[논문]전자파(電磁波)에 노출된 생쥐의 해마에서 운동이 AMPK, ERK-1/2, p38 단백 발현 변화에 미치는 생체 영향

이민선; 박옥진; 김현택; 김명주

doi:10.14400/jdc.2020.18.3.267

[국내논문] 전자파(電磁波)에 노출된 생쥐의 해마에서 운동이 AMPK, ERK-1/2, p38 단백 발현 변화에 미치는 생체 영향
The Expression changes of AMPK, ERK-1/2, and p38 protein associated with Exercise in the Mouse hippocampus exposed to Radiofrequency Radiation 원문보기

디지털융복합연구 = Journal of digital convergence, v.18 no.3, 2020년, pp.267 - 273

이민선 (신한대학교 간호대학) , 박옥진 (신한대학교 카이로프랙틱학과) , 김현택 (선문대학교 일반대학원) , 김명주 (단국대학교 의과대학 해부학교실)

초록
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전자파에 노출된 생쥐에서 운동이 해마에 미치는 생체영향을 확인하고자 뇌의 신경세포에서 많이 발현되는 AMPKα, p-AMPKα, ERK1/2, p-ERK1/2, p38, p-p38 단백질 발현의 변화를 해마에서 조사하였다. 10주 동안 생쥐들을 정상군, 운동군, 전자파 노출군, 전자파 노출 및 자발운동군으로 나누어 비교하였다. 생쥐들은 835 MHz의 주파수를 송출하는 Wave Exposer V20을 사용해 전자파에 노출시켰고, 각 분자들에 대한 단백질 발현량의 차이는뇌의 해마를 분리해 Western blot으로 조사했다. 각각의 분자들과 인산화 분자들에서 유의한 단백질 발현의 증가는 운동군에서 있었으며, 전자파 노출 및 운동군에서는 이들 분자들의 발현이 통계적으로 유의한 수준으로 현저히 감소하였다. 따라서, 본 연구는 기억을 담당하는 해마에서 운동에 의해 신경가소성이 증가할 수 있지만, 전자파에 노출되면 기억 및 인지기능이 영향을 받을 수 있어 전자파가 실제 세포수준에서 기억력에 영향을 미칠 수 있음을 보였다. 앞으로 전자파가 치매에 미치는 임상적 영향에 대한 연구를 진행한다면 흥미 있는 결과를 기대할 수 있을 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

To determine the biological effects of exercise on hippocampus in mice brain exposed to radiofrequency radiaton (RF), the expression of AMPKα, p-AMPKα, ERK1/2, p-ERK1/2, p38, and p-p38 protein in the mouse exposed to RF were investigated in the hippocampal tissues, Western blot method was used to compare the protein expression levels for each molecule. Significant increases in protein expression of individual and phosphorylated molecules were observed in the spontaneous exercise group, and the expression of these molecules was notably decreased in the RF exposure and spontaneous exercise group. This study shows that neuroplasticity can be increased by exercise in hippocampus that is responsible for memory, but memory and cognitive function may be affected by exposure to RF. We may expect clinically interesting results on dementia or Alzheimer disease if we proceed further investigation on the effect of RF.

주제어

표/그림 (3)

그림 Fig. 1. The effect of radiofrequency radiation exposure associated with spontaneous exercise on phosphorylation of AMPKα in hippocampus.
그림 Fig. 2. The effect of radiofrequency radiation exposure associated with spontaneous exercise on phosphorylation of ERK1/2 in hippocampus.
그림 Fig. 3. The effect of radiofrequency radiation exposure associated with spontaneous exercise on phosphorylation of p38 in hippocampus.

AI 본문요약
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문제 정의

따라서, 본 연구는 전자파 노출이 기억력의 형성을 담당하는 해마에 어떤 영향을 미치는지에 대한 의문점을 해결하고자 생쥐의 뇌에서 신경 연접 가소성에 관여하는 AMPK, ERK1/2, p38에 관한 분자생물학적 연구를 수행하였으며, 전자파의 조사와 함께 운동이 기억력을 담당하는 해마에 어떤 영향을 주는지도 함께 조사하였다.
본 연구에서는 이런 전자파의 노출에 따른 여러 증상들 가운데 인지기능과 기억력에 대한 의생물학적 영향을 파악하기 위해 AMPK 및 ERK1/2와 p38 MAPK 인산화의 변화를 살펴보았고, 그 결과 비록 부분적이긴 하지만 전자파의 노출로 ERK1/2 단백의 인산화가 증가되었음을 증명하였다 (Fig. 2). 또한, 운동에 의한 해마에서 AMPK, ERK1/2 및 p38 단백의 증가를 보였으나, 전자파 노출은 인산화를 감소시키는 결과를 초래하여 (Fig.

제안 방법

10주 동안 모바일 전자파 노출과 유산소 운동이 해마에서 AMPK 단백의 인산화에 미치는 영향을 Western blot으로 조사하였다. AMPK와 p-AMPK 단백의 발현은 β-actin 단백의 발현양으로 나누어 비교했고, 모든 실험군들 사이에서 단백질 발현량의 차이는 유의한 수준으로 확인되지 않았다.
10주 동안 모바일 전자파 노출과 유산소 운동이 해마에서 ERK1/2, p-ERK1/2, p38 및 p-p38 단백을 포함하는 MAPK 단백의 인산화에 미치는 영향을 Western blot으로 조사하였다. ERK1/2, p-ERK1/2, p38 및 p-p38 단백의 발현은 β-actin 단백 발현양으로 정량해 상대적 발현량을 비교 분석하였으나, 모든 실험군들 사이에서 단백질 발현량의 차이는 유의한 수준으로 확인되지 않았다.
10주 동안 전자파 노출과 운동을 수행한 후 모든 실험군의 생쥐를 희생시키고 뇌에서 해마(hippocampus)를 분리했다. 분리된 조직은 단백질 용해액[Tissue Protein Extraction Reagent (T-PER, Thermo), EDTA(0.
비특이적 결합을 막기 위해서 단백질이 전이된 막을 0.1% Tween-20과 BSA 혈청이 함유된 Tris·HCl 완충용액에 넣고 상온에서 1시간 동안 반응시켰다.
실험동물의 식이와 음료는 자유롭게 하였고, 온도 22±2℃, 상대습도 55±5%, 12시간 주기에서 키웠다. 실험은 정상군(n=5, Control group; CON), 운동군(n=5, Exercise group; EXE), 전자파 노출군(n=5, radiofrequency radiation group; RFR), 전자파 노출과 운동군(n=5, RFR+EXE)으로 무작위 추출로 나눠 진행하였다. 총 10주 동안 동물실험을 하였으며, 전자파 노출은 매일 6시간씩 전자파에 노출시켰고, 이후 자율적으로 운동을 하게 했다[16].
실험동물의 운동과 운동량 측정을 위하여 운동 (Voluntary wheel exercise) 기구를 사용하였다[14]. 운동군(EXE)과 전자파 노출 및 운동군(RFR+EXE)은 한 마리씩 10개 우리에 분리 사육하였고, 각각의 우리에서 10주간 운동을 하도록 바퀴(wheel)를 설치하였다[16].
이후 샘플은 50 % 펄스에 15초 간 초음파 처리를 하고 4°C 원심분리(10,000 × g)를 30분 동안 하였다.
실험은 정상군(n=5, Control group; CON), 운동군(n=5, Exercise group; EXE), 전자파 노출군(n=5, radiofrequency radiation group; RFR), 전자파 노출과 운동군(n=5, RFR+EXE)으로 무작위 추출로 나눠 진행하였다. 총 10주 동안 동물실험을 하였으며, 전자파 노출은 매일 6시간씩 전자파에 노출시켰고, 이후 자율적으로 운동을 하게 했다[16].

대상 데이터

1차 항체는 AMPKα, p-AMPKα (cell signaling, USA), ERK1/2, p-ERK1/2, p38, p-p38 (Abfrontier, Korea)을 각각 사용하였으며, 2차 항체는 Goat anti-rabbit IRDye 800CW, Goat anti-mouse IRDye 680LT (Licor, USA)를 사용하였다.
본 연구는 실험동물의 관리와 사용에 관한 미국의 NIH 가이드라인에 따라 이뤄졌다. 6주령 수컷 ICR 생쥐(26~28 gm)를 대한바이오링크(Chungbuk, Korea)에서 구입해 실험동물로 사용하였다. 실험동물의 식이와 음료는 자유롭게 하였고, 온도 22±2℃, 상대습도 55±5%, 12시간 주기에서 키웠다.

데이터처리

통계분석은 GraphPad Prism을 사용하여 양측검정(two-tailed) Student’s t 테스트와 분산분석(one-way ANOVA)을 수행하였다.

이론/모형

모바일 전자파 노출에 사용될 수 있도록 개발된 Wave Exposer V20을 사용하였다 (Fig. 1C). 835 MHz의 주파수를 송출하고, 최대 전자파흡수율이 4.
본 연구는 실험동물의 관리와 사용에 관한 미국의 NIH 가이드라인에 따라 이뤄졌다. 6주령 수컷 ICR 생쥐(26~28 gm)를 대한바이오링크(Chungbuk, Korea)에서 구입해 실험동물로 사용하였다.
실험동물의 운동과 운동량 측정을 위하여 운동 (Voluntary wheel exercise) 기구를 사용하였다[14]. 운동군(EXE)과 전자파 노출 및 운동군(RFR+EXE)은 한 마리씩 10개 우리에 분리 사육하였고, 각각의 우리에서 10주간 운동을 하도록 바퀴(wheel)를 설치하였다[16].

성능/효과

AMPK와 p-AMPK 단백의 발현은 β-actin 단백의 발현양으로 나누어 비교했고, 모든 실험군들 사이에서 단백질 발현량의 차이는 유의한 수준으로 확인되지 않았다.
ERK1/2, p-ERK1/2, p38 및 p-p38 단백의 발현은 β-actin 단백 발현양으로 정량해 상대적 발현량을 비교 분석하였으나, 모든 실험군들 사이에서 단백질 발현량의 차이는 유의한 수준으로 확인되지 않았다.
p38 단백의 인산화의 결과도 ERK1/2 단백 인산화 결과와 유사하게 정상군과 그 상대적 발현을 비교했을 때, 전자파 노출군에서의 발현이 유의한 수준으로 증가함이 관찰되었다.
AMPK와 p-AMPK 단백의 발현은 β-actin 단백의 발현양으로 나누어 비교했고, 모든 실험군들 사이에서 단백질 발현량의 차이는 유의한 수준으로 확인되지 않았다. 다만, 정상군과 비교했을 때, AMPK 단백의 인산화는 운동군에서 유의하게 증가하였다. 게다가, 운동군에서 유의하게 증가한 AMPK 단백의 인산화의 경우 전자파 노출을 같이한 운동 군과 비교했을 때는 Fig.
2). 또한, 운동에 의한 해마에서 AMPK, ERK1/2 및 p38 단백의 증가를 보였으나, 전자파 노출은 인산화를 감소시키는 결과를 초래하여 (Fig. 1-3) 운동의 효과가 전자파의 노출로 상쇄되어지는 것으로 추정할 수 있었다.
요약하면, 본 연구 모델에서 장기간 전자파 노출은 학습, 기억 및 인지기능을 담당하는 해마 신경세포들의 신호전달 관련 유전자 발현에 영향을 줄 수 있다. 그뿐 아니라, 장기간 전자파 노출은 운동으로 생기는 유익한 생리적 반응을 저해할 수 있는 환경적 인자로 작용할 수 있다.

후속연구

그뿐 아니라, 장기간 전자파 노출은 운동으로 생기는 유익한 생리적 반응을 저해할 수 있는 환경적 인자로 작용할 수 있다. 따라서 전자파 노출이 치매나 알츠하이머 같은 질환에 어떤 임상적 영향을 미치는지를 연구할 수 있다면, 이 질환들의 진행과 치료 등에 관해 흥미로운 결과도 얻을 수 있을 것이다.
본 연구결과에서는 생명체에서 직접 기능을 하는 단백 발현양의 비교를 통해 전자파의 해마에 대한 생물학적 영향을 제시하였지만, 이러한 의생물학적 결과를 인간에게 유용하도록 적용하기 위해서는 전자파의 노출을 보다 정확하게 정의하고 전자파를 방출하는 방출 소스와의 거리 변화도 제한하거나 조절 가능해야 할 것이다, 무엇보다 안전한 노출 제한을 설정하기 위해서라도 표준화된 기구와 장비를 이용한 인간과 비인간 영장류에 대한 장기적인 추가 연구가 수행되어야 더 정확한 논거를 제시할 수 있을 것으로 보인다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	전자파에 노출된 생쥐에 뇌의 신경세포에 많이 발견되는 것은?	전자파에 노출된 생쥐에서 운동이 해마에 미치는 생체영향을 확인하고자 뇌의 신경세포에서 많이 발현되는 AMPKα, p-AMPKα, ERK1/2, p-ERK1/2, p38, p-p38 단백질 발현의 변화를 해마에서 조사하였다. 10주 동안 생쥐들을 정상군, 운동군, 전자파 노출군, 전자파 노출 및 자발운동군으로 나누어 비교하였다.
	우리나라 인터넷 이용자 현황은 어떻게 되는가?	우리나라 인터넷 이용자는 2018년 약 4,612만여 명이었고, 91.5%가 만 3세 이상이었다[1]. 인터넷 접속은 약 99.
	AMPK는 세 개의 아단위(subunit)인 A, B, G로 이루어져 있는데 각각에 대해 설명하라	AMPK는 세 개의 아단위(subunit)인 A, B, G로 이뤄져 있으며, 각 단위들도 다양한 아형(isoforms)을 갖고 있다. A 아단위는 AMP가 G 아단위에 결합하면 노출되는 촉매 도메인(catalytic domain)을 가진다[19]. B 아단위는 A, B G 아단위들 간의 상호작용을 안정화시킨다. G 아단위는 AMP 결합 부위를 갖고 있어 [AMP]:[ATP]의 비율 변화를 감지할 수 있다[18]. 이 비율이 높으면 에너지가 낮은 상태로 calcium/calmodulin-dependent protein kinase kinase beta, TGF-β-activated kinase-1 같은 AMPK의 상위 조절 인산화효소들에 의한 인산화 가능성이 증가하게 된다[21, 22].

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].

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