라이코펜 첨가 급여가 닭의 지방대사, 포도당 수송 및 친염증 유전자 발현에 미치는 영향 Effects of Lycopene on the Expression of Lipid Metabolism, Glucose Transport and Pro-Inflammatory Related Genes in Chickens원문보기
라이코펜은 항산화제로서 많이 알려져 있지만, 최근에는 포유동물에서 염증 관련 면역과 지방대사 조절자로서 관심의 대상이 되기 시작하였다. 본 연구는 산란계에서 라이코펜의 가공 및 급이형태가 지방대사, 지방산 및 포도당 운반, 면역관련 유전자들의 발현에 미치는 영향을 관찰하고자 실시하였다. 백색레그혼(25주령) 48수를 lycopene의 첨가원에 따라 대조군(CON, basal diet(BD)), 토마토 건조분말 급여군(T1, BD+tomato powder-containing 10 mg lycopene/kg 사료), 토마토 건조분말 유화처리군(T2, BD+micellar of tomato powder-containing 10 mg lycopene/kg 사료) 및 정제 lycopene 급여군 (T3, BD+purified 10 mg lycopene/kg 사료) 등 모두 4처리구로 설정하여 5주간 사양시험을 실시하였다. 시험 종료 후 각 개체의 간으로부터 total RNA를 추출하고 real-time PCR을 이용하여 유전자들의 발현을 분석하였다. 라이코펜을 급여받은 닭은 급여형태와 관계없이 모두 PPAR${\gamma}$의 발현을 억제하였다(P<0.05). 지방합성효소 유전자 FASN의 발현은 T2에서 효과적으로 감소하였으나(P<0.05), T1, T3에서는 영향이 없었다. SREBP2와 C/EBP${\alpha}$ 또한 T2에서 효과적으로 유전자 발현이 억제됨을 보였다. 세포 내 포도당 흡수기능을 하는 GLUT8은 T2와 T3에서 유전자 발현이 증가하였다(P<0.05). 지방산 산화를 위한 지방산 운반체인 CPT-1 유전자는 라이코펜에 의한 영향을 받지 않았다. 면역 관련 염증인자인 TNF${\alpha}$와 IL6는 라이코펜에 의하여 효과적으로 그 발현이 억제되었다(P<0.05). 본 연구결과는 라이코펜의 급여 형태가 지방대사 관련 유전자 발현에 영향을 미치며, 그 중 유화처리된 라이코펜이 지방대사, 포도당 및 면역반응에 더 효과적 급이 수단이 될 수 있음을 보여주었다.
라이코펜은 항산화제로서 많이 알려져 있지만, 최근에는 포유동물에서 염증 관련 면역과 지방대사 조절자로서 관심의 대상이 되기 시작하였다. 본 연구는 산란계에서 라이코펜의 가공 및 급이형태가 지방대사, 지방산 및 포도당 운반, 면역관련 유전자들의 발현에 미치는 영향을 관찰하고자 실시하였다. 백색레그혼(25주령) 48수를 lycopene의 첨가원에 따라 대조군(CON, basal diet(BD)), 토마토 건조분말 급여군(T1, BD+tomato powder-containing 10 mg lycopene/kg 사료), 토마토 건조분말 유화처리군(T2, BD+micellar of tomato powder-containing 10 mg lycopene/kg 사료) 및 정제 lycopene 급여군 (T3, BD+purified 10 mg lycopene/kg 사료) 등 모두 4처리구로 설정하여 5주간 사양시험을 실시하였다. 시험 종료 후 각 개체의 간으로부터 total RNA를 추출하고 real-time PCR을 이용하여 유전자들의 발현을 분석하였다. 라이코펜을 급여받은 닭은 급여형태와 관계없이 모두 PPAR${\gamma}$의 발현을 억제하였다(P<0.05). 지방합성효소 유전자 FASN의 발현은 T2에서 효과적으로 감소하였으나(P<0.05), T1, T3에서는 영향이 없었다. SREBP2와 C/EBP${\alpha}$ 또한 T2에서 효과적으로 유전자 발현이 억제됨을 보였다. 세포 내 포도당 흡수기능을 하는 GLUT8은 T2와 T3에서 유전자 발현이 증가하였다(P<0.05). 지방산 산화를 위한 지방산 운반체인 CPT-1 유전자는 라이코펜에 의한 영향을 받지 않았다. 면역 관련 염증인자인 TNF${\alpha}$와 IL6는 라이코펜에 의하여 효과적으로 그 발현이 억제되었다(P<0.05). 본 연구결과는 라이코펜의 급여 형태가 지방대사 관련 유전자 발현에 영향을 미치며, 그 중 유화처리된 라이코펜이 지방대사, 포도당 및 면역반응에 더 효과적 급이 수단이 될 수 있음을 보여주었다.
The present study aimed to investigate the effects of lycopene on hepatic metabolic- and immune-related gene expression in laying hens. A total of 48 25-week-old White Leghorn hens were randomly allocated into four groups consisting of four replicates of three birds: control (basal diet), T1 (basal ...
The present study aimed to investigate the effects of lycopene on hepatic metabolic- and immune-related gene expression in laying hens. A total of 48 25-week-old White Leghorn hens were randomly allocated into four groups consisting of four replicates of three birds: control (basal diet), T1 (basal diet + 10 mg/kg of tomato powder-containing lycopene), T2 (basal diet + 10 mg/kg of micelles of tomato powder-containing lycopene), and T3 (basal diet + 10 mg/kg of purified lycopene). Chickens were fed ad libitum for 5 weeks, and then total RNA was extracted from the livers for quantitative RT-PCR analysis. Peroxisome proliferator-activated receptor ${\gamma}$ (PPAR${\gamma}$) expression was decreased in the liver of chickens after lycopene supplementation (P<0.05). Micellar lycopene supplementation decreased the expression of PPAR${\gamma}$ target genes including fatty acid binding protein 4 (FABP4) and fatty acids synthase (FASN) in the T2 group (P<0.05). Sterol regulatory element-binding protein 2 (SREBP2) and C/EBP-${\alpha}$ were also downregulated in hens fed with micellar lycopene (P<0.05). Glucose transporter 8 (GLUT-8) was upregulated in the T2 and T3 groups (P<0.05). However, the expression of carnitine palmitoyltransferase 1 (CPT-1) was not changed by lycopene supplementation. Pro-inflammatory cytokines such as tumor necrosis factor ${\alpha}$ (TNF-${\alpha}$) and interleukin 6 (IL-6) were downregulated by lycopene supplementation (P<0.05). These data suggest that the type of lycopene supplementation is critical and that micelles of tomato powder-containing lycopene may play an important role in the modulation of lipid metabolism and immunity in chickens.
The present study aimed to investigate the effects of lycopene on hepatic metabolic- and immune-related gene expression in laying hens. A total of 48 25-week-old White Leghorn hens were randomly allocated into four groups consisting of four replicates of three birds: control (basal diet), T1 (basal diet + 10 mg/kg of tomato powder-containing lycopene), T2 (basal diet + 10 mg/kg of micelles of tomato powder-containing lycopene), and T3 (basal diet + 10 mg/kg of purified lycopene). Chickens were fed ad libitum for 5 weeks, and then total RNA was extracted from the livers for quantitative RT-PCR analysis. Peroxisome proliferator-activated receptor ${\gamma}$ (PPAR${\gamma}$) expression was decreased in the liver of chickens after lycopene supplementation (P<0.05). Micellar lycopene supplementation decreased the expression of PPAR${\gamma}$ target genes including fatty acid binding protein 4 (FABP4) and fatty acids synthase (FASN) in the T2 group (P<0.05). Sterol regulatory element-binding protein 2 (SREBP2) and C/EBP-${\alpha}$ were also downregulated in hens fed with micellar lycopene (P<0.05). Glucose transporter 8 (GLUT-8) was upregulated in the T2 and T3 groups (P<0.05). However, the expression of carnitine palmitoyltransferase 1 (CPT-1) was not changed by lycopene supplementation. Pro-inflammatory cytokines such as tumor necrosis factor ${\alpha}$ (TNF-${\alpha}$) and interleukin 6 (IL-6) were downregulated by lycopene supplementation (P<0.05). These data suggest that the type of lycopene supplementation is critical and that micelles of tomato powder-containing lycopene may play an important role in the modulation of lipid metabolism and immunity in chickens.
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문제 정의
위와 같이 라이코펜이 항산화적 스트레스, 항염증, 난황의 착색도 개선 등에 대한 보고는 있지만, 라이코펜의 첨가급여가 닭의 지방과 포도당 대사 및 면역 관련 유전자들의 발현에 미치는 영향에 대한 연구는 거의 없는 실정이다. 따라서 본 연구는 닭에서 라이코펜의 가공 및 급이형태가 지방대사, 지방산 및 포도당 운반 그리고 염증 관련 유전자들의 발현에 어떤 영향을 미치는지 살펴보고자 실시하였다.
본 연구는 라이코펜의 첨가 급여가 대표적 염증인자 tumor necrosis factor(TNF)-α와 interleukin(IL)-6의 발현에 라이코펜의 급여형태별 반응을 보기 위하여 이들 유전자들을 간에서 분석하였다.
라이코펜은 항산화제로서 많이 알려져 있지만, 최근에는 포유동물에서 염증 관련 면역과 지방대사 조절자로서 관심의대상이 되기 시작하였다. 본 연구는 산란계에서 라이코펜의 가공 및 급이형태가 지방대사, 지방산 및 포도당 운반, 면역 관련 유전자들의 발현에 미치는 영향을 관찰하고자 실시하였다. 백색레그혼(25주령) 48수를 lycopene의 첨가원에 따라 대조군(CON, basal diet(BD)), 토마토 건조분말 급여군(T1, BD+tomato powder-containing 10 mg lycopene/kg 사료), 토마토 건조분말 유화처리군(T2, BD+micellar of tomato powdercontaining 10 mg lycopene/kg 사료) 및 정제 lycopene 급여군(T3, BD+purified 10 mg lycopene/kg 사료) 등 모두 4처리구로 설정하여 5주간 사양시험을 실시하였다.
제안 방법
PCR 반응물은 cDNA(10 ng) 5 μL, primer(5 pmole)는 각각 0.5 μL, SYBR Green(Bio-Rad) 10 μL, ddH2O4 μL를 넣어 총 20 μL가 되도록 혼합하고, 95℃에서 3분간 최초 변성을 시킨 다음, 95℃ 15초간 변성, 60℃에서 15초간 접합, 72℃ 40초간 확장과정을 40회 반복하였다.
사양시험은 25주령(48수)부터 5주 동안 실시하였으며, 시험 종료(30주령) 후 각 처리구당 무작위로 6수씩 희생하여 간 조직을 채취하고, 액체질소로 냉동 후 -80℃의 저온냉장고에 분석 시까지 보관하였다. 간에서 RNA를 추출하여 qRT-PCR을 실시하여 처리 간 유전자 발현을 비교 분석하였다. 공시계의 사양관리는 강제 환기 및 자동 온도 조절 시스템이 완비된 무창 계사 내 2단 4열 케이지 형태로 칸 당 90 cm(W) × 90 cm(L) × 66 cm(H)의 철망 배터리형 케이지에서 사육하였고, 사료 급이는 자유채식시켰으며, 점등 관리는 16시간 고정 점등하였다.
닭에서 체내 축적된 중성지방의 lipoprotein lipase(LPL)에 의한 분해(lipolysis), 분해된 지방산의 β-oxidation을 위한 carnitine palmitoyltransferase I(CPT1)에 의한 미토콘드리아로의 운반, 그리고 fatty acid binding protein(FABP)에 의한 세포 또는 조직간 지방산 운반 등에 첨가 급여된 라이코펜이 어떤 영향을 주는지 확인하기 위하여 위의 유전자들의 발현을 분석하였다(Table 3).
백색레그혼 종을 대상으로 25주령부터 5주간 대조구와 라이코펜 첨가급여구로 구분하여 사양시험을 실시하고, 이들 개체들의 간 조직으로부터 지방대사 연관 유전자들의 발현을 분석하여 Table 2에 제시하였다. 지방세포 분화와 지방 합성에 중요한 역할을 하는 PPARγ는 대조구에 비하여 분말첨가인 T1과 유화처리된 T2 처리구에서 모두 억제되었다(P<0.
본 연구는 산란계에서 라이코펜의 가공 및 급이형태가 지방대사, 지방산 및 포도당 운반, 면역 관련 유전자들의 발현에 미치는 영향을 관찰하고자 실시하였다. 백색레그혼(25주령) 48수를 lycopene의 첨가원에 따라 대조군(CON, basal diet(BD)), 토마토 건조분말 급여군(T1, BD+tomato powder-containing 10 mg lycopene/kg 사료), 토마토 건조분말 유화처리군(T2, BD+micellar of tomato powdercontaining 10 mg lycopene/kg 사료) 및 정제 lycopene 급여군(T3, BD+purified 10 mg lycopene/kg 사료) 등 모두 4처리구로 설정하여 5주간 사양시험을 실시하였다. 시험 종료 후 각개체의 간으로부터 total RNA를 추출하고 real-time PCR을 이용하여 유전자들의 발현을 분석하였다.
시험 설계는 lycopene의 첨가원에 따라 대조군(CON, basal diet(BD)), 토마토 건조분말 급여군(T1, BD+tomato powder-containing 10 mg lycopene/kg 사료), 토마토 건조분말 유화처리군(T2, BD+micellar of tomato powder-containing 10 mg lycopene/kg 사료) 및 정제 lycopene 급여군(T3, BD+purified 10 mg lycopene/kg 사료) 등 모두 4처리구로 설정하였다. 사양시험은 25주령(48수)부터 5주 동안 실시하였으며, 시험 종료(30주령) 후 각 처리구당 무작위로 6수씩 희생하여 간 조직을 채취하고, 액체질소로 냉동 후 -80℃의 저온냉장고에 분석 시까지 보관하였다. 간에서 RNA를 추출하여 qRT-PCR을 실시하여 처리 간 유전자 발현을 비교 분석하였다.
본 연구에 이용된 공시동물은 경남과학기술대학교 종합농장에서 부화하여 사육 중인 백색레그혼종 순계(White Leghorn)를 이용하였다. 시험 설계는 lycopene의 첨가원에 따라 대조군(CON, basal diet(BD)), 토마토 건조분말 급여군(T1, BD+tomato powder-containing 10 mg lycopene/kg 사료), 토마토 건조분말 유화처리군(T2, BD+micellar of tomato powder-containing 10 mg lycopene/kg 사료) 및 정제 lycopene 급여군(T3, BD+purified 10 mg lycopene/kg 사료) 등 모두 4처리구로 설정하였다. 사양시험은 25주령(48수)부터 5주 동안 실시하였으며, 시험 종료(30주령) 후 각 처리구당 무작위로 6수씩 희생하여 간 조직을 채취하고, 액체질소로 냉동 후 -80℃의 저온냉장고에 분석 시까지 보관하였다.
백색레그혼(25주령) 48수를 lycopene의 첨가원에 따라 대조군(CON, basal diet(BD)), 토마토 건조분말 급여군(T1, BD+tomato powder-containing 10 mg lycopene/kg 사료), 토마토 건조분말 유화처리군(T2, BD+micellar of tomato powdercontaining 10 mg lycopene/kg 사료) 및 정제 lycopene 급여군(T3, BD+purified 10 mg lycopene/kg 사료) 등 모두 4처리구로 설정하여 5주간 사양시험을 실시하였다. 시험 종료 후 각개체의 간으로부터 total RNA를 추출하고 real-time PCR을 이용하여 유전자들의 발현을 분석하였다. 라이코펜을 급여받은 닭은 급여형태와 관계없이 모두 PPARγ의 발현을 억제 하였다(P<0.
간단히 소개하면 다음과 같다. 유전자 발현 분석을 위하여 간 조직은 Trizol(Invitrogen, Carlsbad, CA)을 이용하여 제조사의 이용안내에 따라 total RNA를 추출하였다. 분리한 RNA는 1 μg/μL의 농도로 정량하고, ImpromII Reverse transcription system(Promega, Fitchburg, USA)을 이용하여 cDNA를 합성하였다.
대상 데이터
본 연구에 이용된 공시동물은 경남과학기술대학교 종합농장에서 부화하여 사육 중인 백색레그혼종 순계(White Leghorn)를 이용하였다. 시험 설계는 lycopene의 첨가원에 따라 대조군(CON, basal diet(BD)), 토마토 건조분말 급여군(T1, BD+tomato powder-containing 10 mg lycopene/kg 사료), 토마토 건조분말 유화처리군(T2, BD+micellar of tomato powder-containing 10 mg lycopene/kg 사료) 및 정제 lycopene 급여군(T3, BD+purified 10 mg lycopene/kg 사료) 등 모두 4처리구로 설정하였다.
데이터처리
시험구의 유전자 발현에 대한 통계처리는 각 군의 결과를 평균 ± 표준오차로 표시하였으며, 처리별로 SAS 통계패키지(SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)의 GLM procedure(SAS, 1996)를 이용하여 Duncan 다중검증법에 따라 95% 수준에서 각 군의 유의성을 검정하였다.
이론/모형
공시계의 사양관리는 강제 환기 및 자동 온도 조절 시스템이 완비된 무창 계사 내 2단 4열 케이지 형태로 칸 당 90 cm(W) × 90 cm(L) × 66 cm(H)의 철망 배터리형 케이지에서 사육하였고, 사료 급이는 자유채식시켰으며, 점등 관리는 16시간 고정 점등하였다. 시험에 관련된 닭의 관리 및 취급은 본 대학 동물실험윤리 규정을 준수하였다.
유전자 발현 분석은 이전에 발표된 방법(Sohn et al,, 2015)에 준하여 실시하였다. 간단히 소개하면 다음과 같다.
5℃씩 상승시켜 형광접합물질인 SYBR Green이 떨어져 나오는 마지막 과정을 수행하였다. 유전자 발현의 상대적 발현은 2-△△Ct 방법을 이용하여 분석하였다(Livak and Schmittgen, 2001). 본 시험에 이용된 primer 들의 정보는 Table 1에 제시하였다.
성능/효과
GLUT2와 GLUT8 모두 정제된 라이코펜 첨가구에서 대조구에 비해 발현이 증가하였으며, GLUT8의 경우 유화처리 라이코펜에서도 증가함을 볼 수 있었다(P< 0.01).
SREBP2와 C/EBPα 또한 T2에서 효과적으로 유전자 발현이 억제됨을 보였다.
그러나 PPARγ의 target gene 중의 하나인 FABP는라이코펜 첨가급여에 의한 PPARγ의 발현 억제와 더불어 동반 억제됨을 확인하였다(P<0.05).
, 2010)되어 지방의 분해(lipolysis)와 지방의 유동성(mobilization)을 증가시키는 것으로 알려져 있다. 닭을 이용한 본 실험에서 포유동물과 같이 라이코펜에 의한 지방분해 증가는 관찰되지 않았으며, 오히려 biomarker 유전자인 LPL이 토마토처리구(T1)에서 억제된 것을 관찰하였다. 이러한 결과는 포유류와 조류의 지방대사에 차이가 있음을 시사한다.
라이코펜을 급여받은 닭은 급여형태와 관계없이 모두 PPARγ의 발현을 억제 하였다(P<0.05).
면역 관련 염증인자인 TNF α와 IL6는 라이코펜에 의하여 효과적으로 그 발현이 억제되었다(P<0.05).
05). 본 연구결과는 라이코펜의 급여 형태가 지방 대사 관련 유전자 발현에 영향을 미치며, 그 중 유화처리된 라이코펜이 지방대사, 포도당 및 면역반응에 더 효과적 급이 수단이 될 수 있음을 보여주었다.
, 2010)를 감안하면, PPARγ의 발현 감소는 그 의미가 매우 크다고 사료된다. 본 연구에서는 지방 합성효소의 유전자 FASN의 발현이 T2에서 효과적으로 감소된 것으로 보아 Lobo 등(2010)의 결과와 유사하지만, 유화 처리 되지 않은 라이코펜의 경우는 효과적으로 FASN의 감소를 유도하지 못하였다. 지방대사와 카로테노이드 대사의 연계성이 최근에 밝혀졌는데, PPARγ는 하부 유전자들, 특히 지방대사 연관 유전자들의 발현을 조절하게 되고, PPARγ의 response element가 carotenoid-15, 15’-monooxygenase(CMO-1) 유전자의 promoter 영역에 존재함으로써 서로의 대사경로가겹치는 것으로 알려졌다(Boulanger et al.
본 연구에서도 닭에 대한 라이코펜의 첨가급여는 대조구에 비하여 약 30∼50% 정도 PPARγ의 발현이 억제되었다.
본연구의 결과에서도 위에서 언급한 닭에서의 α-토코페롤의 효과 및 생쥐에서의 라이코펜의 효과와 유사한 결과를 보여 주었으며, 라이코펜은 환경스트레스 또는 질병 저항성을 높이기 위한 효과적 사료첨가제가 될 수 있음을 보여주었다.
분말의 처리형태 즉 흡수가 용이한 유화된 라이코펜이 효과적으로 콜레스테롤 합성 조절인자인 SREBP2를 억제함을 보여 주었다.
05). 지방대사조절 연관 전사인자인 SREBP1의 발현은 라이코펜에 의한 영향을 받지 않았지만, 콜레스테롤합성 조절 전사인자인 SREBP2의 발현은 역시 T2에서 효과적으로 억제되었으며, 분말 혹은 정제된 라이코펜은 대조구와 차이가 없었다. PPARγ는 지방합성(lipogenesis) 과 간 내 중성지방의 축적에 기여를 한다.
지방산결 합단백질 FABP4도 T2에서 효과적으로 그 발현이 억제되었고, 지방합성효소 유전자 FASN의 발현도 T2에서 가장 낮았다(P<0.05).
지방세포 분화와 지방 합성에 중요한 역할을 하는 PPARγ는 대조구에 비하여 분말첨가인 T1과 유화처리된 T2 처리구에서 모두 억제되었다(P<0.05).
후속연구
, 1986). 건강한 닭에서 라이코펜의 첨가 급여에 의한 GLUT의 발현 증가는 간조직에서 포도당흡수의 증가와 에너지원 혹은 glycogen으로의 전변 등과 같이 포도당 대사에 관여하는 것으로 예상되지만, 카로테노이드에 의한 포도당대사 조절에 대해서는 체계적 연구가 더 필요할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
라이코펜는 무엇인가?
라이코펜(lycopene)은 non-provitamin A 카로테노이드(carotenoid)로서 식물과 미생물에 의해 합성이 되지만 동물은 합성할 수가 없다. 라이코펜은 베타카로틴(β-carotene), 루테인(lutein) 등과 함께 대표적인 카로테노이드 계열로 붉은 색을 가진 채소와 과일 즉, 토마토, 감, 수박, 석류, 붉은 포도 등에 풍부하게 함유되어 있다.
라이코펜은 어떤 채소 과일에 많이 함유되어 있는가?
라이코펜(lycopene)은 non-provitamin A 카로테노이드(carotenoid)로서 식물과 미생물에 의해 합성이 되지만 동물은 합성할 수가 없다. 라이코펜은 베타카로틴(β-carotene), 루테인(lutein) 등과 함께 대표적인 카로테노이드 계열로 붉은 색을 가진 채소와 과일 즉, 토마토, 감, 수박, 석류, 붉은 포도 등에 풍부하게 함유되어 있다. 라이코펜은 가공된 토마토(스파케티 소스, 케첩, 토마토 paste)에 많이 함유(7∼17 mg/ 100 g)되어 있다(Nguyen and Schwartz, 1999; Rao, 2002).
가공된 토마토 100g당 lycopene 함유량은?
라이코펜은 베타카로틴(β-carotene), 루테인(lutein) 등과 함께 대표적인 카로테노이드 계열로 붉은 색을 가진 채소와 과일 즉, 토마토, 감, 수박, 석류, 붉은 포도 등에 풍부하게 함유되어 있다. 라이코펜은 가공된 토마토(스파케티 소스, 케첩, 토마토 paste)에 많이 함유(7∼17 mg/ 100 g)되어 있다(Nguyen and Schwartz, 1999; Rao, 2002). 많은 카로테노이드 중에서 라이코펜은 가장 강력한 항산화제중 하나로(Sahin et al.
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