developmental biology

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20170095762A true KR20170095762A (en) 2017-08-23

Family

ID=59759514

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170083103A KR20170095762A (en) 2017-06-30 2017-06-30 Drug discovery methods using plant developmental biology

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20170095762A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102179463B1 (en) 2019-12-06 2020-11-16 서울대학교 산학협력단 Myoblast cell established from chicken pectoralis major and method for screening physiological active substance using the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102179463B1 (en) 2019-12-06 2020-11-16 서울대학교 산학협력단 Myoblast cell established from chicken pectoralis major and method for screening physiological active substance using the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Aware et al. Natural bioactive products as promising therapeutics: A review of natural product-based drug development
Dong et al. Effects of growing location on the contents of secondary metabolites in the leaves of four selected superior clones of Eucommia ulmoides
Tasheva et al. The role of biotechnology for conservation and biologically active substances production of Rhodiola rosea: endangered medicinal species
Srivastava et al. A novel in vitro whole plant system for analysis of polyphenolics and their antioxidant potential in cultivars of Ocimum basilicum
Basu et al. Fenugreek (Trigonella foenum-graecum L.): distribution, genetic diversity, and potential to serve as an industrial crop for the global pharmaceutical, nutraceutical, and functional food industries
Haque et al. Improved micropropagation of Bacopa monnieri (L.) Wettst.(Plantaginaceae) and antimicrobial activity of in vitro and ex vitro raised plants against multidrug-resistant clinical isolates of urinary tract infecting (UTI) and respiratory tract infecting (RTI) bacteria
Xiong et al. Metabolomics and biochemical analyses revealed metabolites important for the antioxidant properties of purple glutinous rice
Ho et al. Enhanced production of phenolic compounds in hairy root cultures of Polygonum multiflorum and its metabolite discrimination using HPLC and FT-IR methods
Ramawat et al. Medicinal plants domestication, cultivation, improvement, and alternative technologies for the production of high value therapeutics: an overview
Le et al. Low dose gamma radiation increases the biomass and ginsenoside content of callus and adventitious root cultures of wild ginseng (Panax ginseng Mayer)
Ahmed et al. Salicylic acid increases flavonolignans accumulation in the fruits of hydroponically cultured Silybum marianum
Samatadze et al. Agro-morphological, microanatomical and molecular cytogenetic characterization of the medicinal plant Chelidonium majus L.
Chang et al. Chromosome‐scale assembly of the Moringa oleifera Lam. genome uncovers polyploid history and evolution of secondary metabolism pathways through tandem duplication
CN112535179A (en) Application of Tannin1 gene and secondary metabolite thereof participating in synthesis in resisting harm of sparrow birds
KR20170095762A (en) Drug discovery methods using plant developmental biology
Li et al. Metabonomic profiling of clubroot-susceptible and clubroot-resistant radish and the assessment of disease-resistant metabolites
KR101846317B1 (en) A method for standardizing traditional herbal medicinal materials, based on plant developmental biology
Puozaa et al. Black seedcoat pigmentation is a marker for enhanced nodulation and N2 fixation in Bambara groundnut (Vigna subterranea L. Verdc.) landraces
Chauhan et al. Early selective strategies for higher yielding bio-economic Indian ginseng based on genotypic study through metabolic and molecular markers
Colegate et al. An introduction and overview
CN103940919B (en) A kind of method for detecting resistance markers in bighead atractylodes rhizome growth period
Pullaiah et al. Camptothecin: Chemistry, biosynthesis, analogs, and chemical synthesis
Souza et al. Biotechnological potential of medicinal plant Erythrina velutina Willd: A systematic review
Li et al. Variation of biomolecules in plant species
Martínez et al. Kinetics and modeling of cell growth for potential anthocyanin induction in cultures of Taraxacum officinale GH Weber ex Wiggers (Dandelion) in vitro

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application