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생쥐의 지구성 운동에 의한 Tfam 발현이 AMPK, PPARβ/δ 및 PGC-1α의 발현에 미치는 영향
고진호(KohJin-ho),김기진(KimKi-jin) 한국체육학회 2017 한국체육학회지 Vol.56 No.2
Mitocondrial transcription factor A (Tfam)의 과발현이 미토콘드리아 생합성 및 호흡 기능을 증가시키는 것으로 보고되었으나 지구성 운동에 의한 Tfam의 발현이 어떠한 기전으로 핵으로 신호를 보내며 근 적응의 주요 인자들과 상호작용하는지 확인되지 않았다. 본 연구는 지구성 운동에 의한 Tfam의 발현이 어떠한 기전으로 골격근 적응의 주요 요인인 AMP-activated protein kinase (AMPK), Peroxisome proliferator-activated receptor (PPARβ/δ) 및 Peroxisome proliferator activated receptor gamma coactivator-1α (PGC-1α) 발현에 영향을 미치는지 확인하는 것이다. 생쥐들은 2주간 수영 운동을 실시하거나, Tfam이 골격근에 과발현되도록 유전자 전이를 실시하였다. 또한 PPARβ/δ와 Tfam의 관련성을 확인하기 위하여 PGC-1α knockout 생쥐의 골격근에 PPARβ/δ를 EPO 하였다. 2주간 지구성 운동을 실시한 생쥐의 근육에서 Tfam, PPARβ/δ 및 PGC-1α의 발현이 증가하였다. Tfam이 과발현 된 근육의 AMP:ATP 비율, pAMPK, PPARβ/δ 및 PGC-1α가 증가하였다. PGC-1α knokout 생쥐의 근육에 PPARβ/δ의 과발현은 Tfam의 발현을 증가시키는 것으로 나타났다. 본 연구는 지구성 운동에 의한 Tfam의 발현 증가가 세포내 AMP:ATP 비율 증가를 유도하여 AMPK의 활성을 증가시키며, AMPK의 활성은 PPARβ/δ와 PGC-1α의 발현을 증가시킨다는 것을 확인하였다. 이는 Tfam이 AMPK-PPARβ/δ 및 PGC-1α를 통하여 자신의 발현도 조절할 수 있음을 나타낸다. Tfam overexpression has been shown to increase mitochondrial biogenesis and respiratory function, but there is not clear how Tfam signals to the nucleus, and that a key factors associated with muscle adaptation are involved in Tfam overexpression by endurance exercise. The aim of this study was to identify the effects of Tfam expression by endurance exercise on AMPK, PPARβ/δ and PGC-1α that are associated with skeletal muscle adaptive response. Mice were subjected to forced swimming for 2 wk or Tfam was electroporated in tibialis anterior (TA) muscle. To identify PPARβ/δ effect on Tfam, PPARβ/δ was electroporated in PGC-1α knockout mouse muscle. Mice Swimming for 2 wk resulted in an increase Tfam, PPARβ/δ and PGC-1α in TA muscle. Tfam overexpression in mouse TA muscle resulted in an increase AMP:ATP ratio, AMPK phosphorylation, PPARβ/δ and PGC-1α expression. PPARβ/δ overexpression in PGC-1 α knockout muscle in mouse resulted in an increase Tfam expression. Our finding indicate that an increased Tfam expression by endurance exercise increases AMPK activation through controled AMP:ATP ratio that result in an increase PPARβ/δ and PGC-1α expression. These results indicate that Tfam can increase itself through AMPK-PPARβ/δ and/or PGC-1α axis.
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지구성 운동에 의한 PPARβ의 발현이 고지방 식이에 의한 골격근 미토콘드리아 H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>의 배출과 GLUT4 발현에 미치는 영향
고진호(KohJin-ho),김기진(KimKi-jin) 한국체육학회 2017 한국체육학회지 Vol.56 No.4
고지방 식이는 골격근 미토콘드리아로부터 hydrogen peroxide (H2O2) 배출을 증가시키며, 과도한 H2O2의 배출은 인슐린 저항성의 원인이다. 본 연구는 지구성 운동에 의한 Peroxisome proliferator-activated receptor β/δ (PPARβ/δ, PPARβ)의 발현이 고지방 식이에 의한 미토콘드리아 H2O2의 배출을 감소시킬 수 있는지 확인하는 것이다. 생쥐는 8 주간 고지방 식이, 지구성운동 또는 지구성 운동과 고지방 식이를 병행 실시하였으며, 포화지방산에 의한 근세포(myotube) 미토콘드리아의 H2O2 배출과 항산화 효소에 대한 PPARβ의 효과를 살펴보기 위해 PPARβ, sodium palmitate 또는 PPARβ와 sodium palmitate를 병행 처치하였다. 8주간 고지방 식이는 골격근 미토콘드리아로부터 H2O2 의 배출을 증가시키며 glucose transporter 4 (GLUT4)와 superoxide dismutase (SOD)2의 발현을 유의하게 감소시켰다. 그러나 8주간 지구성 운동은 SOD2, catalase 및 GLUT4의 발현을 증가시켰으며, 고지방 식이에 의한 골격근 미토콘드리아의 H2O2 배출을 감소시켰다. 또한 근세포에 PPARβ의 과발현은 SOD2, catalase 및 GLUT4를 증가시켰으며, 포화지방산에 의한 미토콘드리아 H2O2의 배출을 감소시켰다. 따라서 지구성 운동에 의하여 증가된 PPARβ는 SOD2, catalase 를 증가시키며, 이는 고지방 식이에 의한 골격근 미토콘드리아로부터 H2O2의 배출을 감소시켜 GLUT4의 발현 감소를차단한다. Chronic high fat diet (HFD) induced excessive hydrogen peroxide (H2O2) emission from mitochondria in skeletal muscle results in an increase insulin resistance. The aim of this study was to identify the effects of PPARβ induced by endurance exercise on excessive H2O2 emission from mitochondria in skeletal muscle by HFD. Studies of HFD, endurance treadmill exercise (Ex) and HFD+Ex in mice were conducted for 8 weeks. PPARβ transfection, sodium palmitate or PPARβ + sodium palmitate treatments in C2C12 myotubes were conducted to identify PPARβ effects on mitochondrial H2O2 emission induced by saturated fatty acids. HFD fed mice for 8 weeks result in an increase mitochondrial H2O2 emission and a decrease GLUT and SOD2, but endurance exercise for 8 weeks result in an increase SOD2, catalase and GLUT4 expression, and a decrease mitochondrial H2O2 emission in skeletal muscle. SOD2, catalase and GLUT4 expression were increased in myotubes by PPARβ overexpression result in a decrease mitochondrial H2O2 emission induced by palmitate. We concluded that an increased PPARβ by endurance exercise increases SOD2 and catalase that results in a decrease mitochondrial H2O2 emission, and blocks a decrease in GLUT4 expression.
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지구성 운동에 의한 AMPK의 활성이 AKT/AS160을 통한 글루코스 흡수에 미치는 영향
고진호(KohJin-ho),박주식(ParkJu-sik) 한국체육학회 2018 한국체육학회지 Vol.57 No.6
본 연구는 지구성 운동에 의하여 활성화된 AMPK가 글루코스 흡수를 위하여 AKT/AS160의 활성을 매개하는지 확인하는 것이다. 이를 분석하기 위하여 지속적으로 활성화되도록 유전자 조작된 Constitutively active (CA)-AMPK를 생쥐의 myotube에 과발현시켰으며 글루코스 흡수와 AKT/AS160을 확인하였다. AMPK가 일회성 지구성 운동에 의한 AKT/AS160 기전을 골격근에서 매개할 수 있는지 확인하기 위하여 전기자극 유전자 전이법(electroporation, EPO)으로 dominant negative(DN)-AMPK를 흰쥐의 상활차근에 전이하였다. DN-AMPK 전이 2주 후 1회성 운동을 실시하였으며, 운동을 마친 18시간 후 근육을 적출하였다. 본 연구는 AMPK 활성이 인슐린 작용과는 독립적인 방법으로 글루코스 흡수를 증가시킬 수 있으며, 이는 AKT가 아닌 AS160의 활성에 의하여 유도된다는 것을 확인하였다. 또한 AMPK는 흰쥐의 골격근에서 1회 지구성 운동에 의하여 활성화된 AKT/AS160 활성을 위해 필수가 아닌 것으로 나타났다. 결론으로, AMPK는 AKT의 활성 부재에서 AS160의 활성을 매개할 수 있으며, 지구성 운동은 AMPK의 활성 없이 근육의 AKT/AS160 기전을 매개할 수 있는 것으로 나타났다. The aim of this study was to identify whether the AMPK activation induced by exercise mediate AKT/AS160 activation for glucose uptake. For this study, constitutively active (CA)-AMPK was overexpressed in myotube to analyze glucose uptake and its pathway that AKT/AS160 activation. To determine whether AMPK mediates AKT/AS160 pathway-induced by acute endurance exercise in rat skeletal muscle, dominant negative (DN)-AMPK was overexpressed in epitrochlearis (Epi) using electrical pulse mediated gene transfer (electroporation, EPO) method before 2 weeks for swimming exercise. We found AMPK activation increases a glucose uptake via insulin independent manner in myotube, these result was induced by AS160 activation, but not AKT. We also found AMPK is not essential for AKT/AS160 activation induced by acute endurance exercise in rat skeletal muscle. In conclusion, AMPK mediates AS160 activation without AKT, and endurance exercise can mediates AKT/AS160 pathway in muscle without AMPK activation.
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