[논문]고지방식이 마우스의 간에서 Lactobacillus acidophilus NS1에 의한 글리코겐 함량 조절 효과

양가람; 김소영; 김응석

doi:10.22424/jdsb.2021.39.2.78

[국내논문] 고지방식이 마우스의 간에서 Lactobacillus acidophilus NS1에 의한 글리코겐 함량 조절 효과
Effect of Lactobacillus acidophilus NS1 on the Hepatic Glycogen Contents in High-Fat Diet-Fed Mice 원문보기

Journal of dairy science and biotechnology, v.39 no.2, 2021년, pp.78 - 85

양가람 (전남대학교 자연과학대학 생물학과) , 김소영 (전남대학교 자연과학대학 생물학과) , 김응석 (전남대학교 자연과학대학 생물학과)

초록
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본 연구는 고지방식이 마우스에서 체중 감소, 혈당 감소 및 인슐린 저항성 개선 효과를 가지는 LNS1 균주의 간 내 글리코겐 함량에 미치는 영향을 조사하여 고지방식이에 의한 비정상적인 글리코겐 대사 개선을 위한 활용 가능성을 검토하고자 실시하였다. LNS1을 12주간 경구 투여한 고지방식이 마우스의 간에서 포도당 운반체 단백질인 GLUT2와 글리코겐 합성의 주요 효소인 GCK, GYS2의 유전자 발현 변화를 확인한 결과, LNS1의 경구 투여는 고지방식이 마우스에 비해 GLUT2와 GYS2의 유전자 발현을 각각 약 2배, 1.8배 증가시켰으며, GCK의 발현에는 영향을 주지 않는 것으로 확인되었다. 또한, GCK의 regulatory unit으로 작용하여 GCK의 활성을 억제하는 GCKR와 글리코겐 분해 과정의 주요 효소인 G6PC의 발현은 LNS1 투여에 의해 HFD마우스에 비해 각각 약 53%, 32% 감소함을 보였다. 간 조직에서의 결과와 마찬가지로 HepG2 세포에 LNS1-CM의 처리는 GLUT2와 GYS2의 유전자 발현을 약 1.9배, 2배 증가시켰으며, GCK의 발현 변화에는 영향을 주지 않는 것으로 확인되었다. GCKR과 G6PC의 유전자 발현 또한 LNS1-CM 처리에 의해 각각 77%, 47% 감소함을 보였다. 또한, 간 조직 내 글리코겐 함량은 고지방식이와 LNS1 투여를 병행한 마우스에서 고지방식이 마우스에 비해 약 1.5배 증가한 것으로 조사되었다. 위의 결과들을 종합해 볼 때, LNS1은 GLUT2, GYS2, GCKR와 G6PC의 발현 조절을 통해 간 조직내 글리코겐 함량을 증가시켜 고지방식이에 의한 글리코겐 대사 이상을 개선시키는 효과를 가지는 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Previously, we showed that oral administration of probiotics, Lactobacillus acidophilus NS1 (LNS1), improved insulin sensitivity in high-fat-diet-fed mice (HFD mice). Furthermore, LNS1-conditioned media (LNS1-CM) reduced HNF4α transcription activity and the expression of phosphoenol pyruvate carboxykinase (PEPCK), a key enzyme in gluconeogenesis in HepG2 cells. In this study, we demonstrated that LNS1 administration increased the expression of glycosyltransferase 2 (GYS2) and glucose transporter 2 (GLUT2), while reduced the expression of glucose-6-phosphatase (G6PC) expression in liver of HFD mice. Furthermore, LNS1 suppressed hepatic expression of glucokinase regulatory unit (GCKR) in HFD mice without changing the mRNA levels of glucokinase (GCK), suggesting that LNS1 may inhibit nuclear GCK activity. Consistently, addition of LNS1-CM to HepG2 cells increased the mRNA levels of GYS2 and GLUT2 with reduced mRNA levels of G6PC and GCKR. Moreover, hepatic glycogen contents were increased in HFD mice upon administration of LNS1. Together, these results suggest that LNS1 facilitates glycogen accumulation in liver by regulating the expression of genes involved in glycogen metabolism, contributing to improved insulin sensitivity in the HFD mice.

Keyword

표/그림 (4)

표 Table 1. Primers used for the RT-PCR
그림 Fig. 1. The effect of LNS1 on the expression of genes that regulate hepatic glycogen metabolism in HFD fed mice. Seven-week-old C57BL/6 mice were fed a HFD with LNS1 or PBS for 12 weeks. The expression levels of genes involved in glycogen metabolism were determined by RT-PCR. All data are presented as the mean value±SD from three independent experiments. * p<0.05, ** p<0.01 (vs. HFD). LNS1, Lactobacillus acidophilus NS1; HFD, high-fat-diet.
그림 Fig. 2. LNS1-CM regulates the expression of gene involved in glycogen metabolism in HepG2 cells. HepG2 cells were incubated with LNS1-CM (1/50) or vehicle (MRS broth) for 24 hr. Expression of genes required for glycogen metabolism was determined by RT-PCR. All data are presented as the mean value±SD from three independent experiments. * p<0.05, ** p<0.01 (vs. vehicle). LNS1, Lactobacillus acidophilus NS1; LNS1-CM, LNS1-conditioned media.
그림 Fig. 3. Administration of LNS1 increased hepatic glycogen content in HFD mice. Livers of each group of mice were sliced and dissolved in 30% KOH. The supernatant of liver lysate was prepared as described in "the materials and methods" and then glycogen content was determined by measuring its absorbance at 620 nm. All data are presented as the mean value±SD from three independent experiments. ** p<0.01 (vs. HFD). HFD, high-fat-diet. LNS1, Lactobacillus acidophilus NS1.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 LNS1이 간 내 글리코겐 대사에 미치는 효과를 검증하기 위하여 고지방식이 마우스에서 간의 글리코겐 대사에 참여하는 주요 유전자들의 발현과 글리코겐 함량에 대한 LNS1의 영향을 조사하였다

제안 방법

PBS에 희석된 300 μL의 유산균 LNS1(1.0×108 CFU/mL) 또는 PBS를 고지방식이 마우스에 12주 동안 매일 경구 투여하였다.
HFD 마우스의 간에서 LNS1의 에너지대사 조절 역할과 마찬가지로 HepG2 세포에서 LNS1 배양조건 배지(LNS1-CM, LNS1-conditioned media)의 처리는 지방산 합성 및 지방산 산화과정에 참여하는 주요 전사조절인자와 당신생합성 전사조절인자의 발현 및 활성을 조절하는 것으로 나타났다 [11–13]. 고지방식이 마우스 간에서 LNS1이 포도당 운반체 단백질과 글리코겐 합성 및 분해 과정에 참여하는 주요 효소 유전자들의 발현 조절을 확인하였으므로, LNS1-CM이 HepG2 세포의 글리코겐합성 및 분해 과정에 참여하는 주요 유전자들 발현에 있어서 LNS1과 동일한 효과를 가지는지 알아보기 위하여 HepG2 세포에 LNS1-CM을 24시간 처리 후 RT-PCR을 진행하였다. 실험 결과, HFD 마우스의 간 조직에서와 마찬가지로 LNS1-CM은 HepG2 세포에서 GLUT2와 GYS2의 발현을 vehicle 대비 각각 약 1.

대상 데이터

7주령의 C57BL/6 수컷 마우스(무게 19±2 g; 중앙실험동물, Korea) 를 고지방식이(HFD; 열량비 45% 지방 식이; Research Diets, USA)를 섭취시켰다

데이터처리

실험 결과의 통계적 유의성은 Student’s t-test에 의해 얻어졌다
실험 결과는 평균±표준 편차로 나타내었다

성능/효과

고지방식이 마우스 간에서 LNS1이 포도당 운반체 단백질과 글리코겐 합성 및 분해 과정에 참여하는 주요 효소 유전자들의 발현 조절을 확인하였으므로, LNS1-CM이 HepG2 세포의 글리코겐합성 및 분해 과정에 참여하는 주요 유전자들 발현에 있어서 LNS1과 동일한 효과를 가지는지 알아보기 위하여 HepG2 세포에 LNS1-CM을 24시간 처리 후 RT-PCR을 진행하였다. 실험 결과, HFD 마우스의 간 조직에서와 마찬가지로 LNS1-CM은 HepG2 세포에서 GLUT2와 GYS2의 발현을 vehicle 대비 각각 약 1.9배, 2배 증가시켰으며, GCK의 발현에는 영향을 주지 않는 것으로 확인되었다(Fig. 2).
GCKR과 G6PC의 발현 또한 vehicle과 비교하여 LNS1-CM에 의해 각각 77%, 47% 감소됨을 보였다. 이 결과들은 in vivo와 in vitro 모두에서 각각 LNS1, LNS1-CM에 의해 포도당 운반체, 글리코겐 합성 및 분해 경로 효소 유전자들의 발현이 조절됨을 보여주고 있다.

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표제어: PCR

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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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