Muscle atrophy is an illness in which loss of size and function of muscle fiber due to aging, lack of physical activity, and chronic diseases. In an aging society, accumulation of oxidative stress in the body and muscle atrophy are emerging as major problems that need rein. Exercise and nutritional therapies exist to prevent muscle atrophy, but research on specific agents to prevent it still needs to be done. To overcome the absence of FDA-approved drugs for muscle atrophy, using phytochemicals that have fewer side effects and are easy to consume is an effective strategy. However, only some well-known phytochemicals, such as quercetin and curcumin, are known to improve muscle atrophy. Therefore, in this study, we sought to discover unknown natural analogs of quercetin with protective effects against H2O2-induced C2C12 myoblast cell death. As a result, we tested eight phytochemicals out of 2,204 quercetin analogs. Then five compounds, fisetin, luteolin, tricetin, 7,3',4'-trihydroxyisoflavone (7,3',4'-THIF), and hydroxygenkwanin (HGK), which have protective effects against H2O2-induced C2C12myoblast cell death. In western blot assay, the lead compound quercetin reversed H2O2-induced autophagy by inhibiting the MEK/ERK/LKB1/ULK1 phosphorylation and the level of LC3BⅡ. The three compounds that showed better effects than quercetin at lower concentrations, fisetin, luteolin, and HGK, also reversed autophagy by suppressing the ERK/LKB1/ULK1 pathway. Two of them, fisetin and luteolin, reverse the level of LC3B, such as quercetin. We have newly confirmed that these phytochemicals protect C2C12 myoblast cell death against H2O2-induced. This study shows that discovering natural quercetin analogs using chemoinformatics is a very time-saving and efficient method.
근위축증은 노화, 신체활동 부족, 만성질환 등으로 인해 근육섬유의 크기와 기능이 상실되는 질병이다. 최근 고령화 사회에서 체내 산화스트레스의 축적과 근위축 등이 관리가 필요한 문제로 대두되고 있다. 근위축을 예방하기 위한 운동 및 영양 요법이 존재하지만 이를 예방하기 위한 특정 제제에 대한 연구가 여전이 필요하다. 근위축에 대한 FDA 승인 약물의 부재를 극복하기 위해서는 부작용이 적고 섭취하기 쉬운 파이토케미컬을 사용하는 것이 좋은 전략이 될 수 있다. 그러나 quercetin, curcumin과 같이 일부 잘 알려진 파이토케미컬 만이 근위축을 개선하는 것으로 알려져 있다. 따라서 본연구에서 우리는 H2O2로 유발된 C2C12 근아세포 사멸에 대한 보호 효과가 있지만 알려지지 않은 quercetin 천연 유사체를 발견하고자 하였다. 그 결과, 우리는 2,204개의 quercetin 유사체 중 8개의 파이토케미컬을 테스트했다. 총 5가지 파이토케미컬 fisetin, luteolin, tricetin, 7,3',4'-trihydroxyisoflavone (7,3',4'-THIF), and hydroxygenkwanin (HGK)은 H2O2 로 유발된 C2C12 근아세포 사멸에 대한 보호 효과가 있었다. 이후 western blot 분석에서 기준 물질인 quercetin은 MEK/ERK/LKB1/ULK1 인산화와 LC3BⅡ 단백질 수준을 감소시켜 H2O2에 의해 유발된 자가포식을 억제하였다. 더 낮은 농도에서 quercetin 보다 더 나은 효과를 보인 fisetin, luteolin, HGK 3가지 파이토케미컬도 ERK/LKB1/ULK1 경로를 억제하였다. 그 중 fisetin, luteolin은 quercetin과 동일하게 LC3BⅡ의 단백질 수준도 감소시켰다. 우리는 이러한 파이토케미컬이 H2O2에 의해 유도된 C2C12 근아세포 사멸에 보호 효과가 있는 것을 새롭게 확인했다. 본연구는 화학정보학을 사용하여 천연 quercetin 유사체를 발견하는 것이 시간을 절약할 수 있으며, 매우 효율적인 방법이라는 것을 보여준다.