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콜레스테롤 식이가 Pcsk9 유전자 조절을 통해 남성 생식기관에 미치는 영향
Effects of Dietary Cholesterol on Male Reproductive Tracts by Regulating PCSK9 Gene 원문보기

한국식품위생안전성학회지 = Journal of food hygiene and safety, v.31 no.2, 2016년, pp.113 - 118  

임화선 (고려대학교 생명과학대학 생명공학과) ,  배효철 (고려대학교 생명과학대학 생명공학과) ,  송권화 (고려대학교 생명과학대학 생명공학과)

초록
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Proprotein convertase subtilisin/kexin type 9 (PCSK9) 유전자는 주로 간에서 분비되며 저밀도지단백질 수용체(LDLR)와 결합체를 이루어 세포 내 저밀도지단백질 수용체를 약화시킴에 따라 저밀도지단백질(LDL) 흡수를 감소시킨다. PCSK9은 심혈관 질환 및 상염색체 우성 가족성 고콜레스테롤혈증과 깊은 연관성을 나타내며 발병 메커니즘을 조절하는 주요한 인자로서 치료제 개발을 위해 많은 연구가 진행 중에 있다. 하지만 생식계통 내에서 PCSK9의 발현 및 기능에 대한 연구가 미비한 현실이다. 이에 본 연구에서는 고 콜레스테롤 식이에 따라 수컷 랫드의 생식기관 (음경, 전립선, 정소) 내 Pcsk9의 발현 변화를 확인하고자 한다. 과도한 콜레스테롤의 축적으로 인한 이상지질혈증은 수컷 랫드의 생식기능장애와 내분비교란을 유발하지만 이를 일으키는 조절 인자와 메커니즘은 명확하게 밝혀지지 않았다. 본 연구진의 선행연구에서는 고 콜레스테롤 식이에 의해 혈중 총 콜레스테롤, 저밀도지단백질 콜레스테롤 레벨이 증가 및 고밀도지단백질(HDL) 콜레스테롤의 감소를 확인하였다. 이 후, Pcsk9의 mRNA 발현은 음경 조직 내에서 80% 감소하는 것으로 나타났고 그 발현은 주로 발기 조직인 음경해면체 및 요도해면체 내 요도상피세포에서 주를 이룸을 확인하였다. 또한 Pcsk9은 고콜레스테롤 식이에 의해 발생하는 전립선 비대증 조직 내에서 20% 감소하는 것으로 나타났다. 그리고 마지막으로 Pcsk9은 고 콜레스테롤 식이를 섭취한 랫드의 정소 조직내에서 정상 정소 조직에 비해 약 28% 감소하였으며 정자발생에 주요한 정세관 내 정원세포, 정모세포, 정세포에서 그 발현이 확인되었다. 본 연구결과를 통해 Pcsk9 유전자가 수컷 랫드 생식기관 (음경, 전립선, 정소)에서 고콜레스테롤 식이에 의해 발현이 감소하는 것을 확인하였으며, 이는 Pcsk9이 남성 생식기관의 성장 및 발달 메커니즘에 중요한 역할을 미칠 것으로 사료된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Proprotein convertase subtilisin/kexin type 9 (PCSK9), is a protein mainly secreted by a liver. The PCSK9 plays an important role in low density lipoprotein (LDL) metabolism acting as a repressor of LDL receptor through transportation of the LDLR to the lysosome for degradation. Thus, the PCSK9 inhi...

주제어

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문제 정의

  • 다음으로, 고 콜레스테롤 식이가 랫드의 전립선에서의 Pcsk9 발현에 미치는 영향에 대해 확인하였다. 그 결과, 콜레스테롤이 포함된 고지방식이를 섭취한 랫드의 전립선에서 Pcsk9 유전자가 정상 식이의 전립선에 비해 약 20%감소하는 것으로 나타났으며, 특이적으로 전립선 조직 내 원통형 세포(cylinder-shaped cells) 내에서 다량 발현됨을 확인 할 수 있었다(Fig.
  • 이와 같이 콜레스테롤 대사과정에 있어 중요한 역할을 하는 PCSK9 유전자는 인체 내 간 조직을 바탕으로 주로 연구되어 왔으며 현재까지 남성 생식기관에서는 어떠한 발현도 보고되고 있지 않다. 본 실험에서는 선행 연구 결과를 바탕으로 콜레스테롤 식이에 의한 수컷 랫드 생식기관의 형태학적 변화에 따라 음경, 전립선, 정소조직 내 Pcsk9 유전자의 발현 변화 및 위치를 확인하여 그 기능을 확인하고자 연구를 수행하였다.
  • 하지만 생식계통 내에서 PCSK9의 발현 및 기능에 대한 연구가 미비한 현실이다. 이에 본 연구에서는 고 콜레스테롤 식이에 따라 수컷 랫드의 생식기관 (음경, 전립선, 정소) 내 Pcsk9의 발현 변화를 확인하고자 한다. 과도한 콜레스테롤의 축적으로 인한 이상지질혈증은 수컷 랫드의 생식기능장애와 내분비교란을 유발하지만 이를 일으키는 조절 인자와 메커니즘은 명확하게 밝혀지지 않았다.
  • 정소 조직 내 콜레스테롤 항상성을 유지하기 위해 liver X receptor(LXR), steroidogenic factor 1 (SF1), SREBP와 같이 세르톨리 세포 및 레이디그 세포와 같은 남성 생식세포의 분화를 조절하는 전사인자들의 역할이 중요할 것이라 보고된다. 이와 같은 선행연구에 따라 본 연구에서는 콜레스테롤 항상성을 조절하는 주요 인자 중 하나인 Pcsk9의 발현을 고 콜레스테롤 식이 여부에 따른 정소 조직 내에서 확인하였다. Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
고지방식이가 유발하는 병과 남성에게 미치는 영향은? 콜레스테롤 조절 장애 또는 과도한 콜레스테롤 함량 식품 섭취를 통해 체내 총 콜레스테롤 함량이 높아질 경우 비만2), 심혈관질환3), 동맥경화4), 알츠하이머5) 및 다양한 조직 내 암6) 등을 포함한 질병을 유발하는 것으로 알려져 있다. 특히, 높은 함량의 콜레스테롤을 함유한 고지방식이는 이상 지질혈증 및 고지혈증을 유발하여 남성 생식 기능에 있어 발기부전, 전립선 이상 증식 및 비정상적인 정자형성과정을 일으킨다고 보고된다7-9). 하지만, 콜레스테롤 식이가 남성생식기능 이상을 유발하는데 연관된 유전자 및 정확한 메커니즘에 관한 연구는 아직 미비한 실정이다.
콜레스테롤 항상성이 최적의 세포기능을 유지하기 위해 엄격하게 조절되어야 하는 까닭은? 콜레스테롤은 인체 내 다양한 생리적, 생물학적 메커니즘에 작용하며 세포막 구성요소, 투과성, 유동성, 내포작용, 세포 내 신호전달과정에 필수적인 요소로 알려져 있다. 또한 콜레스테롤은 답즙산, 비타민D, 스테로이드 호르몬, 옥시스테롤 및 콜레스테롤 대사체롤 생산하기 위한 전구체로서 대사작용을 수행한다1). 그러므로 콜레스테롤 항상성은 최적의 세포기능을 유지하기 위해 콜레스테롤 합성 및 이화작용에 의해 엄격하게 조절되어야 한다.
체내 총 콜레스테롤 함량이 높아질 경우 유발되는 질병은? 그러므로 콜레스테롤 항상성은 최적의 세포기능을 유지하기 위해 콜레스테롤 합성 및 이화작용에 의해 엄격하게 조절되어야 한다. 콜레스테롤 조절 장애 또는 과도한 콜레스테롤 함량 식품 섭취를 통해 체내 총 콜레스테롤 함량이 높아질 경우 비만2), 심혈관질환3), 동맥경화4), 알츠하이머5) 및 다양한 조직 내 암6) 등을 포함한 질병을 유발하는 것으로 알려져 있다. 특히, 높은 함량의 콜레스테롤을 함유한 고지방식이는 이상 지질혈증 및 고지혈증을 유발하여 남성 생식 기능에 있어 발기부전, 전립선 이상 증식 및 비정상적인 정자형성과정을 일으킨다고 보고된다7-9).
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참고문헌 (21)

  1. V, Charlton-Menys., P, N, Durrington.: Human cholesterol metabolism and therapeutic molecules. Experimental physiology, 93, 27-42 (2008). 

  2. Charlton, M.: Obesity, hyperlipidemia, and metabolic syndrome. Liver transplantation, 15, S83-89 (2009). 

  3. Jones, P. J.: Dietary cholesterol and the risk of cardiovascular disease in patients: a review of the Harvard Egg Study and other data. International journal of clinical practice, 63, 1-8 (2009). 

  4. McNamara, D. J.: Dietary cholesterol and atherosclerosis. Biochimica et biophysica acta, 1529, 310-320 (2000). 

  5. Puglielli, L., Tanzi, R. E. and Kovacs, D. M.: Alzheimer's disease: the cholesterol connection. Nature neuroscience, 6, 345-351 (2003). 

  6. Hu, J., La, Vecchia, C., de, Groh, M., Negri, E., Morrison, H., Mery, L.: Dietary cholesterol intake and cancer. Annals of oncology, 23, 491-500 (2012). 

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  8. Lim W., Bae H., Sohn J.Y., Jeong W., Kim S.H., Song G.: Dietary cholesterol affects expression of prostatic acid phosphatase in reproductive organs of male rats. Biochemical and biophysical research communications, 456, 421-427, (2015). 

  9. Miner, M., Billups, K, L.: Erectile dysfunction and dyslipidemia: relevance and role of phosphodiesterase type-5 inhibitors and statins. The journal of sexual medicine, 5, 1066-1078 (2008). 

  10. Zhang, D, W., Garuti, R., Tang, W, J., Cohen, J, C., Hobbs, H, H.: Structural requirements for PCSK9-mediated degradation of the low-density lipoprotein receptor. Proc Natl Acad Sci U S A, 105, 13045-13050 (2008). 

  11. Brown, M, S., Goldstein, J, L.: The SREBP pathway: regulation of cholesterol metabolism by proteolysis of a membrane-bound transcription factor. Cell, 89, 331-340 (1997). 

  12. Abifadel, M., Varret, M., Rabes, JP., Allard, D., Ouguerram, K., Devillers, M., Cruaud, C., Benjannet, S., Wickham, L., Erlich, D., Derre, A., Villeger, L., Farnier, M., Beucler, I., Bruckert, E., Chambaz, J., Chanu, B., Lecerf, JM., Luc, G., Moulin, P., Weissenbach, J., Prat, A., Krempf, M., Junien, C., Seidah, NG., Boileau, C.: Mutations in PCSK9 cause autosomal dominant hypercholesterolemia. Nature genetics, 34, 154-156 (2003). 

  13. Kim S.C.: Hyperlipidemia and erectile dysfunction. Asian journal of andrology, 2, 161-166 (2000). 

  14. Musicki, B., Liu, T., Lagoda, G,A., Strong, T,D., Sezen, S,F., Johnson, J,M., Burnett, A,L.: Hypercholesterolemia-induced erectile dysfunction: endothelial nitric oxide synthase (eNOS) uncoupling in the mouse penis by NAD(P)H oxidase. The journal of sexual medicine, 7, 3023-3032 (2010). 

  15. Kim J.H., Klyachkin, M,L., Svendsen, E., Davies, M,G., Hagen, P,O., Carson, C,C.: Experimental hypercholesterolemia in rabbits induces cavernosal atherosclerosis with endothelial and smooth muscle cell dysfunction. The Journal of urology, 151, 198-205 (1994). 

  16. Ahn J., Lim U., Weinstein, S,J., Schatzkin, A., Hayes, R,B., Virtamo, J., Albanes, D.: Prediagnostic total and high-density lipoprotein cholesterol and risk of cancer. Cancer epidemiology, biomarkers & prevention, 18, 2814-2821 (2009). 

  17. Mondul, A, M., Clipp, S, L., Helzlsouer, K, J., Platz, E, A.: Association between plasma total cholesterol concentration and incident prostate cancer in the CLUE II cohort. Cancer Cause Control, 21, 61-68 (2010). 

  18. Zhuang, L., Kim, J., Adam, R, M., Solomon, K, R., Freeman, M, R.: Cholesterol targeting alters lipid raft composition and cell survival in prostate cancer cells and xenografts. The Journal of clinical investigation, 115, 959-968 (2005). 

  19. Freeman, M, R., Solomon, K, R.: Cholesterol and benign prostate disease. Differentiation, 82, 244-252 (2011). 

  20. Martinez-Martos, JM., Arrazola, M., Mayas, M,D., Carrera-Gonzalez, M,P., Garcia, M,J., Ramirez-Exposito, M,J.: Dietinduced hypercholesterolemia impaired testicular steroidogenesis in mice through the renin-angiotensin system. Gen Comp Endocrinol, 173, 15-19 (2011). 

  21. Diaz-Fontdevila, M., Bustos-Obregon, E.: Cholesterol and polyunsaturated acid enriched diet: effect on kinetics of the acrosome reaction in rabbit spermatozoa. Molecular reproduction and development, 35, 176-180 (1993). 

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