고지방식이로 유도된 비만 마우스의 해마 및 대뇌피질에서 운동강도에 따른 nNOS 발현의 변화

백경완(Kyung-Wan Baek) 한국생명과학회 2019 생명과학회지 Vol.29 No.1

최근 비만에 의해 과발현된 신경세포형 산화질소 생성효소(neuronal nitric oxide synthase, nNOS)가 정서적 행동을 조절하는 중요한 인자라는 보고되었다. 이와 관련한 최근의 연구에서 운동이 비만에 의해 과발현된 nNOS를 억제하고 정서적 우울감과 항불안 효과를 감소시켰다는 연구결과가 보고되었다. 운동은 nNOS를 억제하여 뇌의 기능을 향상시킬 수 있는 효과적인 전략으로 보이지만 운동은 강도에 따라 면역 반응에 큰 차이가 있다. 따라서 본 연구에서는 고지방식이(high-fat diet, HFD)로 유도된 비만 마우스에서 다른 강도의 운동을 실시하여 해마의 nNOS 발현의 차이를 분석하고자 하였다. 실험동물은 C57BL/6 마우스를 사용하였다. 대조군(CON, n=14)을 제외한 마우스(n=35)에게 6주 동안 60%의 고지방식이를 섭취시켜 비만을 유도하였다. 6주간의 비만유도 기간이 종료된 후 CON과 비만이 유도된 동물 각각 7마리씩 희생하여 비만유도를 확인하는데 사용되었다. 나머지 동물은 8주간의 운동중재 연구에 이용되었다. 이 때 CON을 제외하고 비만이 유도된 동물들은 고지방대조군(HFD) 그리고 저강도운동군(HFD-LI, n=7) 중강도운동군(HFD-MI, n=7) 그리고 HFD-고강도(HFD-HI, n=7)로 나누어졌다. HFD-LI는 12 m/min으로 75분, HFD-MI는 15 m/min으로 60분 그리고 HFD-HI는 18 m/min으로 50분 동안 동물용 트레드밀에서 운동이 수행되었다(동등한 운동량, 900 m). 해마(hippocampus)의 nNOS 단백질의 발현은 CON에 비해 HFD에서 유의하게 높았고(p<0.01), CON과 운동을 실시한 모든 그룹과 차이가 없었다. 하지만 HFD-LI에 비해 HFD-HI가 유의하게 nNOS 발현이 낮았다(p<0.05). 대뇌피질에서는 CON에 비해 HFD에서 유의하게 높았으나(p<0.01), 다른 그룹 간에 차이는 없었다. nNOS의 생성을 조절할 수 있는 인산화된 Akt (pAkt)의 발현이 CON 과 HFD에 비해 운동을 실시한 나머지 그룹 모두에서 유의하게 높았다. 대뇌피질에서의 pAkt의 발현에서는 차이가 모든 그룹 간에 차이가 없었고, 소뇌에서는 CON에 비해 HFD-HI에서 유의하게 높았다(p<0.05). 소뇌에서는 각 그룹 간에 차이가 없었다. 결론적으로 nNOS는 고지방식이와 비만에 의해 과발현된 것으로 보여지고 이를 운동을 통하여 낮출 수 있는 것으로 보여지며, 이 때 운동량이 같다는 가정하에 상대적으로 높은 강도가 효과적일 가능성이 있다. Recent studies reported that obesity upregulated the expression of neuronal nitric oxide synthase (nNOS) and regulated particular behavior patterns in animal models. They also reported that ameliorated the increase in nNOS expression and decreased depression and anxiolytic effects. Thus, exercise seems to be an effective strategy for improving brain function by downregulating nNOS. However, the immune response differs greatly, depending on the exercise intensity. The aim of the present study was to investigate differences in brain nNOS expression in obese C57BL/6 mice that performed exercise of different intensities. Obesity was induced in 6-wks-old mice (n=35) by feeding a 60%-fat diet for 6-wks. A control (CON) group (n=14) was fed a normal diet. At the end of the induction 6-wks period of obesity, seven animals in the CON group and obesity-induced group were sacrificed to confirm obesity induction (preliminary experiments and confirmation of visceral fat accumulation). The remaining animals were then used in an 8-wks exercise intervention. Other than the CON (n=7), the obesity-induced animals were divided into the following groups: high-fat diet (HFD, n=7), HFD-low intensity (HFD-LI, n=7, 12 m/min for 75 min), HFD-moderate intensity (HFD-MI, n=7, 15 m/min for 60 min), and HFD-high intensity (HFD-HI, n=7, 18 m/min for 50 min). The exercise was performed on an animal treadmill. The expression of the nNOS protein in the hippocampus was significantly higher in the HFD group as compared with that in the CON group (p<0.01). However, there was no difference in the hippocampal expression of the nNOS protein in the other exercise groups as compared with that in the CON group. In contrast, nNOS expression in the HFD-HI group was significantly lower than that in the HFD-LI group (p<0.05). The expression of phosphorylated Akt (pAkt) was significantly higher in all the exercise groups as compared with that in the CON and HFD groups. There was no difference in the expression of pAkt in the cerebral cortex among groups, and the expression of pAkt in the cerebellum was significantly higher in the HFD-HI group as compared with that in the CON group (p<0.05). There were also no between-group differences in pAkt expression in the cerebellum among the various exercise groups. In conclusion, nNOS seems to be overexpressed in response to obesity, and it appears to be downregulated by exercise. Relatively high-intensity exercise may be effective in improving brain function by downregulating nNOS.

고지방식이가 쥐의 Type-I 근육손실에 미치는 영향

백경완(Kyung-Wan Baek),차희재(Hee-Jae Cha),박정준(Jung-Jun Park) 한국생명과학회 2013 생명과학회지 Vol.23 No.12

‘지질독성’이라는 용어는 근육과 같은 지방세포가 아닌 조직에서 여분의 지질 축적이 어떻게 세포의 기능저하와 괴사를 유도하는지를 설명하는데 사용되어 왔다. 고지방을 투여한 근세포 배양에서 지질독성이 확인된 바는 있지만, 생체 내 시험에서, 특히 지질독성에 의해 대사적으로 영향을 받는 Type-I 근육에서 이러한 결과가 확인된 바는 없다. 이 연구의 목적은 고지방식이가 쥐의 Type-I 근육의 형태학적 변화와 세포사멸 단백질 발현에 어떠한 영향을 미치는지를 밝히는 것이다. 이를 위해 6주간 고지방식이와 일반식이를 섭취한 쥐의 Type-I 근육 내 지질축적, 염증반응, 핵 침윤현상, cleaved PARP 단백질 발현을 각각 Oil Red O staining, H & E staining, Western blot을 이용하여 비교 분석하였다. 6주 후 고지방식이 집단에서 지질축적, 염증반응, 핵 침윤현상, cleaved PARP 단백질 발현이 일반식이 집단에서 유의하게 증가하였다. Type-I 근육량은 일반식이 집단에 비해서 고지방식이 집단에서 낮은 경향을 보였으나 통계적으로 유의하지는 않았다. 이러한 결과는 고지방 식이가 지질독성에 의해 Type-I 근육의 세포괴사를 유도한다는 것을 의미하며, 이는 고지방 섭취가 직접적으로 근 감소증과 관련이 있음을 시사한다. The term lipotoxicity has been used to describe how excess lipid accumulation leads to cellular dysfunction and death in non-adipose tissues, including skeletal muscle. While lipotoxicity has been found in cultured skeletal muscle cells with high-fat feeding, the consequences of lipotoxicity in vivo are still unknown, particularly in Type-I muscle, which is metabolically affected by lipotoxicity. The aim of this study was to investigate the effects of a high-fat diet on changes in the morphology and apoptotic protein expression of Type-I muscle loss in rats. The rats were fed either a high-fat diet or a normal diet for six weeks, and then lipid accumulation, inflammation response, and nucleus infiltration were measured, and PARP protein expression was cleaved by Oil Red O staining, H & E staining, and Western blot, respectively. Lipid accumulation, inflammation response, nucleus infiltration, and cleaved PARP protein expression were significantly (p<0.05) higher in the high-fat diet group than they were in the normal diet group. The weight of Type-I muscle tended to be lower in the high-fat diet group compared to the normal diet group, but the difference was not statistically significant. These results indicate that a high-fat diet triggers cell death in Type-I muscle via lipotoxicity, which suggests that a high-fat diet may be associated with sarcopenia.

서러브레드 경주마와 제주마의 경주 능력 향상을 위한 유전체 분석 전략

백경완(Kyung-Wan Baek),김정안(Jeong-An Gim),박정준(Jung-Jun Park) 한국생명과학회 2018 생명과학회지 Vol.28 No.1

말을 활용한 경주는 고대 유럽의 여러 국가들에서 마차 경주 혹은 산악 경주 등의 형태로 이루어졌으며, 고대 그리스 올림픽에서 마차 경주가 정식 종목으로 채택되었다. 서러브레드종은 17세기부터 속도, 체력, 그리고 경주능력을 위해 선택적으로 교배되었다. 그 결과, 18세기부터 귀족들이 향유하는 스포츠로서 서러브레드종을 활용한 경주가 시행되었다. 이후 여러 국가에서 각기 다양한 형태로 발달하여 현재 크게 평지 경주, 장애물 경주, 마차 경주 등으로 발달하였다. 서러브레드 경주마는 300여 년 동안 강력한 선발 육종 전략에 의하여 선택되어 왔기에, 현재 우수한 경주 능력을 갖추고 있다. 말산업은 번식, 조련, 경마 등을 통하여 막대한 경제적 효과를 유발하기에, 말의 경주 능력을 유지하고 극대화하는 것이 필요하다. 최근에 많은 양의 게놈 데이터를 처리하기 위해 차세대 시퀀싱(Next Generation Sequencing; NGS)이 개발되었으며, 이 분석 기술의 현저한 발전을 토대로 우수한 형질을 가진 동물 육종 전략을 쉽게 수행 할 수 있게 되었다. 따라서 뛰어난 경주 능력을 가진 경주마를 선발 육종하기 위해서는 최신 유전체 분석 기술을 활용하는 전략이 필요하다. 본 논문에서는 경주마의 경주 능력을 향상시키기 의한 유전체 분석의 현재의 노력을 알아보고, 마지막으로 경주마와 제주마에서 유전체 분석을 활용하는 전략을 제안할 것이며, 대한민국의 생명자원인 제주마의 선발 육종 전략을 제안할 것이다. 말 산업은 기술, 사회 및 경제분야에서 인간에게 강력한 파급 효과를 주는 동물 중 하나이다. 우리는 국내 고부가가치 말의 원천적인 유전 정보를 확보하고 선발 육종 할 수 있는 체계적인 기술을 확립하여 생산, 연구 업무 등에 대한 일자리 확보에 기여 할 수 있기를 기대한다. In ancient times, horse racing was done in ancient European countries in the form of wagon races or mountain races, and wagon racing was adopted as a regular event at the Greek Olympic Games. Thoroughbred horse has been bred since 17th century by intensive selective breeding for its speed, stamina, and racing ability. Then, in the 18th century, horse racing using the Thoroughbred species began to gain popularity among nobles. Since then, horse racing has developed into various forms in various countries and have developed into flat racing, steeplechasing, and harness racing. Thoroughbred racehorse has excellent racing abilities because of powerful selection breeding strategy for 300 years. It is necessary to maintain and maximize horses" ability to race, because horse industries produce enormous economic benefits through breeding, training, and horse racing. Next-generation sequencing (NGS) methods which process large amounts of genomic data have been developed recently. Based on the remarkable development of these genomic analytical techniques, it is now possible to easily carry out animal breeding strategies with superior traits. In order to select breeding racehorse with superior racing traits, the latest genomic analysis techniques have to be introduced. In this paper, we will review the current efforts to improve race performance for racehorses and to examine the research trends of genomic analysis. Finally, we suggest to utilize genomic analysis in Thoroughbred racehorse and Jeju horse, and propose a strategy for selective breeding for Jeju horse, which contributes job creation of Korea.

고지방식이로 유도된 비만 마우스의 지방조직에서 일회성 운동이 대식세포 표현형 비율 변화에 미치는 영향

백경완 ( Kyung-wan Baek ) 한국운동생리학회(구 한국운동과학회) 2018 운동과학 Vol.27 No.3

PURPOSE: Exercise in known to inhibit M1 macrophage (M1ф) differentiation, and increase in M2 macrophage (M2ф) and inhibition of M1ф in adipose tissue are known to reduce obesity. However, studies on the effects of exercise are very limited and it has not yet confirmed whether the polarization of M1ф/M2ф actually changes. Therefore, I tried to confirm the M1ф/M2ф polarization in the real change in single bout of exercise. METHODS: Male C57BL/6 mice were divided into four groups; normal diet (ND) control (n=7), ND exercise (n=7), high-fat diet (HFD) control (n=7), and HFD exercise (n=7) groups. All exercise mice ran on a treadmill at 15 m/min for 60 minutes for single bout. All animals were sacrificed two hours after single-bout of exercise and adipose tissue was isolated. Adipocytes were extracted from isolated adipose tissue and FACS was performed. RESULTS: Single bout of exercise in high-fat diet induced obese mice did not actually increase M2ф polarization in adipose tissue. Rather, the expression of M1ф was significantly higher than that of the other groups. However, expression of M2ф-related genes (Arg1) was highest in HFD-EX compared to ND control and HFD control. CONCLUSIONS: Despite the increase of M1ф due to obesity, the expression of M2ф-related gene Arg1 was found to be increased by exercise regardless of the high-fat diet. These results suggest for the first time that a single bout of exercise can independently affect the change in M1ф/M2ф phenotypic ratio regardless of obesity or high-fat diet.

운동과 면역에 대한 고찰: 기회감염과 열린 창 가설

백경완 ( Kyung-Wan Baek ),김지석 ( Ji-Seok Kim ),원종화 ( Jong-Hwa Won ),권선옥 ( Sun-Ok Kwon ) 중앙대학교 학교체육연구소 2022 Asian Journal of Physical Education of Sport Scien Vol.10 No.6

Recent studies have revealed that the immunosuppression phenomenon (increase in opportunistic infections) does not occur due to high-intensity exercise. Nevertheless, the “open window hypothesis” that high-intensity exercise temporarily lowers immunity is commonly accepted. In this review, the studies that contributed to the formation of these myths were reviewed, and an in-depth discussion was attempted. In addition, based on recent studies it has been shown that there is a significant gap between these myths and reality. In conclusion, temporary immunological changes due to exercise do not clinically mean a decrease in immunity but rather a phenomenon to strengthen the immune surveillance system. Therefore, there is no need to worry about the immunosuppression caused by exercise, and it is highly recommended to exercise regularly, paying attention to the various health benefits of exercise.

8주간의 복합운동이 80세 이상 초고령 여성 노인의 근력 및 신체기능 개선에 미치는 효과

김인규 ( In-gyu Kim ),백경완 ( Kyung-wan Baek ),성창수 ( Changsu Sung ),유준일 ( Jun-il Yoo ),김지석 ( Ji-seok Kim ) 한국운동생리학회(구 한국운동과학회) 2020 운동과학 Vol.29 No.1

PURPOSE: The purpose of this study was to determine whether combined exercise-mediated acquisition on the body composition, muscular strength, blood variables and physical fitness occur in female elderly aged over 80 years. METHODS: Total 63 elderly (Control group, CON, n=36; Exercise group, EXE, n=27) aged between 80 and 90 years participated in this study. EXE group performed combined exercise for an hour at a time, twice a week for 8 week. RESULTS: Body composition was not significantly changed before and after 8-week treatment in both groups. However, systolic blood pressure was increased and HDL-cholesterol was decreased in CON group. Also, muscular strengths in quadriceps femoris, biceps femoris and triceps brachii were significantly decreased in CON group, while there was no statistical change in EXE group. Fasting blood-glucose in EXE group was significantly decreased. Physical-fitness factors determined by senior fitness test were all significantly improved only in EXE group, while there was no change in CON group. These results suggest that combined exercise is very effective prescription in the super-aged elderly. CONCLUSIONS: Combined exercise is very effective prescription in the super-aged elderly. Based on our study, we propose that need to develop various programs using combined exercise for super-aged elderly.

국내 남자 프로농구 선수의 포지션별 체력 및 등속성 근기능 비교

조성원(Cho, Sung-Won),한형래(Han, Hyung-Rae),백경완(Baek, Kyung-Wan),박정준(Park, Jung-Jun) 한국코칭능력개발원 2019 코칭능력개발지 Vol.21 No.2

뉴스포츠 체육수업이 고등학생의 건강체력 개선에 미치는 생리학적 효과

하병주 ( Byeong-ju Ha ),이동진 ( Dong-jin Lee ),백경완 ( Kyung-wan Baek ),강형숙 ( Hyung-sook Kang ),김지석 ( Ji-seok Kim ) 중앙대학교 학교체육연구소 2021 Asian Journal of Physical Education of Sport Scien Vol.9 No.5

본 연구의 목적은 뉴스포츠를 활용한 체육수업이 고등학생의 성별과 과체중에 따른 신체 구성 및 건강 관련 체력 변화에 미치는 영향을 조사하는 것이다. 남녀 고등학생 총 329명(남학생 250명, 여학생 79명)을 대상으로 체성분을 측정하여 정상체중 군과 과체중 군으로 구분하였고, 각 그룹은 17주 간 뉴스포츠 또는 일반 스포츠를 활용한 체육 수업을 진행했다. 뉴스포츠 체육수업은 상대적으로 신체활동 수준이 낮은 과체중 학생 및 여학생의 체중, 체질량 지수 및 체지방률 감소에 효과가 있었다. 또한 뉴스포츠를 활용한 체육수업은 정상체중 학생의 근육량을 늘려 기초 대사율을 향상시키는 것으로 나타났다. 뉴스포츠 체육수업은 근력에는 큰 변화를 일으키지 못했지만 과체중에 관계없이 모든 남학생과 여학생의 심폐 지구력이 크게 향상되었다. 본 연구의 결과는 뉴스포츠가 학생들의 체육수업 참여를 유도 및 증가시키고 운동 참여가 부족한 고등학생 및 여학생의 건강을 향상시키는 좋은 운동이 될 수 있음을 보여준다. The purpose of this study was to investigate the effects of physical education classes using new-sport on the changes of body composition and health-related fitness of high-school students according to the gender and overweight. By evaluating body composition on 329 high-school students including 250 male and 79 female students, participants were divided into normal weight group and overweight group. 17 weeks of physical education classes using new-sport or general sports were conducted by each group. New-sport physical education classes have improved body weight, body mass index(BMI), and percent body fat in overweight male students and in normal weight female students. In addition, new-sport physical education classes has improved basal metabolic rate by increase of muscle mass in both gender of normal weight students. Although new-sport physical education classes did not induce any significant changes in muscular strength, aerobic capacity was improved significantly in both gender of students regardless of their overweight. The current result has shown that the new-sport can be a solution to improve physical fitness of female students and overweight male students by enhancing participation in physical education classes.