[논문]고지방식이에 의한 말초 생체시계 유전자 발현 변화

박현기; 박재여; 이향규

doi:10.7586/jkbns.2016.18.4.305

고지방식이에 의한 말초 생체시계 유전자 발현 변화
High-fat Intake is Associated with Alteration of Peripheral Circadian Clock Gene Expression 원문보기

Journal of Korean biological nursing science, v.18 no.4, 2016년, pp.305 - 317

박현기 (연세대학교 간호대학 김모임연구소 생행동연구센터) , 박재여 (연세대학교 간호대학 김모임연구소 생행동연구센터) , 이향규 (연세대학교 간호대학 김모임연구소 생행동연구센터)

Abstract ▼ AI-Helper

Purpose: Recent studies demonstrated disruption of the circadian clock gene is associated with the development of obesity and metabolic syndrome. Obesity is often caused by the high calorie intake, In addition, the chronic stress tends to contribute to the increased risk for obesity. To evaluate the molecular mechanisms, we examined the expression of circadian clock genes in high fat diet-induced mice models with the chronic stress. Methods: C57BL/6J mice were fed with a 45% or 60% high fat diet for 8 weeks. Daily immobilization stress was applied to mice fed with a 45% high fat for 16 weeks. We compared body weight, food consumption, hormone levels and metabolic variables in blood. mRNA expression levels of metabolic and circadian clock genes in both fat and liver were determined by quantitative RT-PCR. Results: The higher fat content induced more severe hyperglycemia, hyperlipidemia and hyperinsulinemia, and these results correlated with their relevant gene expressions in fat and liver tissues. Chronic stress had only minimal effects on metabolic variables, but it altered the expression patterns of metabolic and circadian clock genes. Conclusion: These results suggest that the fat metabolism regulates the function of the circadian clock genes in peripheral tissues, and stress hormones may contribute to its regulation.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

생쥐에게 45% 고지방식이를 공급하는 경우 16주 이후부터, 60% 고지방식이를 공급하는 경우에는 8주 이후부터 혈중 포도당, 지질 지표와 함께 인슐린 저항성이 일어난다. 본 연구는 고지방 함유량이 다른 식이를 주어 생쥐에게 장, 단기적으로 나타나는 체중의 변화, 섭식, 비만 및 대사증후군과 연관된 유전자의 변화와 함께 생체시계 유전자들이 비만에 의해 어떻게 변화하는지 살펴보고 고지방식이를 섭취한 생쥐에게 부동 스트레스를 가하여 비만의 진행이 가속화될 수 있는지, 그리고 비만의 진행이 대사관련 유전자와 생체시계 유전자의 변화를 유도하는지 알아보고자 하였다.

제안 방법

실험동물은 체중 측정을 한 후, 무작위로①정상식이(Chow diet, CD), ② 45% 지방을 함유한 고지방식이(45% high fat diet, 45HFD), ③ 60% 지방을 함유한 고지방식이(60% high fat diet, 60HFD)를 공급받는 세 군으로 분류하여 총 8주간 사육하였다.

대상 데이터

실험동물은 6주령의 C57BL/6J (중앙실험동물, Korea) 마우스를 1주일간 일반 고형사료로 사육하면서 환경에 적응시켰다. 실험동물은 물과 사료를 충분히 공급하였으며(ad libitum), 사육조건은 온도 23±1˚C, 습도 50± 5%, 낮과 밤의 주기는 12시간으로 조절하였다.

데이터처리

실험결과는 평균과 표준편차로 나타내었고, 유의성 검정을 위해서 Prism 5.0 (GraphPad Software, La Jolla, CA, USA)를 이용하여 one-way ANOVA (analysis of variance) 분석을 실시하고 Tukey’s multiple comparison test에 의해 p<0.05의 수준에서 사후 검정하였다.

성능/효과

본 연구는 45%와 60%의 고지방식이를 섭취한 마우스 모델을 이용하여 지방 함유량과 식이 기간에 따른 마우스의 체중, 섭식, 혈중생화학 지표와 함께 대사와 관련된 유전자 발현이 증가하고 지방, 간 조직의 말초 생체시계 유전자 발현을 유도하는 것을 확인하였다. 45%의 고지방식이를 섭취한 마우스에게 16주간 장기적으로 부동 스트레스를 적용한 경우 스트레스 호르몬의 변화는 유의하지 않았으며 지방조직의 지방합성 유전자가 감소하고 간조직의 지방산 베타 산화 효소 유전자 발현이 증가하면서 혈당과 혈중 지질 수치가 감소하는 결과를 보였다. 고지방식이와 부동 스트레스의 적용은 말초 조직의 생체시계 유전자의 발현을 변화시키므로 추후 생체시계에 의한 대사작용의 조절의 이해는 비만 관련 질병의 발생이나 수면 양상이나 식이의 변화를 유발하는 행동에 대한 임상연구에 활용될 수 있을 것이다.

후속연구

5배의 mRNA 발현의 증가를 보인데 비해 식이 섭취량에는 큰 변화를 보이지 않은 것으로 보아 지방량의 증가를 간접적으로 나타내기도 하며[19, 20], 비만군에서 흔히 나타나는 렙틴 저항성의 결과로도 해석할 수 있다. 60HFD군에서 사료섭취량이 약 20% 감소하였으나 실제 렙틴의 저항성이 있는지는 렙틴 수용체를 포함하는 관련 호르몬의 발현과 분비에 대한 후속 조사가 필요할 것으로 보인다. 또한, 글루코코르티코이드는 비만과 비알콜성 지방간질환에 연관성이 있는 것으로 알려졌다.
45%의 고지방식이를 섭취한 마우스에게 16주간 장기적으로 부동 스트레스를 적용한 경우 스트레스 호르몬의 변화는 유의하지 않았으며 지방조직의 지방합성 유전자가 감소하고 간조직의 지방산 베타 산화 효소 유전자 발현이 증가하면서 혈당과 혈중 지질 수치가 감소하는 결과를 보였다. 고지방식이와 부동 스트레스의 적용은 말초 조직의 생체시계 유전자의 발현을 변화시키므로 추후 생체시계에 의한 대사작용의 조절의 이해는 비만 관련 질병의 발생이나 수면 양상이나 식이의 변화를 유발하는 행동에 대한 임상연구에 활용될 수 있을 것이다.
3H), 혈중 코르티코스테론의 수치에는 변화가 없는 것으로 볼 때, 전신적인 혈액 내 글루코코르티코이드와 조직에서 발현되는 호르몬의 양은 동일하지 않다는 점을 알 수 있다. 또한 각 조직마다 발현의 정도가 다르므로 이 호르몬에 의한 대사기능의 조절에 대해 앞으로 더 연구되어야 할 것이다. 또한, 인슐린저항성은 비만이나 제2형당뇨의 저등급 염증(low-grade inflammation) 상태에 의해 동반되어 염증 사이토카인을 분비시키고, 11βHSD1을 증가시켜 글루코코르티코이드를 활성화시킨다[22].

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	24시간 생체주기가 교란되면 어떻게 되는가?	이 생체시계의 교란에 의해 비만과 신진대사의 장애가 일어나는 대사증후군의 위험을 증가시킨다는 사실이 입증되었다. Turek(2005)의 연구에 의하면, 생체시계 유전자 중 하나인Clock에 돌연변이가 일어난 생쥐들에게 24시간 생체주기의 교란이 일어나면서 체중과 먹이의 섭취가 증가하고 혈당 및 혈중 콜레스테롤(cholesterol)과 트리글리세리드(triglycerides, TG)가 증가하는 대사증후군의 증상이 일어났음을 보고하였다[4]. 한편, 유전자 Period의 발현이 억제된 생쥐(period knockout mice)를 낮과 밤의 주기가 12시간(정상), 4시간 또는 18시간 간격으로 조정된 세 가지의 조건에서 사육하였을 때 정상생쥐에 비하여 행동력이 감퇴되고 섭식이 증가되는 것을 관찰하였다[5].
	생체리듬의 특징은?	이와 함께 또 하나의 요인이 비만의 원인으로 주목을 받고 있다. 이 요인은 인간을 포함한 동물과 식물에서 24시간을 주기로 하는 생체리듬(circadian rhythm)으로, 체온조절, 호르몬 생성, 수면, 섭식 등과 같은 생물학적, 생리학적, 행동학적 활동에 관여한다[1, 2].
	비만의 원인은?	비만의 원인은 여러 요인이 복합적으로 작용한다. 기본적으로 에너지 섭취와 소비의 불균형으로 지방이 축적되고, 부가적으로 바쁜 현대인들의 불규칙적인 식습관, 자동화로 인한 운동부족, 스트레스 같은 정신적 문제 그리고 일부 유전적인 원인 등이 영향을 미친다. 이와 함께 또 하나의 요인이 비만의 원인으로 주목을 받고 있다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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