<30325FB1E8BBF3C7F62E687770>

Size: px

Start display at page:

Download "<30325FB1E8BBF3C7F62E687770>"

상진 만
6 years ago
Views:

1 운동과학, 2013 년, 제 22 권제 4 호 Exercise Science, 2013, Vol.22, No.4 골격근내 PGC-1α 발현이글리코겐분해효소와해당효소발현에미치는영향 정수련 1) ㆍ김기진 1) ㆍ고진호 2) ㆍ김상현 2) 1) 계명대학교, 2) Washington University Abstract Jung, Su-Ryun, Kim, Ki-Jin, Koh, Jin-Ho, Kim, Sang-Hyun. Effects of PGC-1α Expression on Glycogenolytic and Glycolytic Enzymes in Rat Skeletal Muscle. Exercise Science, 22(4): , Endurance exercise training can induce large increases in the ability to perform prolonged strenuous exercise. The major adaptation responsible for this increase in endurance capacity is a PGC-1α-mediated increase in muscle mitochondria. This adaptation occurs too slowly to provide a survival advantage when there is a sudden change in the environment that necessitates vigorous, prolonged exercise. In the present study, we discovered another, more rapid adaptation, a down regulation of expression of the glycogenolytic and glycolytic enzymes in muscle that mediates a slowing of muscle glycogen depletion and lactic acid accumulation. This adaptation, which also appears to be induced by PGC-1α, occurs in response to a single exercise bout and is further enhanced by two additional daily exercise bouts. It is biologically significant, because glycogen depletion and lactic acid accumulation are two of the major causes of muscle fatigue and exhaustion. Key words:pgc-1α, Glycogenolytic enzyme, Glycolytic enzyme, Endurance exercise 초록정수련, 김기진, 고진호, 김상현. 골격근내 PGC-1α 발현이글리코겐분해효소와해당효소발현에미치는영향. 제22권제4호, , 지구성운동트레이닝은장시간의고강도운동을수행할수있는능력을증가시키는데, 이는 PGC-1α에의한골격근내미토콘드리아의증가때문이다. 그러나이러한적응현상은장시간, 고강도의활동이필수적으로요구되는환경에서생존의이익을주기에는너무천천히발생한다. 본연구에서지구성트레이닝초기더욱신속한탄수화물대사적응이일어남을발견하였는데, 지구성트레이닝초기글리코겐분해와해당효소의발현감소로근육내글리코겐고갈과젖산생성이지연되고, 이러한적응현상은 PGC-1α에의한것으로나타났다. 즉지구성운동초기에는 PGC-1α에의해글리코겐분해효소와해당효소의발현이감소함으로탄수화물절약효과가나타난다. 글리코겐고갈과젖산생성이근피로와운동수행중단의주된원인임을생각해본다면이러한현상은생물학적으로중요한의미를갖는다고할수있다. 주요어 :PGC-1α, 글리코겐분해효소, 해당효소, 지구성운동

2 282 골격근내 PGC-1α 발현이글리코겐분해효소와해당효소발현에미치는영향 Ⅰ. 서론 지구성트레이닝은골격근내에너지대사적응과심장, 혈액기능의향상을통해지구성운동능력을증가시키게된다 (Holloszy & Coyle, 1984). 이중에너지대사적응은동일운동강도에서근글리코겐과혈중글루코스의사용이감소하고젖산생성이저하됨을의미하는데, 이러한현상을지구성트레이닝에의한 ' 탄수화물절약효과 (glycogen sparing effect)' 라고한다 (Cartee & Farrar, 1988; Holloszy & Kohrt, 1996). 선행연구들에의하면탄수화물절약효과는미토콘드리아의생합성증가를통해서이루어지기때문에비교적장기간의트레이닝이필요한것으로알려져있다 (Hickson et al., 1976; Green et al., 1983; Coggan et al., 1993). 그러나최근김등 (2013) 은단기간의지구성운동 (1일, 3일 ) 에따른탄수화물대사적응을살펴본결과지구성운동초기골격근내글리코겐사용속도와젖산생성량이유의하게감소한것으로보고하였다. 이들은단기간의지구성운동후글리코겐분해와해당과정의핵심적인효소인 glycogen phospholylase 와 phosphofructokinase(pfk) 의발현이유의하게감소하였고, 몇몇미토콘드리아전자전달계효소 (cytochrome oxidase subunit-4, NADH ubiquinone oxidoreductase) 의발현은약 3배증가하였으나 ( 김상현등, 2012), cytochrome c, citrate synthase 와같은일부미토콘드리아효소는단기간지구성운동 (1일, 3일 ) 에의해증가하지않기때문에 (Booth & Holloszy, 1977) 미토콘드리아의기능은완전히증가하지않은것으로보고하였다. 또한단기간의지구성운동에따른미토콘드리아기능의향상정도를평가하기위해 Creatin Phosphate(CP) 를측정한결과비운동군과운동군사이에유의한차이가나타나지않았다. 지구성훈련으로미토콘드리아기능이향상된근육에서는근수축시미토콘드리아로부터의 ATP 생산이효과적으로이루어지기때문에훈련되지않은근육보다더높은고에너지인산 (ATP, CP) 농도를유지하게된다 (Holloszy & Booth, 1976). 이러한고에너지인산은근수축시분해되어 Inorganic phosphate(pi) 를방출시킴으로근육내 Pi 농도를증가시키게되는데 (Ren & Holloszy, 1992), Pi는근수축시글리코겐분해효소인 glycogen phospholylase의활성화에가장큰영향을미치는효소이다. 이들은이러한결과를통해 1 일, 3일간의지구성운동으로근수축시 CP 농도의변화없이글리코겐절약효과가나타난것은미토콘드리아의증가에의한것이아닌해당효소의발현감소를통한당대사의억제에의한것으로결론내렸다. 이들의연구에서는어떠한 기전을통해해당효소의발현이감소되었는지규명하지않았으나, PGC-1α가운동중해당효소의조절에중요한역할을할것으로추측하였다. PGC-1α(peroxisome proliferator-activated receptor(ppar) gamma-coactivator 1α) 는미토콘드리아생합성을통해산화적인산화와지방산화를증가시키는효소들의전사를보조하는인자이다 (Mootha et al., 2003; Huss et al., 2002). 선행연구에의하면 PGC-1α는간조직내당신생을조절하고 (Puigserver et al., 2003; Rhee et al., 2003; Rodgers et al., 2005), GLUT4 유전자의전사를활성화시키며 (Michael et al., 2001), pyruvate dehydrogenase의활성억제효소로당산화를억제하는 pyruvate dehydrogenase kinase 4(PDK4) 유전자의발현을증가시킨다 (Wende et al., 2007). 이를통해 PGC-1α는근육의에너지대사와기능조절에중요한역할을한다는것을알수있다 (Lin et al., 2005; Finck & Kelly, 2006). PGC-1α는단기간의지구성운동으로도활성과발현이급속하게증가한다 (Baar et al., 2002; Wright et al., 2007). 그러나 PGC-1α가단기간지구성운동시탄수화물에너지대사를조절하는효소의발현에어떠한영향을미치는가에대해서는알려진바없다. 따라서이들의상호관련성을연구해본다면단기간의지구성훈련시탄수화물절약효과의발생원인을규명할수있을것이다. 그러나단기간의지구성운동은보조전사인자인 PGC-1α 이외에도다른전사인자들의발현을촉진하거나억제하기때문에 1회의지구성운동에의한 PGC-1α 증가가글리코겐분해나해당효소의발현을직접적으로조절하는가에대한인과관계를증명하는데는한계가있다. 따라서본연구에서는 PGC-1α만을단기간과발현시킴으로글리코겐분해와해당효소간의직접적인관련성을알아보고자한다. Ⅱ. 연구방법 1. 연구대상지구성운동트레이닝초반기글리코겐분해효소의변화를관찰하기위해 8주령수컷 Wistar rat 30마리를구입하였고, PGC-1α 과발현에따른글리코겐분해효소와해당효소의변화를관찰하기위해서 5주령의수컷 Wistar rat 15마리를구입하여사용하였다. 1주간의환경적응기간을가진후각각의실험절차에따라사용되었다. 물과사료 (Purina

3 정수련 김기진 고진호 김상현 283 corp. carbohydrate 58.9 %, fat 12.4 %, protein 28.7 %) 는자유롭게섭취토록하였다. 쥐는한케이지에 2마리씩넣어사육하였고, 사육실온도는 21 로유지하였으며, 명기 (06:00 ~18:00) 와암기는각각 12시간으로조절하였다. 2. 연구절차 8주령수컷 Wistar rat 30마리는환경적응을거친후 10마리씩무선배정하여단기간의운동을실시하였다 (Sedentary; SED, 1day Exercise; 1DAY EX, 3day Exercise; 3DAY EX). 5주령의수컷 Wistar rat 15마리는환경적응후상완삼두근에 PGC-1α를과발현시킨다음적출하여분석에사용하였다. 3. 운동프로그램운동프로토콜은 Garcia-Roves 등 (2003) 의방법을일부수정하여사용하였다. 8주령의수컷 Wistar rat 중운동군은본실험전 1일 10분씩 3일간물에대한적응을실시하였다. 본실험은오전 9시부터시작되었으며 3시간씩 2회에걸쳐총 6시간, 1일또는 3일간수영을실시하였다. 3시간의수영후에는 45분간휴식을취하도록하였고, 이시간동안물과사료는자유롭게섭취하도록하였다. 수영은원통형수조 (80 cm 120 cm, 수심 50~60 cm) 에 4마리씩넣어자유롭게실시하도록하였다. 수온은온도변화에따른쥐의스트레스를최소화하기위해 35 로일정하게유지하였으며, 휴식기와운동종료후에는수건으로물기를제거한후온풍기를이용하여체온을유지토록하였다. 수영종료 18시간후 pentobarbital sodium(5 mg/ 100 g body weight) 을이용하여마취하고상완삼두근을적출한즉시압착냉동시켜분석시까지 80 에보관하였다. 4. PGC-1αconstruct pegfp-pgc-1α는 ppgc-1α(addgene, USA) 를템플릿 (template) 으로사용하여 PCR clone하고, 생성된 PGC-1α DNA를 pegfp-vector(clontech, USA) 에삽입하여제작하였다. 구성된 pegfp-pgc-1α vector는 42 에서 45초간열자극을주어 E.coli(Invitrogen, USA) 에 transform하였다. Transform 된 E.coli (Invitrogen, USA) 는 37 incubator에서 1시간동안 250 rpm 으로흔들어배양한후 kanamycin 이포함된 aga-plate에골고 루펴바르고다시 37 incubator 에서 overnight 배양하였다. 배양된 aga-plate에서약 30개의 colony를골라 PCR로 clone 의성공여부를검증한후성공적으로 clone된 colony 하나를 100 μg / ml kanamycin이첨가된 4 ml LB broth에배양 (37, overnight) 한후 plasmid mini-prep kit(qiagen, USA) 으로추출하였다. 추출된 DNA는 lipofectamine 2000(Invitrogen, USA) 을이용하여 HEK293A 세포에 transfection한후 GFP 단백질의발현유무를확인한다음, plasmid maxi-prep kit(qiagen, USA) 을이용함으로충분한 plasmid DNA를확보하여사용하였다. 5. 골격근내유전자과발현 PGC-1α DNA를쥐의상완삼두근에유전자전기자극전이방법 (electric pulse mediated gene transfer technique) 을이용하여 transfection시켰다 ( 김상현등, 2013). 5주령의수컷 Wistar rat을 isoflurane gas를이용하여마취시키고, 좌측상완삼두근은 pegfp-pgc-1α vector (PGC-1α) 를주입하였다. 우측은 empty vector(ev) 를주입하여 pegfp-pgc-1α 과발현에대한대조군으로사용하였다. 각각의 vector는 100 μg DNA를 100 μl saline 에녹여 27-gauge needle로 40 μl/min 의속도로주입한후유전자전기자극전이방법 (100 ms duration, 1 Hz frequency, 100 volts/cm amplitude) 을이용하여 vector가핵내부로침투되도록하였다. 유전자주입후 4일간의과발현기간을가진다음조직을적출하여분석에사용하였다 (Puigserver et al., 1998). 6. 미토콘드리아산소섭취량상완삼두근은균질화 (300 mm sucrose, 10 mm Tris C1, 2 mm EDTA) 한다음 Oxygraph-2K(Oroboros, Innsbruck, Austria) 를이용하여 Stage III 미토콘드리아산소섭취량을측정하였다. 균질화한시료 50 μl(5 mg wet weight) 를 2 ml의반응용매 (150 mm sucrose, 15 mm Tris Cl, 2 mm EDTA, 30 mm KPO 4, 30 mm KCl, 5 mm MgCl, 75 µm cytochrome c, 2 mm ADP, 5 mm pyruvate, ph 7.2) 에넣고교반하면서 37 C에서배양하였다. 산소섭취량이안정화되면 ADP와 pyruvate를첨가하여 state 3 respiration 을개시하였다. 최대산소섭취량은 Oroboros DatLab 소프트웨어를이용하여계산하였고, 근육내단백질양은 Lowry 등 (1951) 의방법으로분석하였다.

4 284 골격근내 PGC-1α 발현이 글리코겐 분해효소와 해당효소 발현에 미치는 영향 7. Western Blotting 적출된 조직은 RIPA buffer[50 mmol/ℓ Tris HCl(pH 7.4), 1 % NP-40, 0.25 % sodium deoxycholate, 150 mmol/ℓ NaCl, 1 mmol/ℓ EDTA, 1 mmol/ℓ phenylmethylsulfonyl fluoride, 1 mmol/ℓ NaF, 1 μg/ aprotinin, 1 μg/ leupeptin, 1 μg/ pepstatin, 0.1 mmol/ℓbpv(phen), 2 mg/ β-glycerophosphate]을 이용하여 glass dounce tissue grinders(corning, USA)로 균질화하였다. 균질화된 시료는 동결/해동 과정을 3 며, 특히 1일 운동에 비해 3일간의 운동 후 이러한 감소폭은 더욱 큰 것으로 보고하였다. 본 연구에서도 1일간의 지구성 운동 후 골격근 내 glycogen phosphorylase의 발현이 약 40 % 감소하였고, 3일간의 운동 후에는 약 60~80 % 감소하였다. 또한 glycogen phosphorylase의 상위 기전으로 glycogen phosphorylase의 활성을 조절하는 phosphorylase kinase 수준을 동시에 측정한 결과 glycogen phosphorylase와 동일한 양상 으로 감소하였다(Fig. 1). 회 반복한 다음 10분간 원심분리(1500 g, 4 )하여 상층액만 사용하였다. 단백질 농도는 Lowry 등(1951)의 방법에 의해 정 량분석 하였다. 정량분석 후 시료는 laemmli sample buffer (100mM dithiothreitol 함유)를 첨가하여 5분간 가열하여 용해 한 후 사용하였다. 준비된 시료는 SDS-polyacrylamide gel을 이용하여 전기영동 한 후 nitrocellulose membrane에 transfer 하였다. Membrane은 5 % nonfat dry milk로 1시간 동안 blocking하고, TBST(TBS % Tween-20, ph 7.5)로 세척한 다음 일차항체와 함께 배양하였다. Immunoblotting을 위해 사용된 일차항체는 다음과 같다: PGC-1α(Calbiochem), glycogen phosphorylase(santa Cruz), phosphorylase kinase (Gene Tex), phosphofructokinase(santa Cruz), β-actin(sigma). 일차항체 처리 후 TBST로 세척하고 각각의 이차항체를 이용 하여 1시간 동안 배양하였다. Band의 시각화는 ECL (Amersham)을 이용하였으며, band의 상대적 강도는 sigmagel(jandel Scientific Corp., Erkrath)을 이용하였다. Fig 1. One or three days of exercise training reduce expression of glycogenolitic and glycolytic enzyme in muscles. *; significantly different from SED(p<.05), #; significantly different from 1 Day EX(p>.05) 8. 통계 분석 통계적 분석은 SigmaPlot 12.0 통계프로그램을 이용하였 고, 각 측정항목에 대한 결과는 평균과 표준오차(Mean±SE) 로 산출하였다. 통계처리는 unpaired t-test, one-way ANOVA (사후검정 Tukey)를 실시하였다. 통계적 유의수준은 α=.05로 하였다. 2. 3일간의 지구성 운동과 미토콘드리아 산소섭취량 김상현 등(2013)은 미토콘드리아의 양적 평가와 함께 기 능적 평가를 위해 CP 수준을 측정한 결과 근 수축시 훈련군 의 CP 감소가 비훈련군과 비교해 유의한 차이가 나타나지 않았다. 이에 그들은 1-3일의 지구성훈련은 미토콘드리아의 기능적 증식을 완전히 이루지 못하는 것으로 보고하였다. Ⅲ. 연구 결과 1. 1일, 3일간의 지구성 운동과 글리코겐 분해효소 김상현 등(2013)은 1일 또는 3일간의 지구성 운동 후 glycogen phosphorylase와 PFK 수준이 유의하게 감소하였으 그러나 이러한 간접적인 측정으로 미토콘드리아의 기능을 정확하게 평가하는 데는 부족함이 있어 본 연구에서는 골격 근 내 미토콘드리아의 최대산소섭취량(Stage Ⅲ oxidation)을 측정하였다. 연구결과 선행연구와 동일하게 3일간의 지구성 운동 후 골격근 내 미토콘드리아의 최대산소섭취량이 증가 하지 않아 미토콘드리아의 기능적 증식이 완전히 이루어지

정수련 김기진 고진호 김상현 285 지 않은 것으로 나타났다(Fig. 2). 치는 영향을 규명하기 위해 상완삼두근에 pegfp-pgc-1α vector(pgc-1α)를 과발현시킨 후 western blotting을 통해 과발 현 유무를 살펴보았다.

9 kda)를 부착하여 겉보기 분자 량(apparent molecular weight)이 ~125 kda이 되게 하였다.

Fig. 2. Three days of exercise training does not result in an increase in functional mitochondria. 3.

영향을 명확히 하고자, 1일간의 지구성 운동 후 상완삼두근 내 PGC-1α 발현을 분석한 결과 좌업집단에 비해 약 3배 증가 하였다(Fig. 3). 5.

5 정수련 김기진 고진호 김상현 285 지 않은 것으로 나타났다(Fig. 2). 치는 영향을 규명하기 위해 상완삼두근에 pegfp-pgc-1α vector(pgc-1α)를 과발현시킨 후 western blotting을 통해 과발 현 유무를 살펴보았다. 본 연구에서 사용한 pegfp-pgc-1α는 내인성 PGC-1α(MW=~100 kda)와 구분하기 위해 GFP(Green Fluorescent Protein, MW=26.9 kda)를 부착하여 겉보기 분자 량(apparent molecular weight)이 ~125 kda이 되게 하였다. 발 현 결과 pegfp-pgc-1α vector를 과발현시킨 근육에서는 외 인성 PGC-1α(MW=~125 kda)가 나타났으며, empty vector (EV)를 주입한 근육에서는 나타나지 않아 PGC-1α 과발현이 성공적으로 이루어졌음을 알 수 있다(Fig. 4). Fig. 2. Three days of exercise training does not result in an increase in functional mitochondria. 3. 1일간의 지구성 운동과 PGC-1α의 발현 단기간의 지구성 운동이 골격근 내 PGC-1α 발현에 미치는 Fig. 4. PGC-1α overexpression in tricep muscles. 영향을 명확히 하고자, 1일간의 지구성 운동 후 상완삼두근 내 PGC-1α 발현을 분석한 결과 좌업집단에 비해 약 3배 증가 하였다(Fig. 3). 5. PGC-1α 과발현과 글리코겐 분해효소, 해당효소 의 발현 상완삼두근 내 PGC-1α를 과발현시킨 결과 글리코겐 분해 효소인 phosphorylase kinase와 glycogen phosphorylase, 해당 효소인 PFK의 발현이 약 50 % 감소하였다(Fig. 5). Fig. 3. One day of exercise training increase expression of PGC-1α in muscles. *; significantly different from SED (p<.05) 4. PGC-1α 과발현 골격근 내 PGC-1α가 글리코겐 분해효소와 해당효소에 미 Fig. 5. PGC-1α overexpression reduce expression of glycogenolitic and glycolytic enzymes in muscles. *; significantly different from empty vector(p>.05)

6 286 골격근내 PGC-1α 발현이글리코겐분해효소와해당효소발현에미치는영향 Ⅳ. 논의 지구성트레이닝에의한에너지대사의적응은장기간에걸쳐비교적천천히이루어지는것으로간주되어왔다 (Fitts et al., 1975; Green et al., 1983). 이는지구성트레이닝시근육내미토콘드리아의증가에의해글리코겐절약효과가나타나기때문이다. 장시간의 1회성운동으로도미토콘드리아효소의발현이빠르게증가하지만 ( 김상현등, 2011; Wright et al., 2007), 일부효소 (citrate synthase, cytochrome c, α- ketoglutarate dehydrogenase) 의발현을위해서는 1주일이상의지구성운동이지속되어야한다 (Booth & Holloszy, 1977). 따라서운동자극을통해미토콘드리아의기질산화력의증가를일으킬정도로성숙된미토콘드리아를만들기위해서는약 7일이상의시간이요구될것으로간주된다 ( 김상현등, 2013). 본연구에서도 3일간의지구성운동후미토콘드리아의기질산화력을직접적으로측정해본결과유의한변화가나타나지않았다 (Fig. 2). 그러나과거인간들은생존을위해장시간의신체활동을해야만했으며 (Neel, 1999; Chakravarthy & Booth, 2004), 이때탄수화물을절약할수있는능력을빠르게획득하면할수록생존확률이증가할것임을생각한다면, 장기간의신체활동이지속적으로이루어질때신체활동의시작과동시에탄수화물을절약할수있는방향으로진화하였을가능성이크다 (Chakravarthy & Booth, 2004). 이러한관점에착안하여김상현등 (2012, 2013) 은지구성트레이닝에의한근육내탄수화물절약능력은지구성운동초반기부터이미시작되며, 미토콘드리아의증가에의한것이아닌탄수화물분해효소의감소를통해이루어진다고보고하였다. 그러나이들은단기간의운동시탄수화물분해효소의감소가어떤기전을통해이루어지는가에대해서는규명하지못했다. 따라서본연구에서는단기간의지구성운동시탄수화물절약효과의발생기전을규명하고자골격근내 PGC-1α를과발현시킨후탄수화물대사관련효소들의변화를관찰하였다. PGC-1α의효과를알아보기위해운동을시키지않고 PGC-1α 유전자를주입시켜과발현시킨것은운동을실시하게되면 PGC-1α 뿐만아니라다른전사인자들또한증가, 감소하여 PGC-1α만의고유한인과관계를증명하기어렵기때문이다. 분석결과 PGC-1α를과발현시킨근육에서지구성운동초기와유사하게글리코겐분해효소인 phosphorylase kinase와 glycogen phosphorylase, 해당효소인 PFK의발현이감소한것으로나타났다. Wende 등 (2007) 도 PGC-1α transgenic mice의근육내해당효소의발현이감소하여지구성운동시탄수화물사용양이감소한사실을보고한바있다. 이는 PGC-1α가해당능력이높은속근섬유를산화력이높은지근섬유로전환시킨다고보고한결과와도관련지어볼수있다 (Lin et al., 2002; Mortensen et al., 2006). 그러나 Wende 등 (2007) 의연구에서지구성운동시 PGC-1α transgenic mice의탄수화물사용량이감소한것은사실이나이러한개체들의지구성운동능력또한유의하게감소하였다. 따라서탄수화물사용량감소가해당효소발현의감소때문인지운동능력의감소때문인지구분하기어렵다. 유전자변형모델은개체의유전적배경을가급적동일한조건으로유도하기위해 6 세대이상근친교배를함으로유전자의발현또는억제에대한보상효과로 Wende 등 (2007) 의결과와같은다양한부작용이나타날수있다. 이에본연구에서는유전자변형모델이아닌전기자극전이방법을이용하여단기간 (4일) 에국소근육내유전자조작을처치함으로서이러한문제점을배제하였다. PGC-1α가어떠한기전을통하여글리코겐분해효소와해당효소를조절하는지에대해서는여전히명확하게알려져있지않다. 그러나다수의선행연구에따르면 PGC-1α는 myosin heavy chain IIb(Mortensen et al., 2006), inflammatory factors(eisele et al., 2013), atrogin-1, MuRF-1, cathepsin L(Sandri et al., 2006) 등의발현을억제하는것으로보고되고있다. 이와같이 PGC-1α는전사보조인자로글리코겐분해효소와해당효소에코딩된유전자의전사를억제하는인자를활성화시키는간접적인방법을통해발현을조절할것으로생각된다. 그러나본연구의결과로는명확히결론내릴수없어추후연구가필요하다. 본연구의결과에서 1일또는 3일간의지구성운동은미토콘드리아의기능은증가시키지않았으나탄수화물분해효소의발현을급속하게감소시키는것으로나타났으며, 이러한현상은 PGC-1α의과발현시동일하게발생하였다. 따라서지구성운동초기탄수화물절약효과는당대사의억제에의해발생하며이는 PGC-1α에의해서조절되는것으로생각된다. Ⅴ. 결론 본연구의목적은흰쥐의골격근에 PGC-1α를과발현시켜해당효소와글리코겐분해효소발현에미치는영향을분석

7 정수련 김기진 고진호 김상현 287 하여초기탄수화물절약효과의발생기전을규명하는것으로서, 연구결과신체활동초기글리코겐분해효소와해당효소의발현감소가나타났으며, PGC-1α를과발현시킨경우이러한효소의발현이지구성운동초기와유사하게감소한것으로나타났다. 따라서지구성운동초기 PGC-1α에의한글리코겐분해효소와해당효소의발현감소를통해탄수화물절약효과가발생하는것으로생각된다. 그러나본연구에서는 PGC-1α의활성을억제시킨결과는제시하지못하여 PGC-1α에의한글리코겐분해효소와해당효소의발현조절기전을완벽하게설명하기에는한계가있다. 이에좀더명확한결론을제시하기위한 PGC-1α knockout 모델등을이용한추후연구가필요할것이다. 참고문헌 김상현, 김기진, 김필상, 정수련 (2013). 단기간지구성운동시해당효소발현억제가흰쥐의골격근내탄수화물절약효과를유도한다. 운동과학, 22(2): 김상현, 안나영, 고진호, 김기진 (2012). 단기간과장기간지구성운동에따른골격근내대사적응. 운동과학, 21(3): 김상현, 안나영, 홍창배, 김기진 (2011). 단기간과장기간지구성운동시쥐의골격근내항산화효소와미토콘드리아효소의발현양상. 운동과학, 20(4): Baar, K., Wende, A. R., Jones, T. E., Marison, M., Nolte, L. A., Chen, M., Kelly, D. P., & Holloszy, J. O. (2002). Adaptations of skeletal muscle to exercise: rapid increase in the transcriptional coactivator PGC-1. FASEB J., 16(14): Booth, F. W., & Holloszy, J. O. (1977). Cytochrome c turnover in rat skeletal muscles. J. Biol. Chem., 252(2): Cartee, G. D., & Farrar, R. P. (1988). Exercise training induces glycogen sparing during exercise by old rats. J. Appl. Physiol., 64(1): Chakravarthy, M. V., & Booth, F. W. (2004). Eating, exercise, and thrifty genotypes:connecting the dots toward an evolutionary understanding of modern chronic diseases. Appl. Physiol., 96(1):3-10. Coggan, A. R., Spina, R. J., Kohrt, W. M., Bier, D. M., & Holloszy, J. O. (1993). Effect of prolonged exercise on muscle citrate concentration before and after endurance training in men. Am. J. Physiol., 264(2 Pt 1): E215-E220. Eisele, P. S., Salatino, S., Sobek, J., Hottiger, M. O., & Handschin, C. (2013). The peroxisome proliferatoractivated receptor g coactivator 1a/b (PGC-1) coactivators repress the transcriptional activity of NF-KB in skeletal muscle cells. J. Biol. Chem., 288: Finck, B. N., & Kelly, D. P. (2006). PGC-1 coactivators: inducible regulators of energy metabolism in health and disease. J. Clin. Investig., 116: Fitts, R. H., Booth, F. W., Winder, W. W., & Holloszy, J. O. (1975). Skeletal muscle respiratory capacity, endurance, and glycogen utilization. Am. J. Physiol., 228(4): Garcia-Roves, P. M., Han, D. H., Song, Z., Jones, T. E., Hucker, K. A., & Holloszy, J. O. (2003). Prevention of glycogen supercompensation prolongs the increase in muscle GLUT4 after exercise. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab., 285(4): E729-E736. Green, H. J., Reichmann, H., & Pette, D. (1983). Fibre type specific transformations in the enzyme activity pattern of rat vastus lateralis muscle by prolonged endurance training. Pflugers Archiv., 399(3): Hickson, R. C., Heusner, W. W., & Van Huss, W. D. (1976). Skeletal muscle enzyme alterations after sprint and endurance training. Journal of Applied Physiology, 40(6): Holloszy, J. O., & Booth, F. W. (1976). Biochemical adaptations to endurance exercise in muscle. Annu. Rev. Physiol., 38: Holloszy, J. O., & Coyle, E. F. (1984). Adaptations of skeletal muscle to endurance exercise and their metabolic consequences. J. Appl. Physiol. Respir. Environ. Exerc. Physiol., 56(4): Holloszy, J. O., & Kohrt, W. M. (1996). Regulation of carbohydrate and fat metabolism during and after exercise. Annu. Rev. Nutr., 16: Huss, J. M., Kopp, R. P., & Kelly, D. P. (2002). Peroxisome proliferator-activated receptor coactivator-1alpha (PGC- 1alpha) coactivates the cardiac-enriched nuclear receptors estrogen-related receptor-alpha and -gamma.

8 288 골격근내 PGC-1α 발현이글리코겐분해효소와해당효소발현에미치는영향 Identification of novel leucine-rich interaction motif within PGC-1alpha. J. Biol. Chem., 277: Lin, J., Handschin, C., & Spiegelman, B. M. (2005). Metabolic control through the PGC-1 family of transcription coactivators. Cell Metab., 1: Lin, J., Wu, H., Tarr, P. T., Zhang, C. Y., Wu, Z., Boss, O., Michael, L. F., Puigserver, P., Isotani, E., Olson, E. N., Lowell, B. B., Bassel-Duby, R., & Spiegelman, B. M. (2002). Transcriptional co-activator PGC-1 alpha drives the formation of slow-twitch muscle fibres. Nature, 418: Lowry, O. H., Rosenbrough, N. J., Farr, A. L., & Randall, R. J. (1951). Protein measurement with the Folin phenol reagent. J. Biol. Chem., 193: Michael, L. F., Wu, Z., Cheatham, R. B., Puigserver, P., Adelmant, G., Lehman, J. J., Kelly, D. P., & Spiegelman, B. M. (2001). Restoration of insulin-sensitive glucose transporter (GLUT4) gene expression in muscle cells by the transcriptional coactivator PGC-1. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 98: Mootha, V. K., Lindgren, C. M., Eriksson, K.-F., Subramanian, A., Sihag, S., Lehar, J., Puigserver, P., Carlsson, E., Ridderstrale, M., Laurila, E., Houstis, N., Daly, M. J., Patterson, N., Mesirov, J. P., Golub, T. R., Tamayo, P., Spiegelman, B. M., Lander, E. S., Hirschhorn, J. N., Altshuler, D., & Groop, L. C. (2003). PGC-1alpharesponsive genes involved in oxidative phosphorylation are coordinately downregulated in human diabetes. Nat. Genet., 34: Mortensen, O. H., Frandsen, L., Schjerling, P., Nishimura, E., & Grunnet, N. (2006). PGC-1a and PGC-1b have both similar and distinct effects on myofiber switching toward an oxidative phenotype. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab., 291: E807-E816. Neel, J. V. (1999). Diabetes mellitus:a thrifty genotype rendered detrimental by progress? Bull. World Health Organ., 77(8): Puigserver, P., Rhee, J., Donovan, J., Walkey, C. J., Yoon, J. C., Oriente, F., Kitamura, Y., Altomonte, J., Dong, H., Accili, D., & Spiegelman, B. M. (2003). Insulin-regulated hepatic gluconeogenesis through FOXO1-PGC-1alpha interaction. Nature, 423: Puigserver, P., Wu, Z., Park, C. W., Graves, R., Wright, M., & Spiegelman, B. M. (1998). A cold-inducible coactivator of nuclear receptors linked to adaptive thermogenesis. Cell, 92: Ren, J. M., & Holloszy, J. O. (1992). Adaptation of rat skeletal muscle to creatine depletion: AMP deaminase and AMP deamination. J. Appl. Physiol., 73(6): Rhee, J., Inoue, Y., Yoon, J. C., Puigserver, P., Fam, M., Gonzalez, F. J., & Spiegelman, B. M. (2003). Regulation of hepatic fasting response by PPARgamma coactivator-1alpha (PGC-1): requirement for hepatocyte nuclear factor 4alpha in gluconeogenesis. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 100: Rodgers, J. T., Lerin, C., Haas, W., Gygi, S. P., Spiegelman, B. M., & Puigserver, P. (2005). Nutrient control of glucose homeostasis through a complex of PGC-1alpha and SIRT1. Nature, 434: Sandri, M., Lin, J., Handschin, C., Yang, W., Arany, Z. P., Lecker, S. H., Goldberg, A. L., & Spiegelman, B. M. (2006). PGC-1a protects skeletal muscle from atrophy by suppressing FoxO3 action and atrophy-specific gene transcription. Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 103: Wende, A. R., Schaeffer, P. J., Parker, G. J., Zechner, C., Han, D. H., Chen, M., Hancock, C. R., Lehman, J. J., Huss, J. M., McClain, D. A., Holloszy, J. O., & Kelly, D. P. (2007). A role for the transcriptional coactivator PGC-1a in muscle refueling. J. Biol. Chem., 282: Wright, D. C., Geiger, P. C., Han, D. H., Jones, T. E., & Holloszy, J. O. (2007). Calcium induces increases in peroxisome proliferator-activated receptor g coactivator- 1a and mitochondrial biogenesis by a pathway leading to p38 mitogen-activated protein kinase activation. J. Biol. Chem., 282: 논문투고일 : 심사일 : 심사완료일 : * 교신저자 : 김상현, 워싱턴대학교, sh5275@gmail.com

<303620C1A4BCF6B7C320BFDC5FC3D6C1BE2E687770>

<303620C1A4BCF6B7C320BFDC5FC3D6C1BE2E687770> 운동과학, 2014년, 제23권제4호 Exercise Science, 2014, Vol. 23, No. 4 원문 PGC-1α 단백질이생쥐근육세포의글리코겐분해및해당효소의발현을조절한다. 고진호 1) ㆍ김기진 2) ㆍ김상현 2) ㆍ정수련 2) 1) Washington University 2) 계명대학교 Abstract Koh, Jin-Ho, Kim, Ki-Jin,