Effect of α-melanocyte stimulating hormone on fatty acid oxidation in skeletal muscle

Abstract

[한글]

멜라노코틴(melanocortin)은 중추신경계에서 음식 섭취 및 에너지 항상성을 포함한 다양한 생리적 역할을 하는 것으로 알려져 있으나, 말초 조직에서의 작용은 아직 명확하게 밝혀지지 못하였다. 본 연구에서는 쥐의 골격근과 골격근 전구세포인 C2C12 세포에 세가지 멜라노코틴 수용체 아형 (MC3R, MC4R, MC5R)이 표현되고 있는 것을 검증하였으며, α-melanocyte stimulating hormoneα-MSH)이 골격근의 지방산 산화를 증가시키는 것을 관찰하였다. 즉 α-MSH를 C2C12 세포와 일차 배양한 골격근 세포에 처리하였을 때, 농도 증가에 따라 지방산 산화가 증가되는 것을 관찰하였으며, 멜라노코틴 효현제(agonist)인 NDP-MSH를 처리하였을 때 역시 이와 유사한 반응을 나타내는 것을 확인하였다. 그러나 이에 반해 MC4R에 선택적인 효현제인 [Glu6]α-MSH-ND는 고농도에서만 지방산 산화를 유의하게 증가시키는 것을 보았다. MC3R 및 MC4R 길항제(antagonist)인 동시에 MC5R의 효현제로 알려진 SHU9119를 동시에 처리하였을 때, α-MSH 의 작용이 감소하지 않고 오히려 증가하는 양상을 보였다. MC4R에 선택적인 길항제인 JKC-363을 같이 처리하였을 때 미약한 감소를 보였으나 통계적으로는 유의성이 없었다. C2C12 세포와 일차 배양한 골격근 세포에 cyclic AMP (cAMP)의 유사물(analogue)인 8Br-cAMP 및 DBcAMP를 처리하였을 때, α-MSH 의 작용과 흡사한 지방산 산화 증가를 보였으며 이러한 작용은 protein kinase A(PKA)의 억제물인 H89와 cAMP의 길항제인 RpcAMP에 의하여 각각 억제되었다. AMP-activated protein kinase(AMPK)는 골격근에 존재하는 fuel sensing enzyme으로 AMPK가 활성화되면 acetyl CoA carboxylase(ACC)가 억제되고 지방산 산화가 증가되는 것으로 알려졌다. 본 연구에서도 C2C12 세포에 α-MSH 또는 cAMP의 유도체를 처리하였을 때 AMPK가 활성화되고 ACC를 인산화시킨 바 α-MSH가 골격근의 지방산 산화를 AMPK계를 통하여 증가시킴을 알 수 있었다. 결론적으로α-MSH는 멜라노코틴 수용체를 활성화시켜 cAMP-PKA 경로를 통하여 AMPK를 활성화하고 ACC를 억제하여 지방산 산화를 촉진시킨다는 것을 알 수 있었으며, 멜라노코틴 이 골격근에서도 에너지 항상성 조절에 중요한 역할을 한다는 것을 알 수 있었다.

[영문]To study the peripheral regulation of melanocortin on fuel homeostasis, the effects of α-melanocyte stimulating hormone (α-MSH) analogues on the fatty acid oxidation were assessed in the skeletal muscle. After α-MSH treatment, CPT1 activity and fatty acid oxidation were dose-dependently increased. A strong melanocortin agonist, NDP-MSH also stimulated fatty acid oxidation in primary cultured muscle cells and C2C12 cells. However, [Glu6]α-MSH-ND which has ample of MC4R and MC3R agonistic activity stimulated fatty acid oxidation only at high concentration (10-5 M). SHU9119, which has MC3R & MC4R antagonistic and MC5R agonistic activity at the same time, did not abolish but rather increased the effect of α-MSH on the fatty acid oxidation in both C2C12 and primary muscle cells. Meanwhile JKC-363, a selective MC4R antagonist, did not suppress the α-MSH induced fatty acid oxidation. siRNA against MC5R suppressed α-MSH induced fatty acid oxidation effectively. cAMP analogues mimicked the effect of α-MSH on the fatty acid oxidation, and the effects of both cAMP analogues and α-MSH mediated fatty acid oxidation were antagonized by a Protein Kinase A (PKA) inhibitor, H-89 or a cAMP antagonist, RpcAMP. ACC activity was suppressed by α-MSH or cAMP analogues by phospholyation through AMPK activation in C2C12 cells. Taken together, these results suggest that α-MSH increases fatty acid oxidation in skeletal muscle in which MC5R may play a major role and that α-MSH induced fatty acid oxidation involves cAMP-PKA mediated AMPK activation.