근위축 모델에서 인슐린 신호경로 관련 유전자의 변화

Abstract

[한글]중력 (부하)의 감소는 골격근에 심각한 위축 현상과 근력 저하를 유발할 뿐만 아니라 근 질량과 근 단면적을 감소시키며, 이러한 이유로 대사율이 변하는 것으로 알려져 있다. 또한 근육을 사용하지 않음으로써 근세포 내 단백질의 합성이 감소되고 단백질 분해는 증가하여 총 단백질 양이 감소하게 된다. 현재까지 골격근의 위축과 관련된 생리-생화학적 원인에 대해 많은 연구가 수행되어 왔으나, 대부분이 포도당 생성 및 분해, 인슐린 저항성에 관한 연구일 뿐 지방산 산화에 관여하는 AMPK (AMP-activated protein kinase), ACC (acetyl-Coenzyme A carboxylase, acetyl-CoA carboxylase), Mcat (malonyl CoA: ACP acyltransferase (mitochondrial)), CPT-1 (carnitine palmitoyltransferase-1) 유전자들의 변화에 대해 알려진 바는 거의 없다. 선행 연구에 따르면 근조직은 인슐린 자극상태에서 포도당 섭취의 주요부위이고, 이곳의 기전이 포도당 주입 후 포도당 감소의 70%를 차지한다고 설명한다. 근조직에서의 지방은 주로 산화 작용을 통하여 소실되며 지방산 산화는 정상인에 비하여 비만이나 당뇨병 환자에서 감소되고 운동 시 증가된다고 알려져 있다. 이러한 이유로 근 위축 시 인슐린 신호경로 관련 유전자들의 변화에 관한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 C57BL/6 생쥐의 뒷다리 중 왼쪽은 4주간 석고붕대 고정 (cast immobilization)하고, 대조군으로 오른쪽을 사용하여 함께 실험하였다. 형태학적인 변화는 투과전자현미경 (TEM, Transmission Electron Microscopy)을 통하여 관찰하였으며 분자생물학적 변화는 cDNA microarray를 실시하여 mRNA 발현양상에 어떤 차이가 있는지를 확인하였다. 먼저 전자현미경상에서 관찰된 근세포의 종단면을 살펴보면 대조군에 비해 실험군에서는 근원섬유와 Z-선의 배열이 심하게 손상된 것을 관찰할 수 있었다. 또한 cDNA microarray를 통해 mRNA 발현양상을 알아본 결과, PI3K (phosphatidylinositol 3-kinase), PDE3 (phosphodiesterase 3), PKA (cAMP dependent protein kinase)가 대조군에 비해 실험군에서 줄어드는 양상을 보였으며, 이러한 결과를 바탕으로 인슐린 신호경로를 분석한 결과, 지질대사와 연관이 있는 것으로 나타났다. 따라서 지방산이 산화되는 과정상의 유전자들 AMPK (AMP-activated protein kinase), ACC (acetyl-Coenzyme A carboxylase), Mcat (malonyl CoA: ACP acyltransferase (mitochondrial)), CPT-1 (carnitine palmitoyltransferase-1)에 대하여 실시간 역전사 중합효소 연쇄반응을 통해 mRNA 발현양상을 확인한 결과, AMP-activated protein kinase의 발현량은 감소하는 경향을 보였으며, acetyl-Coenzyme A carboxylase 발현량에는 변화가 없어 보였다. 하지만 malonyl CoA: ACP acyltransferase (mitochondrial)의 발현량은 증가하였으며, 이에 따라 carnitine palmitoyltransferase-1의 발현량은 억제되는 것으로 보아 최종적으로 지방산 산화가 감소할 것으로 사료된다.

[영문]