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ISSN : 1226-2587(Print)
ISSN : 2288-9507(Online)
Journal of the Society of Cosmetic Scientists of Korea Vol.44 No.1 pp.95-101
DOI : http://dx.doi.org/10.15230/SCSK.2018.44.1.95

Betaine Induces Epidermal Differentiation by Enhancement of Autophagy through an mTOR-independent Pathway

Seon-Guk Choi, Mi-Sun Kim, Jin-Hyun Kim, Sun Gyoo Park, Cheon Koo Lee, and Nae-Gyu Kang
R&D Center, LG Household & Healthcare Ltd., 175 Gajeong-ro, Youseong-gu, Daejeon 34114, Korea

Abstract

The epidermis which is stratified by epithelial tissue renewal based on keratinocyte differentiation protects the organism from various environmental insults by forming a physical barrier. Autophagy is a mechanism which mediates lysosomal delivery and degradation of protein aggregates, damaged organelles and intracellular microorganisms. Recent reports have shown that autophagy has critical roles for proper terminal differentiation to stratum corneum via removing metabolic organelles and nuclei. However, whether increasing autophagy can activate epidermal differentiation is unknown. Here, we screened a library of natural single compounds and discovered that betaine specifically increased the LC3 positive cytosolic punctate vesicles and LC3-I to LC3-II conversion in HaCaT human keratinocyte cell line, indicating increased autophagy flux. mTOR pathway, which negatively regulates autophagy, was not affected by betaine treatment, suggesting betaine-induced autophagy through an mTOR-independent pathway. Betaine-induced autophagy was also observed in primary human keratinocyte and skin equivalent. Furthermore, epidermal thickness was increased in skin equivalent under betaine treatment. Overall, our finding suggests that betaine as a novel regulator of autophagy may induce epidermal turnover and improve the skin barrier abnormality of the aged epidermis.

Betaine의 mTOR 비의존적 자가포식 작용 촉진에 의한 표피 분화 유도 효과

최선국, 김미선, 김진현, 박선규, 이천구, 강내규
(주)LG생활건강 기술연구원

초록

표피는 각질형성세포의 분화로부터 재생되어 계층화되는 상피 조직으로서 물리적 장벽을 형성함으로써 다양한 외부 오염원으로부터 개체를 보호한다. 자가포식 작용(autophagy)은 단백질 축적물, 손상된 세포 소기관, 세포내 미생물 등이 리소좀으로 운반되고 분해되도록 매개하는 기작이다. 최근 연구 결과에 의하면 자가포식 작용이 각질형성세포의 대사 기관과 핵을 제거하여 각질층으로 최종 분화하는데 중요한 역할을 하는 것이 보고 되었다. 그러나 자가포식 작용을 촉진함으로써 표피 분화를 유도할 수 있는지는 알려져 있지 않다. 본 연구에서는 천연물 유래 단일 화합물 라이브러리를 스크리닝하여 베타인(betaine)이 인간 각질형성세포주인 HaCaT 세 포에서 세포질 내 LC3 punctate 소포체 및 LC3-I에서 LC3-II로의 변환을 증가시켜 자가포식 작용을 촉진함을 규명했다. 자가포식 작용의 억제 신호인 mTOR 경로는 베타인에 의해 영향을 받지 않았으므로, 베타인에 의해 유도된 자가포식 작용은 mTOR에 독립적임을 알 수 있었다. 베타인에 의해 촉진되는 자가포식 작용은 primary keratinocyte 및 skin equivalent에서도 관찰되었다. 또한, 베타인 처리된 인공피부에서 표피층 두께가 증가함을 확인하였다. 이러한 결과들로부터, 자가포식 작용의 새로운 조절소재로서 베타인이 표피의 턴오버를 촉진하여 표피의 장벽기능을 개선하고 피부노화를 방지할 수 있음을 시사한다.

Figure

Table