운동강도의 차이가 60주령된 흰쥐의 Soleus와 EDL에서 Bcl-2, Bax, caspase-3와 DNA 절편화에 미치는 영향 Effects of Exercise Intensity on Bcl-2, Bax, Caspase-3 Protein Level and DNA Fragmentation in Soleus and EDL Muscle on 60 wk SD Rats원문보기
본 연구에서 60 주령된 쥐를 대상으로 8 주간 트레드밀 운동강도와 근섬유 유형에 따른 apoptosis 관련 인자를 연구하였다. 결론적으로 노후된 쥐의 apoptosis 관련 인자는 운동강도와 근육유형에 따라 차이가 났다. EDL이 Soleus보다 apoptosis인자의 변화가 운동강도에 의해 더 민감하게 나타났다. 또한 casepase-3의 발현은 고강도 운동에서 나타났으나 DNA 절편화는 나타나지 않았기에 실질적인 apoptosis는 발생되지 않았다. 이는 노후된 개체의 운동 수행방법으로 고강도 운동은 적합하지 않으며, 고강도 운동상태를 지속할 경우 근섬유의 apoptosis를 유도할 가능성이 있다는 것을 시사한다. 그러므로 추후 실험에서는 운동시간과 빈도에 의한 apoptosis의 time-course impact 관찰과 외재적 경로(caspase independent apoptosis)에서의 apoptosis 관련 단백질 변화에 대한 연구를 통하여 노화에 의한 근손실의 원인 규명이 요구된다.
본 연구에서 60 주령된 쥐를 대상으로 8 주간 트레드밀 운동강도와 근섬유 유형에 따른 apoptosis 관련 인자를 연구하였다. 결론적으로 노후된 쥐의 apoptosis 관련 인자는 운동강도와 근육유형에 따라 차이가 났다. EDL이 Soleus보다 apoptosis인자의 변화가 운동강도에 의해 더 민감하게 나타났다. 또한 casepase-3의 발현은 고강도 운동에서 나타났으나 DNA 절편화는 나타나지 않았기에 실질적인 apoptosis는 발생되지 않았다. 이는 노후된 개체의 운동 수행방법으로 고강도 운동은 적합하지 않으며, 고강도 운동상태를 지속할 경우 근섬유의 apoptosis를 유도할 가능성이 있다는 것을 시사한다. 그러므로 추후 실험에서는 운동시간과 빈도에 의한 apoptosis의 time-course impact 관찰과 외재적 경로(caspase independent apoptosis)에서의 apoptosis 관련 단백질 변화에 대한 연구를 통하여 노화에 의한 근손실의 원인 규명이 요구된다.
The purpose of this study was to find out the Bcl-2 (B-cell leukemia/lymphoma-2), Bax, and caspase-3(cysteine-aspartic proteases-3) protein expression in soleus and EDL muscle according to treadmill exercise intensity in 60 week-old SD rats. The SD rats were randomly divided into four groups (n=10 i...
The purpose of this study was to find out the Bcl-2 (B-cell leukemia/lymphoma-2), Bax, and caspase-3(cysteine-aspartic proteases-3) protein expression in soleus and EDL muscle according to treadmill exercise intensity in 60 week-old SD rats. The SD rats were randomly divided into four groups (n=10 in each group): control (CON), low intensity exercise (LE), moderate intensity exercise (ME), and high intensity exercise (HE). The exercise was given to the rats for 8 wk, 5 day/wk. The animals underwent treadmill exercise at intensities of 30 min at 8 m/min for the LE group, 15 min at 16 m/min for the ME group, and 9 min at 24 m/min for the HE group. The results were as follows: the expression of Bcl-2 protein was lowest in the HE group and the expression of Bax protein was highest in the HE group. The expression of caspase-3 (cleaved form) protein was observed in the HE group. For the different types of muscle fiber, Bcl-2 protein expression in the soleus muscle was decreased in all groups. Bax protein expression in the soleus muscle was increased in the HE group only. Bcl-2 protein expression in the EDL muscle was decreased in the HE group, and Bax protein expression in the EDL muscle was increased in the ME and HE groups. Consequently, the protein expression related to the aged rats shows a difference according to the intensity of exercise. In addition, caspase-3 protein expression appeared in the HE group; however, in all amounts of intensity, DNA fragmentation was not observed. Therefore, apoptosis on skeletal muscles of aged mice can be intervened with optimal exercise. On the other hand, high intensity exercise can potentially accelerate the apoptosis of muscle fiber in aged rats.
The purpose of this study was to find out the Bcl-2 (B-cell leukemia/lymphoma-2), Bax, and caspase-3(cysteine-aspartic proteases-3) protein expression in soleus and EDL muscle according to treadmill exercise intensity in 60 week-old SD rats. The SD rats were randomly divided into four groups (n=10 in each group): control (CON), low intensity exercise (LE), moderate intensity exercise (ME), and high intensity exercise (HE). The exercise was given to the rats for 8 wk, 5 day/wk. The animals underwent treadmill exercise at intensities of 30 min at 8 m/min for the LE group, 15 min at 16 m/min for the ME group, and 9 min at 24 m/min for the HE group. The results were as follows: the expression of Bcl-2 protein was lowest in the HE group and the expression of Bax protein was highest in the HE group. The expression of caspase-3 (cleaved form) protein was observed in the HE group. For the different types of muscle fiber, Bcl-2 protein expression in the soleus muscle was decreased in all groups. Bax protein expression in the soleus muscle was increased in the HE group only. Bcl-2 protein expression in the EDL muscle was decreased in the HE group, and Bax protein expression in the EDL muscle was increased in the ME and HE groups. Consequently, the protein expression related to the aged rats shows a difference according to the intensity of exercise. In addition, caspase-3 protein expression appeared in the HE group; however, in all amounts of intensity, DNA fragmentation was not observed. Therefore, apoptosis on skeletal muscles of aged mice can be intervened with optimal exercise. On the other hand, high intensity exercise can potentially accelerate the apoptosis of muscle fiber in aged rats.
60 주령된 고령쥐를 대상으로 8주간 저, 중, 고 강도 운동을 실시하여 apoptosis관련 단백질의 변화를 검토하였다.
모든 실험용 운동그룹은 트레드밀 속도 8 m/min, 경사도 0%, 10분 2일간의 적응기를 실시하였으며 1일 경과된 후 8주간 주당 5회 운동을 실시하였다. 트레드밀 속도의 설정은 Bedford 등[4]의 방법을 변형하여 적용하였다.
이차 항체로는 horseradish peroxidase(HRP) 결합된 anti-mouse IgG antibody (1:15,000 dilution) 또는 anti-rabbit IgG antibody (1:20,000 dilution)를 membrane과 4℃에서 1시간 반응시킨 후 TBS-T 용액으로 5분씩 6회 세척하였다. 반응 후, HRP의 기질인 ECL용액 으로 발색 반응을 일으켜 X-ray film에 감광하여 분석하였다.
3시간 반응이 끝나면 phenol/cholroform extraction을 통하여 단백질을 제거하고, DNA를 2-4 volume의 99% 에탄올로 침전시킨 후 원심분리하여 멸균수에 녹였다. 분리된 DNA는 260 mm에서 흡광도 측정하여 양을 결정한 후, 2% agarose gel에서 20 volt로 1시간 동안 전기 영동하여 DNA 절편화를 분석하였다.
트레드밀의 경사도는 0%로 고정하고 저강도 운동군은 8 m/min의 속도로 30분간 지속하였고, 중강도 운동군은 16 m/min의 속도로 15분, 고강도 운동군은 24 m/min의 속도로 9분간 지속하였다. 처치기간동안 동일한 시간대에 운동을 수행하였다.
모든 실험용 운동그룹은 트레드밀 속도 8 m/min, 경사도 0%, 10분 2일간의 적응기를 실시하였으며 1일 경과된 후 8주간 주당 5회 운동을 실시하였다. 트레드밀 속도의 설정은 Bedford 등[4]의 방법을 변형하여 적용하였다. 트레드밀의 경사도는 0%로 고정하고 저강도 운동군은 8 m/min의 속도로 30분간 지속하였고, 중강도 운동군은 16 m/min의 속도로 15분, 고강도 운동군은 24 m/min의 속도로 9분간 지속하였다.
트레드밀 속도의 설정은 Bedford 등[4]의 방법을 변형하여 적용하였다. 트레드밀의 경사도는 0%로 고정하고 저강도 운동군은 8 m/min의 속도로 30분간 지속하였고, 중강도 운동군은 16 m/min의 속도로 15분, 고강도 운동군은 24 m/min의 속도로 9분간 지속하였다. 처치기간동안 동일한 시간대에 운동을 수행하였다.
데이터처리
본 실험의 지료는 SPSS 12.0 통계프로그램을 이용하였으며, 각 종속변인의 기술통계치 평균과 표준편차를 산출한 후, 그룹 간 차이를 분석하기 위해 one-way ANOVA를 이용하였다. 사후검증은 duncan을 이용하였고, 유의수준은 p<0.
사후검증은 duncan을 이용하였고, 유의수준은 p<0.05로 하였다.
성능/효과
그러므로 트레드밀 운동에서 근육세포의 apoptosis는 운동의 지속 시간과 빈도에 의존적일 것으로 사료된다. Soleus에서 Bcl-2 발현은 대조군과 비교하여 운동강도가 높아질수록 발현이 모두 유의하게 감소하였고 Bax의 발현은 고강도에서만 유의하게 증가하였다. EDL에서 Bcl-2는 고강도에서만 유의하게 감소하였다.
본 연구에서 운동강도가 높아짐에 따라 soleus와 EDL에서 Bax의 발현양은 증가했고, Bcl-2의 양은 감소하는 것을 관찰할 수 있었다. 그러나 apoptosis의 최종 수행결정자인 caspase-3의 활성이 고강도에서만 일어났으며 저강도와 중강도에서는 활성화 되지 않았음을 관찰할 수 있었다. 이는 저강도와 중강도에서는 apoptosis를 최종적으로 실행될 만큼의 발현이 일어나지 않았기 때문이다.
그러나 최근 12주간 트레드밀 운동을 시킨 늙은 쥐의 white gastrocnemius와 Soleus 근에서 DNA분절, cleaved caspase-3, Bax, Bax/Bcl-2 비율이 현저하게 감소하는 동안 Bcl-2는 증가되었다고 보고하였고[30], Siu 등은 8 주간 주 5회 젊은 쥐를 대상으로 트레드밀을 이용한 중강도의 지구성 운동을 실시한 결과 운동을 시키지 않은 쥐의 집단과 비교하였을 때 운동한 집단의 Soleus에서 Bax mRNA는 감소하였고, Bcl-2 단백질의 발현의 증가를 보고하였다[26]. 그러나 본 연구결과는 대조군과 비교했을 때 저강도와 중강도 운동집단의 Soleus에서 Bax의 발현은 유의한 차이가 없었으나 Bcl-2의 경우 두 집단 모두 유의하게 감소되었다. 이러한 apoptosis 관련 단백질의 발현에도 불구하고 caspase-3의 활성화는 이루어지지 않았다.
모든 운동강도에서 8주간의 규칙적인 운동수행은 노후된 근육에서 운동강도가 증가할수록 caspase-3가 높아지는 경향은 나타났으나 apoptosis는 관찰되지 않았다. Koctürk 등[17]은 24 주령된 수컷 wistar albino rat을 대상으로 경사도 5 도에서 25 m/min의 속도로 탈진시까지 수행한 결과 대조군에 비해 운동직후뿐만 아니라 회복기 48 hr 후에도 apoptosis가 유의하게 증가하는 것으로 보고하였다.
본 실험에 사용된 60 주령의 SD계열의 쥐에서 caspase-3의 발현은 근섬유 타입별로 비운동군을 비교했을 때 선행연구의 결과와 마찬가지로 TypeⅡ 근섬유인 EDL에서 활성화가 많이 이루어짐을 확인할 수 있었으나 유의성은 나타나지 않았다(Fig. 3). 이는 노화된 근육에서의 apoptosis는 근육 타입에 따라 다르게 나타나며 특히 typeⅡ (fast twich)의 근육세포들은 typeⅠ (slow twich) 근육세포에 비해 apoptosis 현상에 더욱 민감하기 때문이다[20].
그 원인은 근형질세망의 Ca2+조절의 실패로 인한 ER stress와 유리기의 증가, 글리코켄의 감소, 체온의 상승 등이 유발되며 이러한 변화는 세포질과 미토콘드리아의 안정성을 저하시키고 단백질의 변성을 일으킬 뿐만 아니라 세포 사멸을 경유한 근섬유 손상을 유발하기 때문이라고 제안하였다[14,32]. 본 연구에서 운동강도가 높아짐에 따라 soleus와 EDL에서 Bax의 발현양은 증가했고, Bcl-2의 양은 감소하는 것을 관찰할 수 있었다. 그러나 apoptosis의 최종 수행결정자인 caspase-3의 활성이 고강도에서만 일어났으며 저강도와 중강도에서는 활성화 되지 않았음을 관찰할 수 있었다.
운동강도별 8주간 트레이닝 후 Bax의 발현은 Soleus근에서 대조군과 비교하여 고강도(p=0.045)에서 유의하게 높았다(p<0.05).
운동강도별 8주간 트레이닝 후 Bcl-2의 발현은 Soleus근에서 대조군과 비교하여 저강도(p=0.010), 중강도(p=0.002), 고강도(p=0.000) 운동군에서 모두 유의하게 낮았다(p<0.05).
운동강도에 따른 apoptosis를 관찰하기 위한 일반적인 생화학적 지표인 gel electrohoresis에 의한 DNA 절편화 분석을 실시한 결과, 모든 그룹과 근유형에서 절편화 현상은 나타나지 않았다(Fig. 4).
이 실험에서 중강도 운동수행 시에 대조군과 비교하여 EDL에서 Bax는 증가하였고 Soleus에서는 변화하지 않았다. Bcl-2의 경우는 운동강도에 따라 변화하지 않았음을 관찰할 수 있었다.
Koctürk 등[17]은 24 주령된 수컷 wistar albino rat을 대상으로 경사도 5 도에서 25 m/min의 속도로 탈진시까지 수행한 결과 대조군에 비해 운동직후뿐만 아니라 회복기 48 hr 후에도 apoptosis가 유의하게 증가하는 것으로 보고하였다. 이러한 결과는 apoptosis를 유도하기 위해 탈진시까지 인위적으로 유도한 것으로 본 연구에서 적용한 고강도 운동방법은 24 m/min 속도로 9분간 지속한 방법으로 고강도에서 apoptosis가 유도될 수 있는 환경의 지속 또는 역치 이상에 노출되지 않았기 때문에 DNA 절편화는 나타나지 않은 것으로 판단된다. 그러므로 트레드밀 운동에서 근육세포의 apoptosis는 운동의 지속 시간과 빈도에 의존적일 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
근육감소증의 나이에 따른 발생빈도는?
근육감소증(Sarcopenia)은 자연스런 노화로 인해 50세 이후부터 매년 약 1～2%의 근육량과 근력이 감소하는 근위축현상이다[5]. 근육감소증은 70세 미만은 25%, 80세 이상은 40%로 발생빈도가 높으며[3], 독립적인 생활을 할수 없을뿐만 아니라 사회적으로도 부정적인 영향을 미치는 것으로 보고되고 있다[9]. 선행연구들은 근육감소증의 원인으로 신경계의 변화[34], 호르몬의 변화, 신체적 비활동[31], 불충분한 영양 상태[12] 등을 제안하였다.
근육감소증이란 무엇인가?
근육감소증(Sarcopenia)은 자연스런 노화로 인해 50세 이후부터 매년 약 1～2%의 근육량과 근력이 감소하는 근위축현상이다[5]. 근육감소증은 70세 미만은 25%, 80세 이상은 40%로 발생빈도가 높으며[3], 독립적인 생활을 할수 없을뿐만 아니라 사회적으로도 부정적인 영향을 미치는 것으로 보고되고 있다[9].
노화가 진행됨에 따라 근육 형태별로 노화에 대한 각기 다른 감수성을 나타낸다는 연구가 발표되었는데, 구체적인 보고 내용은 무엇인가?
또한, 노화가 진행됨에 따라 근육 형태별로 노화에 대한 각기 다른 감수성을 나타낸다는 연구가 발표되었다[18]. 즉, 노화에 따라 apoptosis 관련 단백질인 Bax, Bcl-2 및 caspase-3의 발현이 가자미근(Soleus)과 장지신근(EDL)에서 차이가 난다고 보고되었다[23]. 따라서 규칙적인 운동과 근섬유의 형태에 따라 apoptosis관련 인자의 차이가 있다는 가설이 성립된다.
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