트레드밀 지구성 운동이 미토콘드리아 기능 개선에 따른 초기 알츠하이머 질환에 미치는 영향

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 알츠하이머질환 모델 생쥐를 대상으로 12주간의 지구성 트레드밀 운동이 미토콘드리아 기능개선에 미치는 효과를 확인하기 위해 수행되었다. 먼저 알츠하이머질환 모델 생쥐를 비 형질전환 집단[non-tg control : NTC(n=5)], 형질전환 비교집단 [tg-control : TC(n=5)]과 형질전환 운동집단[tg-exercise : TE(n=5)]인 총 3집단으로 나뉘고 TE 집단은 12주간 트레드밀 운동을 실시하였다. 또한 인지기능 능력을 측정하기 위해 수중미로검사를 실시하였으며 뇌의 미토콘드리아 베타아밀로이드 단백질과 신경세포사멸 관련 단백질, 미토콘드리아 분해 및 융합관련 단백질들을 확인하였다. 먼저 운동후 인지기능 능력을 측정한 결과 NTC 집단과 비교하여 TC집단은 인지기능이 유의하게 감소되었지만 TE집단은 TC집단과 비교하여인지기능이 개선된 것으로 나타났다. 세포내 독성을 일으키는 미토콘드리아내 배타아밀로이드 단백질은 TC집단에서 증가하여 세포독성이 증가된 것으로 나타났지만 트레드밀 운동을 실시한 TE집단에서 유의하게 감소하는 것으로 나타났다. 베타아밀로이드 단백질의 감소는 신경세포사멸에 관련된 단백질을 감소시키고 생존에 관련된 단백질을 증가시켜 결과적으로 신경세포의 생존을 증가시킨 것으로 나타났다. 한편 미토콘드리아 분해 및 융합관련 단백질들은 트레드밀 운동을 통해 미토콘드리아 분해 단백질(Drp1, Fis1)의 발현은 감소되고 융합관련 단백질(Opa1, Mfn1,Mfn2)의 발현은 증가되었다. 이러한 결과를 바탕으로 트레드밀 지구성 운동은 알츠하이머질환 모델 생쥐의 미토콘드리아내 베타이밀로이드 독성단백질을 감소시키고 미토콘드리아 분해의 감소 및 융합을 증가시켜 결과적으로 미토콘드리아의 기능을 개선시켜 인지기능을 향상시키는 효과적인 방법으로 생각된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The aim of this study is to investigate the effects of treadmill exercise on Aβprotein, mitochondrial dynamic function and neuronal cell survival of brain mitochondria in transgenic mice model of Alzheimer's disease. Fifteen transgenic mice of Alzheimer's disease were divided into three groups: (1) Non Tg control(NTC, n=5), (2) Tg control(TC, n=5) and (3) Tg-exercise(TE, n=5). TE mice group was subjected to treadmill exercise on a treadmill for 12 weeks(15m/min, 60min/day, 5day/week). And then, brain cortex mitochondria were evaluated to determine whether any changes in the Aβ-42, neuronal cell survival-related proteins, Sirt-3, SOD-2, mitochondrial dynamic-related proteins.
Our results demonstrated that treadmill exercise decreased Aβ-42 and mitochondiral fission proteins(Drp-1, Fis-1) in the brain mitochondria. In addition, treadmill exercise increased Sirt-3, SOD-2 and mitochondrial fussion proteins(Mfn-1, Mfn-2, Opa-1) and neuronal cell survival factors(Bcl-2/Bax ratio, mito-cytochrome c/ cyto--cytochrome c ratio) in the brain mitochondria. Moreover, treadmill exercise improved spatial learning and cognitive function in TE group. Taken together, these results suggest that treadmill exercise protect against Aβ-induced imbalance of mitochondrial dynamic function and neuronal