C57BL/6J ob/ob 생쥐의 Tat polypeptide 처리시 지방조직과 간장에서 변화되는 mRNA 수준에서 유전자의 발현 변화 연구

Abstract

[한글]

비만은 선진국울 중심으로 세계적으로 만연하고 있는 주요 만성 질환의 하나로 세계보건기구(WHO)에서는 비만을 하나의 심각한 질병으로 간주하고, 적극적인 예방 노력을 기울이고 있다. 우리는 HIV-1(human immunodeficiency virus)에 의하여 유발되는 AIDS 환자에서 식욕 감퇴, 체중 감소 등의 현상이 관찰되며, 체온의 상승에 의한 에너지 소비 증가와 hyperglyceridemia 등의 대사 이상에 의하여 체중 감소하였다는 사실에 주목하였다. 우리는 HIV-1의 유전자 산물이 에너지 소비 증가와 체중 감소의 원인이 될 수 있다는 가정 하에 일련의 동물 실험을 진행한 결과, HIV-1 바이러스의 전사 및 복제에 가장 중요한 단백질의 하나인 Tat 단백질이 체중감소에 중요한 역할을 함을 발견하였다.

생체 내에는 여러 형태의 Tat(a.a. 101)가 존재하는데 72개의 아미노산으로 구성된 Tat도 Tat로서의 기능을 충분히 실시할 수 있다. 우리는 Tat의 K28A, K50A 변이형을 실험에 사용하였다. 비만 생쥐 모델인 C57BL/6J ob/ob 생쥐에 GST 혹은 GST-TatdMt 재조합 단백질을 제조, 투여한 결과, 대조군(GST)에 비하여 산소 소비량의 현저한 증가, 발열 반응이 증가하는 등, 에너지 소비가 증가하여 현저한 지방조직 특이적인 체중 감소를 보였다.

우리는 지방조직 감소를 유발하는 기전을 연구하고자, 지방산 대사 유전자와 콜레스테롤 합성 유전자와 저장지방(triglyceride) 합성유전자, 에너지 소비와 발열 반응 관련 유전자, 지방 대사 관련 전사인자, 인슐린 관여 유전자의 발현 변화를 간장, WAT 조직에서 분리한 total RNA를 이용 Northern blot 으로 추적하고, 그 외에 변화하는 유전자를 Northern blot, microarray, Elisa 분석 기법을 이용하여 분석하였다.

결과를 종합하면, 혈관생성에 관련 유전자인 VEGF-D가 가장 크게 발현이 증가했고, AC-7, IRS, IR의 유전자 발현이 증가하고, cytokine 인 IL-6, TNF-α, Interferon γ이 증가하였다. 에너지 소비, 발열 반응 관여 유전자인 β-AR, COXII, Cytochrome C, PGC1 등은 발현이 증가하였다. 이들의 downstream 에 작용하는 저장 지방의 분해효소인 HSL의 발현이 증가하였다. β-oxidation 관여 유전자인 CPT와 지방 분해를 유도하는 NOS가 증가하였다. 일반적으로 지방산 합성에 관여하는 효소는 그 발현이 증가하였는데, 예외적으로 Ap2, ACS, malic enzyme 등은 발현이 감소했고, 지방세포 분화에 관련된 전사인자인 C/EBP a, β는 발현이 감소하였다. 콜레스테롤 관련 유전자인 HMG CoA synthase, reductase와 squalene synthase, LDL receptor 등도 발현이 증가하였다.

유전자 수준에서 TatdMt에 의한 체중감소는 다음과 같은 기전으로 이루어지고 있음을 유추할 수 있다. β-AR, VEGF-D receptor, cytokine receptor를 통한 주요 3개의 경로로 지방산 산화를 촉진시킨다. TatdMt는 동물의 지방조직에서 β-AR, VEGF-D 유전자의 표현과 혈청 내의 TNFa, IL-6, IFN-γ의 표현을 급격히 증가시킨다. 이들의 증가는 β-AR의 경우, HSL을 통하여 지방산 분해를 촉진하고, VEGF-D, cytokines 등은 eNOS, eNO/GMP 생성을 통하여 지방 분해나 미토콘드리아의 발열반응(thermogenesis) 를 촉진하였다. Cytokine은 수용체에 작용하여 핵에서 대사, 발열 관련 유전자의 발현에 중요한 PGC-1의 발현을 크게 증가시킨다. 이에 의하여 PGC-1, Cytochrome C, COXII의 발현을 증가시켜 미토콘드리아에서 지방산 산화를 촉진할 수 있다.

[영문]The mediator implicated in wasting of AIDS patients is not identified. We investigated whether HIV-1 trans-activator of transcription (Tat) has any effect on weight loss in obese (C57BL/6J ob/ob) mouse model. We isolated total RNA from adipose tissue & liver from the mice treated with Tat and the control. We analyzed changes in mRNA expression by Northern blot and DNA microarray analysis. Both adipogenesis gene, Acetyl CoA synthetase, Ap2, malic enzyme and VLDL are decreased. CPT-2, β-AR1, 2, 3, Cytochrome C, COX II genes important in β-oxidation, energy expenditure and thermogenesis, are increased. Also, VEGF-D which regulates angiogenesis are increased. Tat activates transcription of insulin receptor, VEGF-D, β-AR and cytokine genes (TNF-α, IL-6, IFN-γ), which in turn, activate their downstream molecules such as PI3K, PKA and Akt. These signaling may come finally increases eNOS which increase lipolysis and promotes thermogenesis by activating PGC-1a. Namely, VEGF-D interact with receptor and increase eNOS. PI3K activates eNO/GMP which is increased lipolysis and promoted thermogenesis by eNOS. Cytokines activate p38 MAP kinase by binding to adipocyte and increase expression of PGC-1 in nuclear and it activates expression of the genes involved in gene expression respiration and thermogenesis. According to these mechanism, increased fatty acid oxidation and energy expenditure in mitochondria may cause decrease adipose tissue mass.