BCAA Metabolism Modulates Lipogenic and Thermogenic Gene Expression in Brown Adipose Tissue of Obese Mice = 비만 마우스의 갈색 지방 조직에서 BCAA 대사가 지방 생성 및 열 발생 유전자 발현을 조절

국문 초록 (Abstract)

분지사슬아미노산（branched-chain amino acids, BCAAs）은 대사질환과 밀접하게 연관되어 있으나, 갈색지방조직（brown adipose tissue, BAT）의 기능에서 BCAA가 수행하는 역할은 아직 명확하게 밝혀지지 않았다. 본 연구에서는 생체 내에서 식이 BCAA 수준이 BAT 기능과 전신 대사에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. 마우스에 정상 조건 또는 고지방식이（high-fat diet, HFD）로 유도된 비만 조건에서 저 BCAA 식이 또는 고 BCAA 식이를 급여하였으며, 포도당 내성 검사（glucose tolerance test, GTT）, 인슐린 내성 검사（insulin tolerance test, ITT）, 저온 내성 검사（cold tolerance test, CTT）, 혈청 생화학적 분석 및 조직학적 분석을 통해 대사 지표를 평가하였다.
정상 조건에서는 식이 BCAA 수준에 따른 유의한 대사적 변화가 관찰되지 않았다. 반면, HFD 유도 비만 조건에서 저 BCAA 식이를 섭취한 마우스는 GTT 반응이 개선되었으며, CTT 동안 체온 유지 능력이 증가하여 포도당 내성과 열발생 능력이 향상된 것으로 나타났다. 이러한 결과는 BCAA 제한이 정상 조건에서는 대사에 미치는 영향이 미미하지만, 비만 조건에서는 BAT 매개 열발생을 증가시킴으로써 대사 기능을 개선할 가능성이 있음을 보여준다.
본 연구는 BCAA의 대사적 효과가 생리적·대사적 환경에 따라 달라지는 상황 의존적 특성을 강조하며, 식이 BCAA 제한이 대사질환의 예방 및 중재를 위한 유망한 전략이 될 수 있음을 시사한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Branched-chain amino acids （BCAAs） are closely associated with metabolic disorders; however, their role in the function of brown adipose tissue （BAT） remains unclear. This study aimed to evaluate the effects of dietary BCAA levels on BAT and systemic metabolism in vivo. Mice were fed low or high-BCAA diets under either normal or high-fat diet （HFD）-induced obese conditions, and metabolic parameters were assessed using glucose tolerance test （GTT）, insulin tolerance test （ITT）, and cold tolerance test （CTT）, along with serum biochemical and histological analyses. Under normal conditions, dietary BCAA levels did not significantly affect metabolic outcomes. In contrast, under HFD-induced obesity, mice fed a low-BCAA diet showed improved glucose tolerance and enhanced thermogenic capacity, as evidenced by improved GTT responses and increased temperature maintenance during CTT. These findings indicate that BCAA restriction has minimal effects under normal conditions but improves metabolic function under obesity, potentially through enhanced BAT-mediated thermogenesis. This study highlights the context-dependent role of BCAAs and suggests that dietary BCAA restriction may represent a promising strategy for metabolic disease intervention.

목차 (Table of Contents)

• TABLE OF CONTENTS
• LIST OF TABLES iii
• LIST OF FIGURES iv
• 1. INTRODUCTION 5
• 2. Materials and methods 10
• 2.1. Antibodies and chemicals 10
• 2.2. Mice and diets 10
• 2.3. Metabolic studies （Serum metabolites, GTT, ITT） 11
• 2.4. Cold tolerance assay 12
• 2.5. Reverse transcription qPCR 12
• 2.6. Western blot analysis 13
• 2.7. AAV preparation and injection 13
• 2.8. Statistical analysis 16
• 3. RESULT 17
• 3.1. Dietary BCAA composition has minimal metabolic impact in non-obese mice 17
• 3.2. Effects of dietary BCAA composition on metabolic signaling and the expression of lipolytic, thermogenic, and lipogenic regulators in BAT 18
• 3.3. Dietary BCAA composition exerts substantial metabolic effects in HFD-induced obese mice 19
• 3.4. Molecular regulation of lipolytic and thermogenic pathways in BAT by dietary BCAA levels 21
• 3.5. Establishment of a BAT-targeted Ppm1k gene-knockout model using Cre-dependent Cas9-GFP mice 22
• 4. DISCUSSION 35
• 5. LITERATURE CITED 40
• ABSTRACT 44