미토콘드리아의 항상성은 미토콘드리아 생합성과 마이토파지(자가포식에 의한 미토콘드리아 분해)로 불리는 2가지 주요 과정들에 의해 정교하게 조절되고 있다. 지구성 운동 훈련에 반응하여 골격근에서 미토콘드리아 생합성에 관한 기전들은 잘 정립되어 있는 반면 지구성 운동 훈련 후 골격근의 마이토파지 조절 기전과 마이토파지와 미토콘드리아 생합성의 협응을 조절하는 기전은 아직 명확히 밝혀져 있지 않다. 최근 연구들에 의하면 지구성 운동 훈련은 골격근에서 미토콘드리아 생합성, 미토콘드리아 역동성, 미토콘드리아 분해와 관련된 유전인자들의 발현을 증가시킨다고 하였다. 하지만 골격근에서 자가포식이 억제되었을 경우, 지구성 운동 훈련에 의한 미토콘드리아 생합성과 관련된 지표들인 Cox IV와 citrate synthase의 증가는 상쇄되었다. 따라서 자가포식과 마이토파지는 골격근의 미토콘드리아 생합성에 중요한 역할을 하며 정반대되는 이 두 과정(이화 또는 동화작용)의 협응 과정이 지구성 운동 훈련에 반응하여 대사적 기능과 지구력 운동 수행능력을 향상시키는 것과 같은 골격근의 적응에 중요한 듯하다. 지구성 운동은 미토콘드리아의 일정한 숫자를 유지시키기 위해 미토콘드리아 생합성, 미토콘드리아의 융합과 분열, 자가포식/마이토 파지들의 각각의 과정들을 조절하는 것으로 여겨진다. 지구성 운동 훈련은 골격근에서 마이토파지를 활성화시켜 미토콘드리아 양과 질을 조절하여 늙고 건강하지 않은 미토콘드리아를 젊고 건강한 미토콘드리아로 교체시킬 수 있다. 이 총론에서 미토콘드리아 생합성과 마이토파지의 분자학적 기전과 서로 상반되는 이 두 과정간의 협응이 골격근의 지구성 훈련에 대한 세포적 적응에 관련한다는 내용이 논의될 것이다.
미토콘드리아의 항상성은 미토콘드리아 생합성과 마이토파지(자가포식에 의한 미토콘드리아 분해)로 불리는 2가지 주요 과정들에 의해 정교하게 조절되고 있다. 지구성 운동 훈련에 반응하여 골격근에서 미토콘드리아 생합성에 관한 기전들은 잘 정립되어 있는 반면 지구성 운동 훈련 후 골격근의 마이토파지 조절 기전과 마이토파지와 미토콘드리아 생합성의 협응을 조절하는 기전은 아직 명확히 밝혀져 있지 않다. 최근 연구들에 의하면 지구성 운동 훈련은 골격근에서 미토콘드리아 생합성, 미토콘드리아 역동성, 미토콘드리아 분해와 관련된 유전인자들의 발현을 증가시킨다고 하였다. 하지만 골격근에서 자가포식이 억제되었을 경우, 지구성 운동 훈련에 의한 미토콘드리아 생합성과 관련된 지표들인 Cox IV와 citrate synthase의 증가는 상쇄되었다. 따라서 자가포식과 마이토파지는 골격근의 미토콘드리아 생합성에 중요한 역할을 하며 정반대되는 이 두 과정(이화 또는 동화작용)의 협응 과정이 지구성 운동 훈련에 반응하여 대사적 기능과 지구력 운동 수행능력을 향상시키는 것과 같은 골격근의 적응에 중요한 듯하다. 지구성 운동은 미토콘드리아의 일정한 숫자를 유지시키기 위해 미토콘드리아 생합성, 미토콘드리아의 융합과 분열, 자가포식/마이토 파지들의 각각의 과정들을 조절하는 것으로 여겨진다. 지구성 운동 훈련은 골격근에서 마이토파지를 활성화시켜 미토콘드리아 양과 질을 조절하여 늙고 건강하지 않은 미토콘드리아를 젊고 건강한 미토콘드리아로 교체시킬 수 있다. 이 총론에서 미토콘드리아 생합성과 마이토파지의 분자학적 기전과 서로 상반되는 이 두 과정간의 협응이 골격근의 지구성 훈련에 대한 세포적 적응에 관련한다는 내용이 논의될 것이다.
Mitochondrial homeostasis is tightly regulated by two major processes: mitochondrial biogenesis and mitochondrial degradation by autophagy (mitophagy). Research in mitochondrial biogenesis in skeletal muscle in response to endurance exercise training has been well established, while the mechanisms r...
Mitochondrial homeostasis is tightly regulated by two major processes: mitochondrial biogenesis and mitochondrial degradation by autophagy (mitophagy). Research in mitochondrial biogenesis in skeletal muscle in response to endurance exercise training has been well established, while the mechanisms regulating mitophagy and the relationship between mitochondrial biogenesis and degradation following endurance exercise training are not yet well defined. Studies have demonstrated that endurance exercise training increases the expression levels of mitochondrial biogenesis-, dynamics-, mitophagy-related genes in skeletal muscle. However, the increased levels of mitochondrial biogenesis marker proteins such as Cox IV and citrate synthase, by endurance exercise training were abolished when autophagy/mitophagy was inhibited in skeletal muscle. This suggests that both autophagy/mitophagy plays an important role in mitochondrial biogenesis/homeostasis and the coordination between the opposing processes may be important for skeletal muscle adaptation to endurance exercise training to improve metabolic function and endurance exercise performance. It is considered that endurance exercise training regulates each of these processes, mitochondrial biogenesis, fusion and fission events and autophagy/mitophagy, ensuring a relatively constant mitochondrial population. Exercise training may also have contributed to mitochondrial quality control which replaces old and/or unhealthy mitochondria with new and/or healthy ones in skeletal muscle. In this review paper, the molecular mechanisms regulating mitochondrial biogenesis and mitophagy and the coordination between the opposing processes is involved in the cellular adaptation to endurance exercise training in skeletal muscle will be discussed.
Mitochondrial homeostasis is tightly regulated by two major processes: mitochondrial biogenesis and mitochondrial degradation by autophagy (mitophagy). Research in mitochondrial biogenesis in skeletal muscle in response to endurance exercise training has been well established, while the mechanisms regulating mitophagy and the relationship between mitochondrial biogenesis and degradation following endurance exercise training are not yet well defined. Studies have demonstrated that endurance exercise training increases the expression levels of mitochondrial biogenesis-, dynamics-, mitophagy-related genes in skeletal muscle. However, the increased levels of mitochondrial biogenesis marker proteins such as Cox IV and citrate synthase, by endurance exercise training were abolished when autophagy/mitophagy was inhibited in skeletal muscle. This suggests that both autophagy/mitophagy plays an important role in mitochondrial biogenesis/homeostasis and the coordination between the opposing processes may be important for skeletal muscle adaptation to endurance exercise training to improve metabolic function and endurance exercise performance. It is considered that endurance exercise training regulates each of these processes, mitochondrial biogenesis, fusion and fission events and autophagy/mitophagy, ensuring a relatively constant mitochondrial population. Exercise training may also have contributed to mitochondrial quality control which replaces old and/or unhealthy mitochondria with new and/or healthy ones in skeletal muscle. In this review paper, the molecular mechanisms regulating mitochondrial biogenesis and mitophagy and the coordination between the opposing processes is involved in the cellular adaptation to endurance exercise training in skeletal muscle will be discussed.
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문제 정의
현재 지구성 운동 훈련으로 유도된 전사(transcription) 조 절을 통한 미토콘드리아 생합성을 증가시키는 기전은 상당히 확립되어 있지만 지구성 운동 훈련이 미토콘드리아 생합성과 상반된 작용인 마이토파지에 미치는 영향, 그리고 그와 관련 된 기전과 신호 시스템에 대한 연구는 최근에 와서 보고되기 시작하였다. 본 리뷰에서 저자는 현재까지 연구된 지구성 운 동이 미토콘드리아 생합성, 미토콘드리아 역동성과 마이토파 지에 미치는 영향과 이에 관련된 신호 기전들에 초점을 맞추 었으며 지구성 운동 훈련에 의해 적응된 골격근에서 이러한 과정들이 어떻게 상호 작용하고 협업하여 미토콘드리아의 양 적 그리고 질적 균형을 유지시키는 가를 논의하고자 한다. 신 체구성에 대한 정보는 매우 다양한 차원으로 나타나는 관련성 으로 인하여 많은 분야의 관심대상이 되고 있다.
이론/모형
Autolysosome의 내용물 들은 분해되어 재활용되고 또 ATP 생산에 사용된다[21]. 본 리뷰 논문은 거대 자가포식만을 거론할 것이며 여기서부터 자가포식의 용어로 사용된다.
후속연구
증가된 자가포식/마이토파지는 미토콘드리아의 분열과 융합을 활성화시키는 것과 깊은 관련이 있다. 또한 지구성 훈련에 반응해 증가된 자가포식/마이토파지는 미토콘드리아 생합성에 영향을 미치고 미토콘드리아 양과 질을 조절하여 미토콘드리아의 항상성과 건강에 중요한 역할을 할뿐만 아니 라 대사적 기능과 지구력 운동수행 능력을 향상시키는데 기여 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
신체적 비활동이 인체에 미치는 부정적 영향은 무엇인가?
운동 훈련은 심혈관계, 신경 내분비계, 호흡계, 근골격계를 포함한 대부분의 조직에서 긍 정적인 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 신체적 비활동은 관상동맥 질환, 뇌졸증, 제2형 당뇨, 골다공증, 몇 가지 암과 같은 만성질환의 발병률을 상대적으로 증가시키며 노인들의 낙상, 우울증, 불안, 비만을 증가시킨다[31]. 반면, 규칙적인 운 동은 이전부터 갖고 있는 여러 질환을 완화시키고 진전을 늦 출 수 있다.
지구성 운동 훈련은 무엇을 측정한 결과 미토콘드리아의 양을 증가시킨다고 할 수 있는가?
지구성 운동 훈련을 통한 적응에 대한 기전을 이해하기 위해 연구자들의 많은 노 력이 미토콘드리아의 생합성(mitochondrial biogenesis)에 집 중되어 왔다. 지구성 운동 훈련은 미토콘드리아의 질량을 나 타내주는 지표들(e.g., cytochrome c oxidase-IV, Cox IV)의 발 현, 미토콘드리아 효소 활동(e.g., citrate synthase, CS) 그리고 전신 최대산소섭취량의 측정을 통해 본 결과 미토콘드리아의 양을 증가시킨다고 오랫동안 인식되어 왔다[34]. 지구성 훈련 에 의한 미토콘드리아 생합성은 peroxisome proliferator- activated receptor gamma co-activator alpha (PGC-1a)라는 전사 보조인자의 활동에 의해 촉진된다.
규칙적인 운 동을 통해 완화시키고 진전을 늦출 수 있는 질환은 무엇인가?
반면, 규칙적인 운 동은 이전부터 갖고 있는 여러 질환을 완화시키고 진전을 늦 출 수 있다. 예를 들어, 체지방량의 감소, 혈당조절 향상, 비만 자의 산소섭취량 증가, 대사증후군, 제2형 당뇨, 심장 질환 등 이 포함된다. 지구성 운동 훈련은 유익한 적응 과정을 통해 운동수행능력을 증가시킬 수 있다.
참고문헌 (34)
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