[논문]생쥐 근육세포에서 코티졸이 세포질세망 스트레스, 자연 세포사멸과 자가포식에 미치는 영향

신동현; 김경환; 이지현; 조병욱

doi:10.5352/jls.2018.28.10.1127

생쥐 근육세포에서 코티졸이 세포질세망 스트레스, 자연 세포사멸과 자가포식에 미치는 영향
Effects of Cortisol on Endoplasmic Reticulum-stress, Apoptosis, and Autophagy in Mouse Muscle C2C12 Cells 원문보기

생명과학회지 = Journal of life science, v.28 no.10 = no.222, 2018년, pp.1127 - 1131

신동현 (전북대학교 농업생명과학대학 동물생명공학과) , 김경환 (부산대학교 생명자원과학대학 동물생명자원과학과) , 이지현 (부산대학교 생명자원과학대학 동물생명자원과학과) , 조병욱 (부산대학교 생명자원과학대학 동물생명자원과학과)

초록
AI-Helper

운동 후 분비되는 스트레스 호르몬인 cortisol을 통한 근육세포에 미치는 운동 스트레스의 재현과 coritisol 처리 농도에 따른 세포사멸, 세포질세망 스트레스 및 자가포식현상과의 관련성을 검증 하였다. 마우스 근육 세포주 C2C12를 배양하여 다양한 농도의 cortisol을 12시간 처리하여 세포의 형태 변화를 관찰하고, 세포사멸 마커인 IER3의 발현을 세포면역화학법을 이용하여 확인하였다. 또한 ER-stress와 자가포식 현상의 유도 여부를 확인하기 위하여 BiP와 LC3-I/LC3-II 항체를 이용하여 웨스턴 블랏법을 통해 검증 하였다. 그 결과 cortisol의 농도가 $50{\mu}g/ml$와 $100{\mu}g/ml$로 증가함에 따라 IER3와 BiP 및 LC3-II의 발현량도 유의적으로 증가함을 확인 할 수 있었다. 이러한 결과는 운동 스트레스 호르몬인 cortisol이 운동 후 근육세포의 세포사멸, 세포질세망 스트레스 및 자가포식에 영향을 미침을 보여준다. 본 연구결과는 호르몬과 근육세포 간의 관련성 연구에 기여할 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Cortisol, a steroid hormone, functions within metabolism, immune response, and stress. Intense or prolonged physical exercise increases cortisol levels to enhance the gluconeogenesis pathway and stabilize blood glucose level. However, cortisol also exerts a negative impact on muscle function and creates a stressful environment in skeletal muscle cells. The present study investigated the function of cortisol as a stress hormone. To examine the effect of the exercise-induced hormone cortisol on skeletal muscles, C2C12 cells were cultured and treated with cortisol at different concentrations. As a result, we found that the morphology of C2C12 changed remarkably with 5 ug/ml cortisol treatment. Western blot analysis was conducted to learn whether ER-stress and autophagy were induced. We found that the expression ratio of LC3I/LC3II decreased and BiP expression increased after cortisol treatment. In addition, immunocytochemistry analysis with IER3 antibody clearly showed that apoptosis is induced after 12-hour cortisol treatment. These results indicate that cortisol treatment could induce apoptosis, ER-stress, and autophagy in muscle cells. This study would provide valuable information in the study of the effects of exercise on skeletal muscle cells and the development of additives to reduce cortisol stress.

주제어

표/그림 (3)

그림 Fig. 1. Cell morphology analysis of C2C12 treated with cortisol for 12 hr.
그림 Fig. 2. Immunocytochemistry of apoptosis marker IER3 with treatment of cortisol for 12 hr.
그림 Fig. 3. Western blot analysis of ER-stress and autophagy marker by treatment of cortisol. (A) Western blot analysis of ER-stress marker BiP expression with treatment of cortisol for 12 hr (B) Western blot analysis of autophagy marker LC3 I/ LC3 II expression with treatment of cortisol for 12 hr (n=3, p<0.005).

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

이에 본 연구는 운동 후 증가하는 스트레스 호르몬인 cortisol이 근육에 미치는 영향을 확인하기 위하여 실시되었다. 체외 연구를 위해 cortisol을 마우스 근육 세포주(C2C12)에 처리하였고, 웨스턴 블랏과 화학면역법을 이용하여 세포질세망 스트레스, 자연세포사멸과 자가포식의 유도 여부를 확인하였다.

제안 방법

이에 본 연구는 운동 후 증가하는 스트레스 호르몬인 cortisol이 근육에 미치는 영향을 확인하기 위하여 실시되었다. 체외 연구를 위해 cortisol을 마우스 근육 세포주(C2C12)에 처리하였고, 웨스턴 블랏과 화학면역법을 이용하여 세포질세망 스트레스, 자연세포사멸과 자가포식의 유도 여부를 확인하였다.

대상 데이터

체외 실험을 위한 스트레스 유도물질로 운동 시 혈중으로 분비되는 대표적인 호르몬인 cortisol (H4001, Sigma - Aldrich, St. Louis, MO, USA)을 선택 하였고, ethanol에 농도 별로 희석 후 본 실험에 사용하였다. 자연세포 사멸 표지자로 IER1(sc-8456, Santa Cruz, Dallas, Texas, USA) 일차항체를 사용하였으며, 자가포식 유도 여부를 확인하기 위해 LC3 I (sc-134226, Santa Cruz, Dallas, Texas, USA)와 LC3 II (sc-28216, Santa Cruz, Dallas, Texas, USA) 일차항체를 사용하였다.

성능/효과

대표적인 자가포식 마커로 microtubule-associated protein 1 light chain 3 (LC3)를 주로 사용하며, 세포질 존재 형태인 LC3-I과 번역 후 과정을 거쳐 autophagosome 막에 부착된 형태의 LC3-II의 발현 비율을 통해 자가포식 현상의 유무를 판별한다[8, 9]. Cortisol 처리에 따른 자가포식 현상이 유도되는지를 확인하기 위해 C2C12에 LC3-I/LC3-II의 비율을 측정한 결과, 50 μg/ml과 100 μg/ml로 농도가 처리 농도가 높아짐에 따라 LC3-I의 발현은 급격히 감소하고, LC3-II의 발현은 높아짐을 확인 하였다(Fig. 3B).
본 연구를 통해 cortisol이 근육세포에 미치는 영향에 대해 알아보았고, 그 결과 세포사멸, 세포질세망 스트레스 및 자가 포식가 유도됨을 확인 할 수 있었다. 각 현상에 대한 자세한 기작에 대한 연구가 앞으로 필요하며, 이러한 연구는 운동 시 분비되는 호르몬과 근육세포 간의 관련성을 연구하는 기초자료로 활용 될 것으로 사료된다.

후속연구

본 연구를 통해 cortisol이 근육세포에 미치는 영향에 대해 알아보았고, 그 결과 세포사멸, 세포질세망 스트레스 및 자가 포식가 유도됨을 확인 할 수 있었다. 각 현상에 대한 자세한 기작에 대한 연구가 앞으로 필요하며, 이러한 연구는 운동 시 분비되는 호르몬과 근육세포 간의 관련성을 연구하는 기초자료로 활용 될 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	cortisol은 어디에서 분비되며, 어디에 영향을 미치는가?	운동은 스트레스 호르몬의 증가 그리고 사이토카인의 발현, 근육 손상 등의 신체 변화를 일으킨다[22]. 대표적인 운동 후 발현되는 스트레스 호르몬은 cortisol로 부실피질에서 분비되며, 골격근 세포와 지방세포 및 간세포에 영향을 미치게 된다. 골격근에서는 cortisol에 의해 단백질이 아미노산으로의 분해를 촉진하며, 지방세포에서는 triglyceride가 지방산과 글리세롤로 분해되게 된다[5, 13, 24].
	세포질세망 스트레스란 세포질세망의 상태가 어떻게 변화하는 것을 말하는가?	세포질세망은 분비단백질과 막 단백질의 합성과변형을 담당하는 세포 소기관이다. 세포질세망 항상성은 세포질세망에서 수용 가능한 단백질의 양을 일정하게 유지시키는 것을 지칭하며, 바이러스성 감염, 독성, 면역반응, 과도한 단백질 합성 및 돌연변이성 단백질의 발현에 의해 부적절하게 합성된 단백질이 축적되게 되면 항상성을 잃게 된다[19]. 이러한 세포질세망의 상태변화를 세포질세망 스트레스라고 하며 Inositol-requiring protien-1α (IER1α), protein kinase RNA(PKR)-like ER kinase (PERK) 그리고 Activating transcription factor 6 (ATF6)와 같은 단백질에 의해 신호 전달과정을 거쳐 unfolding protein response (UPR)를 유도하게 된다[2, 17, 21].
	cortisol이란 무엇인가?	운동 후 분비되는 스트레스 호르몬인 cortisol을 통한 근육세포에 미치는 운동 스트레스의 재현과 coritisol 처리 농도에 따른 세포사멸, 세포질세망 스트레스 및 자가포식현상과의 관련성을 검증 하였다. 마우스 근육 세포주 C2C12를 배양하여 다양한 농도의 cortisol을 12시간 처리하여 세포의 형태 변화를 관찰하고, 세포사멸 마커인 IER3의 발현을 세포면역화학법을 이용하여 확인하였다.

참고문헌 (26)

Arlt, A., Grobe, O., Sieke, A., Kruse, M. L., FoElsch, U. R., Schmidt, W. E. and Schafer, H. 2001. Expression of the NF-[kappa] B target gene IEX-1 (p22/PRG1) does not prevent cell death but instead triggers apoptosis in Hela cells. Oncogene 20, 69-79.

상세보기
Bertolotti, A., Zhang, Y., Hendershot, L. M., Harding, H. P. and Ron, D. 2000. Dynamic interaction of BiP and ER stress transducers in the unfolded-protein response. Nat. Cell. Biol. 2, 326-332.

상세보기
Degterev, A. and Yuan, J. 2008. Expansion and evolution of cell death programmes. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 9, 378-390.

상세보기
Grobe, O., Arlt, A., Ungefroren, H., Krupp, G., Folsch, U. R., Schmidt, W. E. and Schafer, H. 2001. Functional disruption of IEX1 expression by concatemeric hammerhead ribozymes alters growth properties of 293 cells. FEBS Lett. 494, 196-200.

상세보기
Hackney, A. C. 2006. Stress and the neuroendocrine system: the role of exercise as a stressor and modifier of stress. Expert. Rev. Endocrinol. Metab. 1, 783-792.

상세보기
He, C., Bassik, M. C., Moresi, V., Sun, K., Wei, Y., Zou, Z., An, Z., Loh, J., Fisher, Jill., Sun, Q., Korsmeyer, S., Packer, M. May, H. I., Hill, J. A., Virgin, H. W., Gilpin, C., Xiao, G., Duby, R. B., Scherer, P. E. and Levine, B. 2013. Exercise-induced BCL2-regulated autophagy is required for muscle glucose homeostasis. Nature 481, 511-515.
Hill, E. E., Zack, E., Battaglini, C., Viru, M., Viru, A. and Hackney, A. C. 2008. Exercise and circulating cortisol levels: the intensity threshold effect. J. Endocrinol. Invest. 31, 587-591.

상세보기
Kabeya, Y., Mizushima, N., Ueno, T., Yamamoto, A., Kirisako, T., Noda, T., Kominami, E., Ohsumi, Y. and Yoshimori, T. 2000. LC3, a mammalian homologue of yeast Apg8p, is localized in autophagosome membranes after processing. EMBO. J. 19, 5720-5728.

상세보기
Kabeya, Y., Mizushima, N., Yamamoto, A., Oshitani-Okamoto, S., Ohsumi, Y. and Yoshimori, T. 2004. LC3, GABARAP and GATE16 localize to autophagosomal membrane depending on form-II formation. J. Cell Sci. 117, 2805-2812.

상세보기
Kondratyev, A. D., Chung, K. N. and Jung, M. O. 1996. Identification and characterization of a radiation-inducible glycosylated human early-response gene. Cancer Res. 56, 1498-1502.

상세보기
Kumar, R., Kobayashi, T., Warner, G. M., Wu, Y., Salisbury, J. L., Lingle, W. and Pittelkow, M. R. 1998. A novel immediate early response gene, IEX-1, is induced by ultraviolet radiation in human keratinocytes. Biochem. Biophys. Res. Commun. 253, 336-341.

상세보기
Malhotra, J. D. and Kaufman, R. J. 2007. Endoplasmic reticulum stress and oxidative stress: a vicious cycle or a double-edged sword?. Antioxid. Redox Signal. 9, 2277-2294.

상세보기
McMurray, R. G. and Hackney, A. C. 2000. Endocrine responses to exercise and training. Exercise and Sport Science 135-161.
Nair, U. and Klionsky, D. J. 2011. Activation of autophagy is required for muscle homeostasis during physical exercise. Autophagy 7, 1405-1406.

상세보기
Nardocci, G., Navarro, C., Cortes, P. P., Imarai, M., Montoya, M., Valenzuela, B., Jara, P., Castillo, C. A. and Fernandez, R. 2014. Neuroendocrine mechanisms for immune system regulation during stress in fish. Fish. Shellfish. Immunol. 40, 531-538.

상세보기
Oslowski, C. M. and Urano, F. 2011. Measuring ER stress and the unfolded protein response using mammalian tissue culture system. Meth. Enzymol. 490, 71-92.
Pincus, D., Chevalier, M. W., Aragon, T., Van Anken, E., Vidal, S. E., El-Samad, H. and Walter, P. 2010. BiP binding to the ER-stress sensor Ire1 tunes the homeostatic behavior of the unfolded protein response. PLoS. Biol. 8, e1000415-e1000415.

상세보기
Ron, D. and Walter, P. 2007. Signal integration in the endoplasmic reticulum unfolded protein response. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 8, 519-529.

상세보기
Sano, R. and Reed, J. C. 2013. ER stress-induced cell death mechanisms. Biochim. Biophys. Acta. 1833, 3460-3470.
Scott, E. 2011. Cortisol and stress: How to stay healthy. Ann. N. Y. Acad. Sci. 1024, 138-146.
Shen, J., Chen, X., Hendershot, L. and Prywes, R. 2002. ER stress regulation of ATF6 localization by dissociation of BiP/GRP78 binding and unmasking of Golgi localization signals. Dev. Cell. 3, 99-111.

상세보기
Suzuki, K., Totsuka, M., Nakaji, S., Yamada, M., Kudoh, S., Liu, Q., Sugawara, K., Yamaya, K. and Sato, K. 1999. Endurance exercise causes interaction among stress hormones, cytokines, neutrophil dynamics, and muscle damage. J. Appl. Physiol. 87, 1360-1367.

상세보기
Tsujimoto, Y. and Shimizu, S. 2005. Another way to die: autophagic programmed cell death. Cell Death Differ. 12, 1528-1534.

상세보기
Viru, A. and Viru, M. 2004. Cortisol-essential adaptation hormone in exercise. Int. J. Sports Med. 25, 461-464.

상세보기
Wu, M. X., Ao, Z., Prasad, K., Wu, R. and Schlossman, S. F. 1998. IEX-1L, an apoptosis inhibitor involved in NF- ${\kappa}$ B-mediated cell survival. Science 281, 998-1001.

상세보기
Yamaguchi, H. and Wang, H. G. 2004. CHOP is involved in endoplasmic reticulum stress-induced apoptosis by enhancing DR5 expression in human carcinoma cells. J. Biol. Chem. 279, 45495-45502.

상세보기

저자의 다른 논문 :

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증