BACE1 and Cholinesterase Inhibitors from Pueraria lobata: Establishing their Therapeutic Implications in Alzheimer's Disease via Enzyme Kinetic and Molecular Docking Simulation Studies

Abstract

갈근으로부터 분리된 puerarin이 다양한 약리작용과 함께 항 알츠하이머질환에 상당한 효과를 보인다는 것이 보고되었다. 하지만 puerarin만으로는 갈근의 전체적인 활성을 설명할 수가 없다. 뛰어난 항알츠하이머질환 활성에 기여하는 잠재적인 성분들을 규명하기 위해서 우리는 아세틸콜린에스터레이제 (AChE)와 부티릴콜린에스터레이제 (BChE) 그리고 BACE1에 대한 추출물의 저해 효과의 계통적인 연구를 실시하였다. 갈근의 70% 에탄올 추출물이 AChE, BChE 그리고 BACE1 (각 IC50=23.70, 85.35 그리고 80.35 µg/mL)에 효과적인 저해를 나타내었지만, 물 추출물은 AChE에만 저해 효과를 나타내었다 (IC50=34.22 ± 0.27 µg/mL). 더 나아가서, 16개의 화합물을 갈근으로부터 분리하였고 그 중에서 lupeol, puerarol, lupenone 그리고 coumesterol이 BACE1에 뛰어난 저해 효과를 나타냈다 (IC50=5.12, 28.17, 62.98 그리고 51.04 µM). Coumesterol은 AChE와 BChE에도 dual ChE 저해제로서 상당한 효과를 보였다 (IC50=42.33 그리고 24.64 µM). 효소반응속도 연구를 통해서 triterpenoid인 lupeol과 lupenone이 BACE1에 경쟁적인 저해제임을 밝혔다. 이 결과는 음의 결합 에너지값을 나타내는 분자적 도킹 시뮬레이션 결과 (–8.2 그리고 –7.8 Kcal/mol)를 통해서 증명되었다. 한편, coumesterol은 AChE의 촉매자리와 BChE의 알로스테릭 자리에 결합함으로써 dual ChE 저해제로 작용함이 분자적 도킹 시뮬레이션을 통해서 확인되었다. 이러한 결과들은 갈근의 항알츠하이머질환 효과가 lupeol과 같은 BACE1 저해제 그리고 coumesterol과 같은 dual ChE 저해제의 존재에 의한 것임을 명확히 설명할 수 있다. 따라서, 이번 연구의 결과는 갈근이 알츠하이머질환을 예방하기 위한 물질로 활용될 가능성을 제시한다.