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문제 정의
- 그러나 알츠하이머 질환의 증후인 뇌(해마, 대뇌피질)의 A P-42 단백질의 침적이 신경퇴행성 질환의 병리적 분자표현형 단백질들인 BDNF, GLUT」과 HSP-70의 기능 감소와 관련 성이 있는지는 명확하게 규명되지 않은 상태 이며 특히 이 연구에서 활용한 APPsw 알츠하이머 질환 모델생쥐에게서 발 생하는지와 함께 지구성 운동이 알츠하이머 질환 관련 이들 병리적 분자표현형 단백질들에 미치는 영향에 관한 연구는 부족한 상태이다. 따라서 이 연구는 APPsw 돌연변이 (mutants)를 neuron-specific enolase (NSE) 유전자의 프로모 터 조절 하에 연결시킨 융합 유전자(pNSE/hAPPsw fusion gene)를 가진 알츠하이머 질환 모델생쥐를 대상으로 16주간 지구성 운동이 인지능력 개선 및 알츠하이머 질환의 주병변인 AP-42 단백질을 포함해 병리적 관련 분자 표현형 단백질 인 BDNF, GLUT】과 HSP-70 발현에 미치는 영향을 분석하 는데 목적이 있다.
- 특히 약물이 아닌 신체활동을 통한 알츠하이머 질환의 뇌 신경세포 보호 작용 은 규명되지 않은 상태이다. 따라서 이 연구는 알츠하이머 질환 특성을 보이는 APPsw 알츠하이머 질환 모델 생쥐(Tg) 를 활용하여 16주간 지구성 운동이 인지능력과 알츠하이머 질환 관련 뇌의 분자 표현형 단백질들에 미치는 영향을 분석하였다. 먼저 이 연구에서는 APPsw을 neuron-specific enolase (NSE) 유전자의 프로모터 조절 하에 연결시켜 생산된 알츠하이머 질환 모델 생쥐를 대상으로 수중 미로 검사를 실시한 결과 인지 능력에 결함이 있다는 것을 확인하였다.
- 반면 지구성 운동 수행에 의해 non-Tg와 Tg 집단 모두 GLUT-1 단백질 발현량이 증가하였는데 특히 Tg 운동집단의 경우 Tg 비교집단에 비해 증가한 것으로 나타났다. 이러한 결과는 뇌의 Ap-42 단백질 발현량 감소와 함께 인슐린의 민 감도가 개선되어 효율적인 인슐린 신호전달이 유발되어 대 뇌의 글루코스 활용 능력이 개선되어 나타난 현상으로 볼 수 있는데 이 연구에 제시된 혈청 인슐린과 글루코스 수준의 감 소가 그 결과를 뒷받침해 주고 있다.
제안 방법
- 10%와 16.5% separating gel (30% acrylamide: bisacrylamide, 1.5 M tris pH 8.8, 10% SDS, TEMED, 10% ammonium persulfate)과 5% stacking gel (30% aciyiamide: bisacrylamide, 1 M tris pH 6.8, 10% SDS, TEMED, 10% ammonium persulfate)을 만들어 사용하였다. 원심분리(15,000 rpmz 20분)한 상층액과 SDS loading buffer (60 mN tris pH 6.
- 12개월 된 hAPPsw 알츠하이머 질환 모델생쥐와 동일 연 령의 non-Tg 생쥐를 대상으로 인지 능력의 변화를 알아보기 위해 수중 미로 검사를 실시하였다. 수중 미로 검사는 창문과 공기가 잘 통하고 실험 테이블이 준비된 실험실에서 실시하였다.
- 1% Bromophenol Blue를 잘 혼합한 후 100℃에서 10분간 끓여 단백질을 변성시킨 후 식혀서 다시 15,000 rpm으로 20 분간, 4℃에서 원심분리하였다. Standard marker (SDSPAGE Molecular Weight Standards, Bio-Rad)와 함께 각 샘 플을 Mini-Protein U dual-slab apparatus (Bio-Rad, USA)에 준비된 stacking gel well과 동일한 총 단백질량(50 μg)이 되 도록 분주한 후 80 volt에서 2시간 정도 샘플이 바닥에 닿을 때까지 전기 영동하였다.
- 4mg/g)을 이용하여 희생시켜 뇌 조직을 적출하여 무게를 측정하고 PBS로 충분히 세척한 후 액화질소에 냉동시켜 분석 시까지 -7아C의 초 냉동기에 보관하였다. 뇌 조직은 Western blot 분석을 위해 저울(balance Ly-200, Ymato, Japan)로 측정하여 자른 다음 lysis buffer ［0.1 M K phosphate/0.5 M EDTA (pH 7.2), 냉장보관］ 1 ml을 넣어 얼음 속에서 조직을 균질화(homogenizer, PYREX 7725~16, Coming, USA)하였다. 균질화 된 조직은 미리 얼음에 재워 둔 1.
- 알츠하이머 질환은 신경퇴행성 질환으로 노령 인구에서 뿐만 아니라 30~60세 사이에서도 상염색체성우성형으로 발생하여 사회문제로 대두되고 있으며 발병기전도 명확하게 규 명되지 않은 상태이다. 따라서 이 연구에서는 hAPP695sw 돌연변이를 neuron-specific enolase (NSE) 유전자의 프로모 터 조절 하에 연결시킨 융합 유전자(pNSE/APP695sw fusion gene)를 과 발현시킨 알츠하이머 질환 모델생쥐를 대상으로 16주간 지구성 운동에 따른 알츠하이머 질환 모델생쥐 의 인지능력의 변화와 주병변인 AP-42 단백질과 함께 GLUT-1, BDNF, HSP-70 단백질의 발현량을 분석하였다. 그 결과 지구성 운동은 APPsw 알츠하이머 질환 모델생쥐의 인 지능력을 개선시키는데 긍정적인 영향을 미친 것으로 나타 났으며 이러한 인지능력의 개선은 알츠하이머 질환의 주 병 변인 뇌의 Ap~42 감소뿐만 아니라 BDNF, GLUT、과 HSP-70 단백질의 발현 증가와 관련이 있음을 확인하였다.
- 1차 항체인 anti-BDNF (Santa Cruz Biotechnology/ sc-546, CA, USA), anti-GLUT-1 (Santa Cruz Biotechnology, sc-7903, CAZ USA), anti-HSP70 (Santa Cruz Biote나mology, sc-24, CA, USA)와 anti-Ap-42 (Chemicon, MAB1561, MS, USA)는 1:1,000으로 blocking (5 % skim milk) 용액으로 각각 희석시켜 1시간 반 동안 흔들어 주고 난 다음 TNT 용액으로 10분씩 3차례 세척한 후 2차 항 체 (horseradish peroxidase -conjugated goat anti-rabbit ZYMED, 65-6120, CA, USA; horseradish peroxidase-conjugated goat anti-mousez Santa Cruz Biotechnology, sc-2005z CA, USA)를 Blocking 용액으로 1:3,000으로 희석시켜 1시간 동안 흔들어 주고 난 다음 INT 용액으로 10분씩 3차례 세척 하였다. 마지막 단계로 ECL substrate 용액(Santa Cruz, Biotechnology, USA)에 membrane을 넣고 5분간 발색시키고 얻어진 membrane을 Bio-Rad ChemiDoc XRS 시스템을 활용 하여 Ap-42z BDNF, GLUT」과 버SP-70 단백 질량을 산출하였 으며 총 단백질 량은 BSA (bovine serum albumin, 570 nm)을 이용하여 정량하였다.
- 이들 실 험모델동물들의 수영거리(escape distance), 수영속도(escape velocity), 수영시간(escape latency)과 수영유형 (swimming pattem)을 수조 바로 위 천정에 설치 연결된 컴퓨터 프로그램 인 SMART-CS 프로그램 (Panlab, Barcelona, Spain)을 활용하여 실험처치 전과 16주 실험처치 후 2회 측정 - 분석하였다. 수중 미로 검사는 각 회씩 주 5일 동안 실시하였으며 매일 같은 위치에서 출발하여 3회씩 동물이 동일한 위치에 놓인 표적에 도달하도록 연습시킨 후 마지막 6일째 표적을 없앤 후 동일한 출발 위치에서 수영을 시작하여 3회 표적에 도달한 결과를 실험결과 값으로 활용하는데 이때, 실험결과 값으로 60초 이내에 생쥐가 숨겨진 표적을 찾을 경우에만 활용하였다. 각 검사 실시간에 최소한 5분간의 간격을 두었다'
- 실험모델동물은 16주간 실험처지 24시간 후 pentobarbital (0.4mg/g)을 이용하여 희생시켜 뇌 조직을 적출하여 무게를 측정하고 PBS로 충분히 세척한 후 액화질소에 냉동시켜 분석 시까지 -7아C의 초 냉동기에 보관하였다. 뇌 조직은 Western blot 분석을 위해 저울(balance Ly-200, Ymato, Japan)로 측정하여 자른 다음 lysis buffer ［0.
- 알츠하이머 질환 모델생쥐(Tg)와 비형질전환생쥐(non-Tg) 를 대상으로 rodent 트레드밀 (8Lanes, Dae-myung Scientific Coz Ltd, Korea)을 이용하여 지구성 운동을 시키기 위해 1주 일 정도 사전적응 훈련(20분 동안 15 cm/sec, 주 7일)을 실시 하였으며 본 실험에서는 알츠하이머 질환 모델생쥐의 운동 수행능력을 고려하여 Cho 등同의 운동 프로그램을 근거로 수정하여 실온(22~24℃)에서 주 5일 16주간 실시하였다, 운 동 프로토콜은 Table 1과 같다.
- 장비로는 원형수조(지름 150 cmx높이 12 cm)안에 표적 (targ안)이 보이지 않도록 하기 위해 수조 안에 물(22~25℃)을 받아 전지분유를 풀어 넣어 용해시킨 후 물표면 바로 1 cm 정도 떨어진 수조바닥에 표적(지름 12 cm)을 놓는다. 이들 실 험모델동물들의 수영거리(escape distance), 수영속도(escape velocity), 수영시간(escape latency)과 수영유형 (swimming pattem)을 수조 바로 위 천정에 설치 연결된 컴퓨터 프로그램 인 SMART-CS 프로그램 (Panlab, Barcelona, Spain)을 활용하여 실험처치 전과 16주 실험처치 후 2회 측정 - 분석하였다. 수중 미로 검사는 각 회씩 주 5일 동안 실시하였으며 매일 같은 위치에서 출발하여 3회씩 동물이 동일한 위치에 놓인 표적에 도달하도록 연습시킨 후 마지막 6일째 표적을 없앤 후 동일한 출발 위치에서 수영을 시작하여 3회 표적에 도달한 결과를 실험결과 값으로 활용하는데 이때, 실험결과 값으로 60초 이내에 생쥐가 숨겨진 표적을 찾을 경우에만 활용하였다.
대상 데이터
- In addition, the insulin concentrations (B) were measured using the ultra-sensitive assay procedure and reagents in the Insulin ELISA kit. Five mice were assayed in triplicate. Values shown represent the mean±SD.
- 이 연구에서 활용한 알츠하이머 질환 모델동물은 식약청 국립독성 연구소 실험 동물 자원실에서 생산된 12개월 된 수 컷 pNSE/hAPPsw 알츠하이머 질환 모델생쥐(Tg: n=10)와 동일한 어미의 같은 배에서 출생한 수컷 비 형질전환 생쥐 (non-Tg: 护10)를 제공받아 활용하였으며 집 단은 non-Tg 비 교집 단(n=5, 23.44+1.20 옴), non-Tg 운동집 단(n=5, 23.82+1.16 g), 알츠하이머 질환 모델생쥐(Tg) 비교집단(n느5, 24.72±1.40 g)과 알츠하이머 질환 모델생쥐(T옹) 운동집단(n=5, 23.38±0.28 g), 4집단으로 구분하였다.
데이터처리
- 실험처치 전 APPsw 알츠하이머 질환 모델생쥐와 non-Tg의 인지능력 ［유영 거리 (escape distance), 유영 속도(escape velocity)z 유영시간(escape latency)］의 차이를 검증하기 위하여 독 립 t-검증(independent t-test)을 실시하였으며 16주간 실험처 치 후 인지능력의 개선 효과가있는지를 검증하기 위해 일원 변량분석을 실시하였으며 분석결과 유의한 차이가 있을 경우 LSD (least significant 击推的ic0)검증을 실시하였다. 나머지 분자표현형 단백질의 경우 운동집단(non-Tg와 Tg)간 및 조 건(운동수행여부)간에 따른 차이가 있는지를 검증하기 위해 이원변량분석(집단X운동수행여부)을 실시하였으며 상호작 용 효과가 있을 경우 그 차이를 구체적으로 확인하기 위하여 독립 t-검증을 실시하였다. 이때, 가설 수락기준은 片0.
- 0 SPSS 통계 프로그램을 이용하여 기술 통계치(mean土SD)를 산출하였다. 실험처치 전 APPsw 알츠하이머 질환 모델생쥐와 non-Tg의 인지능력 ［유영 거리 (escape distance), 유영 속도(escape velocity)z 유영시간(escape latency)］의 차이를 검증하기 위하여 독 립 t-검증(independent t-test)을 실시하였으며 16주간 실험처 치 후 인지능력의 개선 효과가있는지를 검증하기 위해 일원 변량분석을 실시하였으며 분석결과 유의한 차이가 있을 경우 LSD (least significant 击推的ic0)검증을 실시하였다. 나머지 분자표현형 단백질의 경우 운동집단(non-Tg와 Tg)간 및 조 건(운동수행여부)간에 따른 차이가 있는지를 검증하기 위해 이원변량분석(집단X운동수행여부)을 실시하였으며 상호작 용 효과가 있을 경우 그 차이를 구체적으로 확인하기 위하여 독립 t-검증을 실시하였다.
- 이 연구에서 얻어진 모든 자료는 윈도우용 11.0 SPSS 통계 프로그램을 이용하여 기술 통계치(mean土SD)를 산출하였다. 실험처치 전 APPsw 알츠하이머 질환 모델생쥐와 non-Tg의 인지능력 ［유영 거리 (escape distance), 유영 속도(escape velocity)z 유영시간(escape latency)］의 차이를 검증하기 위하여 독 립 t-검증(independent t-test)을 실시하였으며 16주간 실험처 치 후 인지능력의 개선 효과가있는지를 검증하기 위해 일원 변량분석을 실시하였으며 분석결과 유의한 차이가 있을 경우 LSD (least significant 击推的ic0)검증을 실시하였다.
성능/효과
- 3. (A)에서 보는 바와 같이 AP-42 단백질 발현량의 경우 상호 작용 효과 (F=0.121z pVO.Ol)가 있는 것으로 나타나 사후 검증한 결과, non-Tg 비교집단은 Tg 비교집단과 p<0.01 수준에서 차이가 있는 것으로 나타났으며 non-Tg 운동집단과 Tg 비교집단 간 에도 p<0.001 수준에서 차이가 있는 것으로 나타났다. 또한 Tg 비 교집 단과 Tg 운동집단 간에도 p<0.
- 16주간 지구성 운동이 혈청 글루코스와 인슐린 수준에 미치는 영향을 변량 분석한 결과, Hg- 4. (A)에서 보는 바와 같이 혈청 글루코스 수준의 경우 상호 작용 효과가 없는 것으로 나타나 주 효과를 검증한 결과 집단 간에 차이(F=30.569, pVO.Ol)가 있는 것으로 나타났으며 운동수행 여부 간에도 차 이(F드21.958, 任0.01)가 있는 것으로 나타났다. Fig.
- 1. (A, B)에서 보는 바와 같이 APPsw 알츠하이머 질환 모델생 쥐 집단(33.92EL03 sec) 이 non-Tg 집단(17.92±202 sec)에 비해 유영시간이 훨씬 더 긴 것으로 나타났으며(t=7.03L p<0.001) 유영거리도 Tg 집단(645.58±27.33 cm)이 non-Tg 집 단(4435±489L cm)보다 더 긴 것으로 나타나 집단 간에 유의한 차이 (t=3591, p<0.001)7} 있는 것으로 나타났다. 반면 유 영속도에서는 집단 간에 차이가 없는 것으로 나타났다.
- 3. (B)에서 보는 바와 같이 BDNF 단백질 발현량의 경우 상호 작용 효과(F=56.294, pvO.OOl)가 있는 것으로 나타나 사후 검증한 결과 non-Tg 비교집단과 non-Tg 운동집단 간에 p<0.001 수준에서 차이가 있는 것으로 나타났으며 non-Tg 비교집단은 Tg 운동집단과 p<0.001 수준에서 차이가 있는 것으로 나타났다. 또한 non-Tg 운동집 단은 Tg 비교집단과 p<0.
- 3. (C)에서 보는 바와 같이 GLUT-1 단백질 발현량의 경우 상호 작용 효과(F=0,751, p<0.001)7} 있는 것으로 나타나 사후 검증한 결과 non-Tg 비교집단은 non-Tg 운동집단, Tg 비 교집단 간에 각각 p<0.01z p<0.05 수준에서 차이가 있는 것으로 나타났으며 non-Tg 운동집단과 Tg 비교집단은 p<0.001 수준에서 차이가 있는 것으로 나타났다. Tg 운동집단과 Tg 비교집단은 p<0.
- 3. (D)에서 보는 바와 같이 HSP-70 단백질 발현량도 집단 간에 차이 (F=1L91O, p<0.001)가 있는 것으로 나타나 사후 검 증한 결과 non-Tg 비교집단은 non-Tg 운동집단, Tg 비교집단 과 각각 p<0.001 수준에서 차이가 있는 것으로 나타났으며 non-Tg 운동집단은 Tg 비교집단과 p<0.001 수준에서 차이가 있는 것으로 나타났다. Tg 운동집단은 Tg 비교집단간과 p<0.
- (A, 明에서 확인된 바와 같이 인지 능력의 결함을 보이는 Tg 생쥐와 non-Tg 생쥐를 대상으로 16주간 지구성 운동의 효과를 분석하기 위해 변량분석을 실시한 결과, Fig. 2. (A, B)에서 보는 바와 같이 집단 간에 유영시간(F=17,821, p<0.001), 유영거리(5.891, p<0.001)P} 유영속도(F20.046, p사).001)에서 각각 차이가 있는 것으로 나타나 사후 검증을 실시한 결과, 유영거 리(escape distance)의 경우 non-Tg 비교 집단과 non-Tg 운동집단 간에는 차이가 없는 반면 Tg 비교 집 단은 non-Tg 비교집단과 non-Tg 운동집단과 각각 p<0.001 수준에서 차이가 있는 것으로 나타났다. Tg 운동집단은 Tg 비교집단과 pVJ.
- 01)가 있는 것으로 나타났다. Fig. 4(B)에서 보는 바와 같이 인슐린 수준의 경우 상호 작용 효과(F=14.092, pVO.Ol)가 있는 것으로 나타나 사후 검증한 결과, non-Tg 비 교집단은 Tg 비교집단과 p<0.01 수준에서 차이가 있는 것으로 나타났으며 non-Tg 운동집단은 Tg 비교집단과 pVLOl 수 준에서 차이가 있는 것으로 나타났다. 마지막으로 Tg 비교집 단은 Tg 운동집단은 pVO.
- 반면 유 영속도에서는 집단 간에 차이가 없는 것으로 나타났다. 결과적으로 Tg의 경우 알츠하이머 질환 특성인 인지 능력의 보이는 것으로 나타났다.
- 결론적으로 지구성 운동은 APPsw 알츠하이머 질환 모델 생쥐의 인지 능력을 개선시키는데 긍정적인 영향을 미친 것으로 나타났으며 이러한 인지능력의 개선은 알츠하이머 질 환의 주 병변인 뇌의 Ap-42 감소뿐만 아니라 BDNF, GLUT-1과 HSP-70 단백질의 발현 증가와 관련이 있음을 확 인하였다. 따라서 지구성 운동은 약물 처치 이외에 알츠하이 머 질환을 예방하거나 지연시킬 수 있는 전략적인 방법으로 활용할 수 있음을 알 수 있다.
- 따라서 이 연구에서는 hAPP695sw 돌연변이를 neuron-specific enolase (NSE) 유전자의 프로모 터 조절 하에 연결시킨 융합 유전자(pNSE/APP695sw fusion gene)를 과 발현시킨 알츠하이머 질환 모델생쥐를 대상으로 16주간 지구성 운동에 따른 알츠하이머 질환 모델생쥐 의 인지능력의 변화와 주병변인 AP-42 단백질과 함께 GLUT-1, BDNF, HSP-70 단백질의 발현량을 분석하였다. 그 결과 지구성 운동은 APPsw 알츠하이머 질환 모델생쥐의 인 지능력을 개선시키는데 긍정적인 영향을 미친 것으로 나타 났으며 이러한 인지능력의 개선은 알츠하이머 질환의 주 병 변인 뇌의 Ap~42 감소뿐만 아니라 BDNF, GLUT、과 HSP-70 단백질의 발현 증가와 관련이 있음을 확인하였다. 따라서 지 구성 운동은 약물 처치 이외에 알츠하이머 질환을 예방하거 나 지연시킬 수 있는 전략적인 방법으로 활용할 수 있음을 알 수 있다.
- 이러한 원인에 대해서는 명확하게 설명할 수 없어 후속 연구를 통해 이 연구에서 활용 한 APPsw 형질전환 생쥐의 BDNF 단백질 표현형을 다시 분석 , 연구할 필요가 있다. 그러나 non-T응와 Tg 집단 모두 16주 간 지구성 운동수행에 의해서는 현저하게 증가한 것으로 나타났다. 이러한 BDNF 단백질 발현량의 증가는 지구성 운동 자 체가 신경전달시스템, 신경내분비 시스템, 인슐린 유사 성장 인자-1 (insulin like growth factor-1), 혈관내피 성장인자(endothelial derived growth factor)> 활성 화시 켜 나타난 현상으로 볼 수 있는데 Gotman과 Berchtold ［8］, Russo-Neustadt 등［25］ 과 Ding 등［1이의 결과가 뒷받침해 주고 있다.
- 001 수준에서 차이가 있는 것으로 나타났다. 또한 non-Tg 운동집 단은 Tg 비교집단과 p<0.05 수준에서 차이가 있는 것으로 나 타났으며 Tg 비교집단과 Tg 운동집단 간에는 p<0.001 수준 에서 차이가 있는 것으로 나타났다.
- 즉 지구성 운동에 의해 아밀로이드전구단백질(amyloid pre cursor protein) 분해 과정이 조절되거나 혹은 AR 분해율과 제거율이 증가되어 해마와 대뇌피질에 AP 단백질 침적이 감소되어 나타난 결과로 볼 수 있다［2,3,2이. 또한 알츠하이머 질환에서 공통적으로 나타나는 대표적인 증후는 뇌신경 세포 외에 AP -42 단백질 침적에 의한 플라크 형성 및 신경 섬유원 농축이 형성되어 세포사멸을 유도하는 것으로 이러한 뇌에 Ap-42 침적은 인지능력의 감소와 관련성이 높은 것으로 나타났다. 이 연구에서도 Tg 생쥐의 경우 non-Tg 생쥐에 비해 Ap-42 단백질 발현량이 상당히 높은 것으로 나타나 아밀로이드 전 구 단백질(amyloid precursor protein; APP) 유전자를 돌연 변이시켜 생산한 알츠하이머질환 모델 생쥐에게서 A&42의 침적이 약 15배정도 높았으며 아울러 인지능력의 결함을 보 였다는 Hsiao 등［16］의 결과와 일치하는 것으로 나타났다.
- 01 수준에서 차이가 있는 것으로 나타났으며 non-Tg 운동집단은 Tg 비교집단과 pVLOl 수 준에서 차이가 있는 것으로 나타났다. 마지막으로 Tg 비교집 단은 Tg 운동집단은 pVO.Ql 수준에서 차이가 있는 것으로 나타났다.
- 001 수준에서 차이가 있는 것으로 나타났다. 마지막으로 유영시 간(escape latency)의 경우 non-Tg 비교집단과 non-Tg 운동 집단 간에는 차이가 없는 반면 Tg 비교집단은 non-Tg 비교 집단, non-Tg 운동집단 및 Tg 운동집단과 각각 p<0.001 수준 에서 차이가 있는 것으로 나타났다.
- 따라서 이 연구는 알츠하이머 질환 특성을 보이는 APPsw 알츠하이머 질환 모델 생쥐(Tg) 를 활용하여 16주간 지구성 운동이 인지능력과 알츠하이머 질환 관련 뇌의 분자 표현형 단백질들에 미치는 영향을 분석하였다. 먼저 이 연구에서는 APPsw을 neuron-specific enolase (NSE) 유전자의 프로모터 조절 하에 연결시켜 생산된 알츠하이머 질환 모델 생쥐를 대상으로 수중 미로 검사를 실시한 결과 인지 능력에 결함이 있다는 것을 확인하였다. 이러한 결과를 볼 때 이 질환모델 생쥐의 뇌 조직에서 APPsw 유전자의 발현은 알츠하이머 질환의 특성인 인지 능력의 결 함과 관련성이 높다는 것을 알 수 있다.
- 반면 16주간 지구성 운동을 수행시킨 결과 non-Tg 집단과 Tg 집단 모두 현저하게 Ap-42 단백질 발현량이 감소한 것으로 나타났다. 이러한 결과는 Adlard 등［2］과 Cho 등［디의 결과와 일치하는 것으로 이러한 운동수행에 따른 Ap-42 단백질 발현량의 감소는 앞서 설명했듯이 지구성 운동수행에 의해 뇌 세포에 혈액을 통한 산소와 영양물질의 공급이 잘 이루어지거나 아니면 노폐물 및 탄산가스 제거율이 높아져 나타난 현상［3］으로 볼 수 있으며 특히 지구성 운동에 의해 아 밀로이드 전구 단백질의 생성과정 혹은 Ap 분해와 제거율이 조절되거나 증가되어 해마나 대뇌피질에서 AP 플라크 침적 이 감소［2,19］되어 나타난 것으로 볼 수 있다.
- 이와 같이 Tg 비교집단이 non-Tg 비교집단에 비해 HSP-70 단백질 발 현량이 낮은 이유는 Ap42의 침적으로 인해 분자 샤페론들 (HSP-70, HSC 71, GRP-75, 78)의 비정상적인 단백질 입체구 조의 변화가 발생하여 나타난 현상으로 분자 샤페론으로서 세포 보호 작용이 감소됨을 의미 한다. 반면 non-Tg와 Tg 운 동집단의 경우 16주간 운동 후 뇌에서 HSP-70의 발현량이 현저하게 증가하였는데 이러한 결과는 반복적인 운동 수행 의 적응 결과로 나타난 현상으로 Tg의 경우 알츠하이머 질 환으로 인한 세포사멸로부터 뇌세포를 보호한다는 것으로 의미한다. 즉 규칙적인 지구성이 단백질들의 잘못 접힘 (misfolding)과 응집 현상을 억제함으로써 신경세포의 보호 효과가 있음을 추론할 수 있다.
- 이러한 GLUT-1 단백질 감소는 인지 능력 감소에도 영향을 미친다. 반면 지구성 운동 수행에 의해 non-Tg와 Tg 집단 모두 GLUT-1 단백질 발현량이 증가하였는데 특히 Tg 운동집단의 경우 Tg 비교집단에 비해 증가한 것으로 나타났다. 이러한 결과는 뇌의 Ap-42 단백질 발현량 감소와 함께 인슐린의 민 감도가 개선되어 효율적인 인슐린 신호전달이 유발되어 대 뇌의 글루코스 활용 능력이 개선되어 나타난 현상으로 볼 수 있는데 이 연구에 제시된 혈청 인슐린과 글루코스 수준의 감 소가 그 결과를 뒷받침해 주고 있다.
- OOl 수준에서 차이가 있는 것으로 나타났다. 유영속도(escape velocity)의 경우 non-Tg 운동집단은 non-Tg 비교집단과 Tg 비교집단과 각각 pVXOl과 p<0.001 수준에서 차이가 있는 것으로 나타났으며 Tg 비교집단은 non-Tg 운동집단과 Tg 운동집단과 각각 p<0.05와 p<0.001 수준에서 차이가 있는 것으로 나타났다. 마지막으로 유영시 간(escape latency)의 경우 non-Tg 비교집단과 non-Tg 운동 집단 간에는 차이가 없는 반면 Tg 비교집단은 non-Tg 비교 집단, non-Tg 운동집단 및 Tg 운동집단과 각각 p<0.
- 이 연구에서 HSP-70 단백질의 발현량은 non-Tg 비교집단 에 비해 Tg 비교집단이 낮은 것으로 나타나 알츠하이머 질 환일 경우 HSP-70 단백질군의 발현량이 감소되어있다는 Yoo 등［32］의 결과와 일치하는 것으로 나타났다. 이와 같이 Tg 비교집단이 non-Tg 비교집단에 비해 HSP-70 단백질 발 현량이 낮은 이유는 Ap42의 침적으로 인해 분자 샤페론들 (HSP-70, HSC 71, GRP-75, 78)의 비정상적인 단백질 입체구 조의 변화가 발생하여 나타난 현상으로 분자 샤페론으로서 세포 보호 작용이 감소됨을 의미 한다.
- 이와 같이, APP 유전자의 돌연변이에 의한 뇌 Ap-42 단백질 발현량 증가는 인지적 능력 감소μ7］, 뇌 신경세포사I기와 당대사에 문제μ4］를 유발하며 신경세포의 생존에 있어 필수 요소인 뇌신경증식인자(brain derived neurophic factor; BDNF)와 혈액 내 장벽(blood brain barrier)를 통해 글루코스 수송을 담당하는 포도당 수송체-l(glucose transporter-1, GLUTJ)의 발현량이 해마와 대뇌피질에서 현저하게 감소되는 것으로 보고되고 있다［6,7,11,13-15］. 이 연구에서는 Tg 집 단과 non-Tg 집단 간에 뇌신경증식인자(bTain derived neurophic factor: BDNF) 단백질 발현량에는 차이가 없는 것으로 나타나 Wolf 등［2이의 결과와 일치하는 것으로 나타났다.
- 또한 알츠하이머 질환에서 공통적으로 나타나는 대표적인 증후는 뇌신경 세포 외에 AP -42 단백질 침적에 의한 플라크 형성 및 신경 섬유원 농축이 형성되어 세포사멸을 유도하는 것으로 이러한 뇌에 Ap-42 침적은 인지능력의 감소와 관련성이 높은 것으로 나타났다. 이 연구에서도 Tg 생쥐의 경우 non-Tg 생쥐에 비해 Ap-42 단백질 발현량이 상당히 높은 것으로 나타나 아밀로이드 전 구 단백질(amyloid precursor protein; APP) 유전자를 돌연 변이시켜 생산한 알츠하이머질환 모델 생쥐에게서 A&42의 침적이 약 15배정도 높았으며 아울러 인지능력의 결함을 보 였다는 Hsiao 등［16］의 결과와 일치하는 것으로 나타났다.
- 먼저 이 연구에서는 APPsw을 neuron-specific enolase (NSE) 유전자의 프로모터 조절 하에 연결시켜 생산된 알츠하이머 질환 모델 생쥐를 대상으로 수중 미로 검사를 실시한 결과 인지 능력에 결함이 있다는 것을 확인하였다. 이러한 결과를 볼 때 이 질환모델 생쥐의 뇌 조직에서 APPsw 유전자의 발현은 알츠하이머 질환의 특성인 인지 능력의 결 함과 관련성이 높다는 것을 알 수 있다.
- 이와 같이 Tg 비교집단이 non-Tg 비교집단에 비해 BDNF 단백질 발현량이 현저하게 낮은 수준을 보일 것이라 생각되었 으나 차이가 없는 것으로 나타났다. 이러한 원인에 대해서는 명확하게 설명할 수 없어 후속 연구를 통해 이 연구에서 활용 한 APPsw 형질전환 생쥐의 BDNF 단백질 표현형을 다시 분석 , 연구할 필요가 있다.
- 반면 non-Tg와 Tg 운 동집단의 경우 16주간 운동 후 뇌에서 HSP-70의 발현량이 현저하게 증가하였는데 이러한 결과는 반복적인 운동 수행 의 적응 결과로 나타난 현상으로 Tg의 경우 알츠하이머 질 환으로 인한 세포사멸로부터 뇌세포를 보호한다는 것으로 의미한다. 즉 규칙적인 지구성이 단백질들의 잘못 접힘 (misfolding)과 응집 현상을 억제함으로써 신경세포의 보호 효과가 있음을 추론할 수 있다. 그러나 이러한 결과를 보다 확실하게 규명하기 위해서는 세포사멸과 항산화효소 관련 단백질들과 비교 분석하는 후속 연구가 필요하다.
후속연구
- 즉 규칙적인 지구성이 단백질들의 잘못 접힘 (misfolding)과 응집 현상을 억제함으로써 신경세포의 보호 효과가 있음을 추론할 수 있다. 그러나 이러한 결과를 보다 확실하게 규명하기 위해서는 세포사멸과 항산화효소 관련 단백질들과 비교 분석하는 후속 연구가 필요하다.
- 이와 같이 Tg 비교집단이 non-Tg 비교집단에 비해 BDNF 단백질 발현량이 현저하게 낮은 수준을 보일 것이라 생각되었 으나 차이가 없는 것으로 나타났다. 이러한 원인에 대해서는 명확하게 설명할 수 없어 후속 연구를 통해 이 연구에서 활용 한 APPsw 형질전환 생쥐의 BDNF 단백질 표현형을 다시 분석 , 연구할 필요가 있다. 그러나 non-T응와 Tg 집단 모두 16주 간 지구성 운동수행에 의해서는 현저하게 증가한 것으로 나타났다.
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