[논문]전자파에 노출된 생쥐에서 운동량에 따른 뇌의 유전자 변화

이민선

doi:10.14400/jdc.2020.18.1.241

전자파에 노출된 생쥐에서 운동량에 따른 뇌의 유전자 변화
The Gene Expression Level Differences associated with Exercise in the Mouse Brain exposed to Radiofrequency Radiation 원문보기

디지털융복합연구 = Journal of digital convergence, v.18 no.1, 2020년, pp.241 - 247

이민선 (신한대학교 간호학과)

초록
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전자파 노출이 자발운동에 따른 뇌의 유전자 발현에 미치는 영향을 10 주간 4그룹 즉, 정상 그룹, 자발운동 그룹, 전자파 노출 그룹, 전자파 노출 및 자발운동 그룹으로 나누어 조사하였다. 선조체(striata)와 시상하부(hypothalamus)에서 RT-PCR을 수행하였으며, 타이로신수산화효소(TH), FoxO3a, AMPKα, mRNA 발현을 조사하였다. 선조체에서 TH mRNA 발현은 자발운동과 전자파 노출 조건에서 각각 감소하였고, 전자파 노출 및 자발운동 그룹에서 더 많이 감소되었다. 이 결과는 전자파 노출 및 자발운동 그룹에서의 운동량 감소가 선조체에서 도파민이 감소할 수 있음을 시사한다. 선조체에서 FoxO3a mRNA 발현은 자발운동 그룹에서 증가했지만, 전자파 노출 및 자발운동 그룹은 현저히 감소했다. 시상하부에서는 TH mRNA 유전자 발현은 전자파 노출을 받은 자발운동 그룹에서 감소가 유의했으며, FoxO3a mRNA는 발현의 현저한 증가가 있었다. 전자파가 기억력에 미치는 영향도 밝히기 위해 해마에서의 여러 단백질들의 발현을 추후 조사할 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

The effect of radiofrequency radiation (RF) exposure on mouse associated with the exercise was investigated in the brain at the molecular level. The expression of tyrosine hydroxylase(TH), FoxO3a, AMPKα and mRNA was investigated by real-time RT-PCR in striatum and the hypothalamus. In the striatum, TH mRNA expression was decreased in the exercise and RF exposure group. FoxO3a mRNA expression was significantly increased in the spontaneous exercise group and a significant decrease was observed in the RF exposure and spontaneous exercise group. In the hypothalamus, TH mRNA expression was significantly decreased in the RF exposure and spontaneous exercise group. But, FoxO3a mRNA expression was significantly increased in the RF exposure and spontaneous exercise group. We will further investigate the expression of protein molecules in the hippocampus of the brain to reveal the effects of RF radiation on memory.

주제어

표/그림 (4)

그림 Fig. 1. A. Schematic experimental design for 10 weeks, B. Voluntary wheel exercise and automatic wheel exercise counting device, C. Radiofrequency radiation (RFR) exposure instrument (Wave Exposer V20), which is used for radiation exposure of mouse to 835 MHz at SAR value of 4.0 W/kg.
표 Table 1. Primer sequences of real-time PCR
그림 Fig. 2. Effect of RFR exposure and exercise on mRNA expression in striatum.
그림 Fig. 3. Effect of RFR exposure and exercise on mRNA expression in hypothlamus.

AI 본문요약
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문제 정의

따라서, 급변하는 5G의 디지털 환경에서 보다 안전한 생활을 향유하기 위해서는 전자파의 영향에 관한 생물 기반의 유전자를 포함하는 분자 기반의 첨단 연구가 필요하다. 이에 본 연구는 10주간의 전자파 노출이 감정과 정서 등에 관여하는 뇌의 선조 체와 여러 가지 호르몬을 분비하는 뇌하수체에 어떤 영향을 주는지를 분자생물학적 연구를 통해 밝히고자 하였다.

제안 방법

10주간 모바일 전자파 노출과 유산소 자발운동 후 스트레스 중추의 하나인 뇌하수체에서 TH 및 AMPK 신호전달 관련 유전자들의 mRNA 발현에 미치는 영향을 real-time RT-PCR로 조사하였다. 뇌하수체에서는 정상 그룹과 비교하여 전자파 노출 및 자발운동 그룹에서 TH mRNA 발현이 감소되었다(Fig.
10주간 모바일 전자파 노출과 유산소 자발운동이 생쥐 뇌의 선조체에서 TH 및 AMPK 신호전달 관련 유전 자들의 mRNA 발현에 미치는 영향을 real-time RT-PCR로 조사하였다. 운동량과 관련한 신경전달물질인 도파민 생성의 주요 효소인 TH mRNA의 변화는 정상 그룹과 비교해 전자파 노출과 자발운동 그룹에서 TH mRNA 발현이 현저하게 감소되었다(Fig.
nuclease-free 증류수, 5X RT buffer, dNTP, DTT, M-MLV RT(BIONEER, Korea), RNasin® plus RNase Inhibitor(PROMEGA, USA)를 추가해 총 20 μl 를 만들었다.
생쥐는 무작위 추출법에 의해 정상 그룹(n=5, Control group; CON), 자발운동 그룹(n=5, Exercise group; EXE), 전자파 노출 그룹(n=5, Radiofrequency radiation group; RFR), 전자파 노출 및 자발운동 그룹 (n=5, RFR+EXE)으로 분류하였다. 동물실험은 총 10주간 실시되었고, 전자파에 노출되는 실험군은 매일 6시간 동안 연속으로 전자파에 노출시켰으며, 이후 자발운동을할 수 있게 하였다(Fig. 1A).
생쥐는 무작위 추출법에 의해 정상 그룹(n=5, Control group; CON), 자발운동 그룹(n=5, Exercise group; EXE), 전자파 노출 그룹(n=5, Radiofrequency radiation group; RFR), 전자파 노출 및 자발운동 그룹 (n=5, RFR+EXE)으로 분류하였다.
식이와 음료는 자유롭게 섭취하도록 하였으며, 온도 22±2℃, 상대습도 55±5%, 12시간 주기의 조건에서 사육하였다.
실험에 사용한 모든 생쥐의 뇌에서 선조체(striata)와 시상하부(hypothalamus) 부위를 적출하였다. Total RNA는 적출된 조직을 1 mL의 TRIzol® 용액에 넣고 균질화한 후 chloroform (Sigma Aldrich, USA) 200 μL를 넣었다.
운동과 관련한 도파민의 신경 분포가 있는 선조체 에서 도파민 대사 효소인 타이로신수산화효소(TH) mRNA을 조사하였다. 흑색 도파민성 입력신호 전달은 흑질선조체 경로를 거쳐 선조체로 가는 밀접하게 선조체의 기능과 관련된다[12].
1B). 자발운동군(EXE)과 전자파 노출 및 자발운동군(RFR+EXE)은 한 마리씩 10개 우리에 분리 사육하였고, 각각의 우리에서 10주간 자발운동을 하도록 바퀴(wheel) 를 설치하였다.
장기간의 모바일 전자파 노출이 자발운동으로 인한 뇌의 mRNA 발현에 어떤 영향을 미치는 지를 운동과 관련된 선조체와 스트레스 조절 중추인 시상하부에서 운동, 에너지 대사 등에 관련된 TH, FoxO3a, AMPK alpha, 유전자의 mRNA 발현을 통해 조사하였다.
추출된 total RNA는 Multiskan ™ GO (Thermo, USA)를 사용하여 260 nm과 280 nm의 파장에서 흡광도를 재어 농도를 정하였다.

대상 데이터

Primer는 Tyrosine hydroxylase(TH), FoxO3a, AMPKα 그리고 GAPDH의 4개를 사용했다(Table 1 참고).
수집한 샘플은 Oligo(dT)와 Nuclease-free 증류수에 있는 RNA 1 μg/μl를 65℃에서 5분간 뒀다.
실험동물의 관리와 실험은 실험동물의 관리와 사용에 관한 미국의 NIH 가이드라인의 규정에 따라 진행되었다. 실험동물은 수컷ICR 생쥐(6 weeks, 약 26~28 g)는 대한 바이오링크(Chungbuk, Korea)를 통해 구입하였다. 식이와 음료는 자유롭게 섭취하도록 하였으며, 온도 22±2℃, 상대습도 55±5%, 12시간 주기의 조건에서 사육하였다.

데이터처리

Primer는 Tyrosine hydroxylase(TH), FoxO3a, AMPKα 그리고 GAPDH의 4개를 사용했다(Table 1 참고). 데이터의 분석은 사용한 기계의 프로그램으로 하였으며 각 primer들의 값을 GAPDH 값으로 나눠 delta-delta CT analysis을 사용하였다.
분산분석에서 각 그룹 사이의 통계적 유의성은 유의 확률이 p<0.05인 경우 Tukey’s 사후검정(post-hoc test)을 수행하였으며, 결과값은 mean±SEM으로 나타냈다.
통계분석은 GraphPad Prism (GraphPad Software, USA)을 사용하여 양측검정(two-tailed) Student’s t 테스트와 분산분석(one-way ANOVA)을 수행하였다.

이론/모형

모바일 전자파 노출 장치는 Wave Exposer V20을 이용하였다(Fig. 1C 참고). 이 장비는 835 MHz의 주파 수만을 송출하며, 최대 SAR(specific absorption rate: 전자파흡수율) 값은 4.
실험동물의 관리와 실험은 실험동물의 관리와 사용에 관한 미국의 NIH 가이드라인의 규정에 따라 진행되었다. 실험동물은 수컷ICR 생쥐(6 weeks, 약 26~28 g)는 대한 바이오링크(Chungbuk, Korea)를 통해 구입하였다.
실험동물의 자발운동과 운동량 측정을 위하여 자발운동(Voluntary wheel exercise) 기구를 사용하였다(Fig. 1B). 자발운동군(EXE)과 전자파 노출 및 자발운동군(RFR+EXE)은 한 마리씩 10개 우리에 분리 사육하였고, 각각의 우리에서 10주간 자발운동을 하도록 바퀴(wheel) 를 설치하였다.

성능/효과

3A). FoxO3a mRNA 발현은 자발 운동 그룹에서는 현저하게 감소되었으나, 전자파 노출 그룹에서는 유의하게 증가되었다. 전자파 노출 그룹과 비교하여 전자파 노출 및 자발운동 그룹 에서는 FoxO3a mRNA 발현이 정상 회복되었다(Fig.
본 연구 모델에서 장기간 전자파 노출은 다양한 외부 스트레스에 반응하는 뇌 내 선조체와 시상하부 신호전달 관련 유전자의 mRNA 발현에 영향을 줄 수 있다. 그러므로, 장기간의 전자파 노출은 자발운동으로 생기는 유익한 생리적 반응을 저해할 수 있는 환경적 인자로 작용할 수있다.
또한 FoxO3 는 산화적 손상에 반응해 복합체를 형성하는 것이 밝혀졌다[18]. 본 연구의 결과에서 볼 수 있듯이 전자파로 인한 FoxO3a mRNA 발현과 인산화 증가는 FoxO3a가 스트레스를 극복하게 하는 신호전달 경로의 활성화를 위해 그 발현량이 증가한 것으로써 본 연구 결과와의 유사성을 확인할 수 있다(Fig. 2B). 그러나, Brunet[18]의 연구 결과처럼 복합체를 형성해서인지, 전자파만 조사한 실험군에서는 FoxO3a 발현의 양적 차이가 발견된다.
주의력결핍 과잉행동장애(ADHD, attention deficithyperactivity disorder) 모델 쥐 실험에서 운동부하검사(treadmill exercise)는 주의력결핍 과잉행동장애의 증상을 악화시켰다[15, 16]. 이는 본 연구의 결과인 선조체에서의 자발운동과 전자파 노출 조건에서 각각 TH mRNA 발현이 감소하였으며, 또한 자발운동 및 전자파 노출 그룹에서는 더 많은 감소가 관찰된 결과와 유사하다(Fig. 2A). 전자파 노출에 따른 자발운동량 감소는 체중의 증가와 도파민 대사 효소의 발현 및 대사의 이상으로 인한 도파민의 생성 감소가 그 원인일 수 있다.
FoxO3a mRNA 발현은 자발 운동 그룹에서는 현저하게 감소되었으나, 전자파 노출 그룹에서는 유의하게 증가되었다. 전자파 노출 그룹과 비교하여 전자파 노출 및 자발운동 그룹 에서는 FoxO3a mRNA 발현이 정상 회복되었다(Fig. 3B 참고). AMPKα mRNA 발현은 정상 그룹, 전자파 노출 그룹, 자발운동 그룹, 전자파 노출 및 자발운동 그룹에서 어떠한 유의한 변화도 관찰되지 않았다(Fig.

후속연구

이는 아마도 신호전달 경로에서 전자파 노출에 의해 FoxO3a를 증폭시키는 신호전달물질이 존재할 것으로 여겨지며, 또한 이 물질들과 함께 FoxO3a 유전자의 발현을 억제하는 경로도 있을 수 있기 때문에 추후 이에 대한 연구가 더 필요할 것으로 보인다. 그리고, 면역염색이나 western blotting 등의 추후 연구를 수행 하여 생체에서 직접 작용하는 단백질들의 발현에 대한 비교 데이터를 연구한다면 본 연구인 mRNA 실험의 결과에서 보여주는 실제 생체 기능의 데이터뿐 아니라 더정확한 논거를 제시할 것으로 보인다.
전자파의 조사가 기억력에 미치는 영향에 관한 대중들의 관심 또한 점점 증가하고 있다. 따라서, 추후 휴대폰 전자파에 노출되면 뇌에서 기억력을 담당하는 해마에 어떤 분자들이 영향을 받는지를 보여줄 수 있다면 더욱 흥미로운 정보를 제공할 수 있을 것이다.
그러나, Brunet[18]의 연구 결과처럼 복합체를 형성해서인지, 전자파만 조사한 실험군에서는 FoxO3a 발현의 양적 차이가 발견된다. 이는 아마도 신호전달 경로에서 전자파 노출에 의해 FoxO3a를 증폭시키는 신호전달물질이 존재할 것으로 여겨지며, 또한 이 물질들과 함께 FoxO3a 유전자의 발현을 억제하는 경로도 있을 수 있기 때문에 추후 이에 대한 연구가 더 필요할 것으로 보인다. 그리고, 면역염색이나 western blotting 등의 추후 연구를 수행 하여 생체에서 직접 작용하는 단백질들의 발현에 대한 비교 데이터를 연구한다면 본 연구인 mRNA 실험의 결과에서 보여주는 실제 생체 기능의 데이터뿐 아니라 더정확한 논거를 제시할 것으로 보인다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	30~300 Hz의 극저주파에 만성적으로 노출되면 무엇을 초래하는가?	전자파의 생체영향을 연구한 논문들은 주로 휴대폰 사용과 연관되어 가장 근접한 신체부분인 뇌와 신경의 암발생과의 연관성을 많이 보고 했으며[6], 특히 30~300 Hz의 극저주파에 만성적으로 노출되면 유방암의 발생률이 증가한다고 하였다[7]. 면역조직화학의 연구 방법으로 생쥐를 이용한 전자파의 뇌에 미치는 영향에 대한 결과들도 보고되었다[8].
	실험동물의 관리와 실험은 어떠한 가이드라인에 따라 진행되었는가?	실험동물의 관리와 실험은 실험동물의 관리와 사용에 관한 미국의 NIH 가이드라인의 규정에 따라 진행되었다. 실험동물은 수컷ICR 생쥐(6 weeks, 약 26~28 g)는 대한 바이오링크(Chungbuk, Korea)를 통해 구입하였다.
	전자파 노출이 자발운동에 따른 뇌의 유전자 발현에 미치는 영향에 대해 분석한 결과는 어떠한가?	전자파 노출이 자발운동에 따른 뇌의 유전자 발현에 미치는 영향을 10 주간 4그룹 즉, 정상 그룹, 자발운동 그룹, 전자파 노출 그룹, 전자파 노출 및 자발운동 그룹으로 나누어 조사하였다. 선조체(striata)와 시상하부(hypothalamus)에서 RT-PCR을 수행하였으며, 타이로신수산화효소(TH), FoxO3a, AMPKα, mRNA 발현을 조사하였다. 선조체에서 TH mRNA 발현은 자발운동과 전자파 노출 조건에서 각각 감소하였고, 전자파 노출 및 자발운동 그룹에서 더 많이 감소되었다. 이 결과는 전자파 노출 및 자발운동 그룹에서의 운동량 감소가 선조체에서 도파민이 감소할 수 있음을 시사한다. 선조체에서 FoxO3a mRNA 발현은 자발운동 그룹에서 증가했지만, 전자파 노출 및 자발운동 그룹은 현저히 감소했다. 시상하부에서는 TH mRNA 유전자 발현은 전자파 노출을 받은 자발운동 그룹에서 감소가 유의했으며, FoxO3a mRNA는 발현의 현저한 증가가 있었다. 전자파가 기억력에 미치는 영향도 밝히기 위해 해마에서의 여러 단백질들의 발현을 추후 조사할 것이다.

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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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