보고서 정보
주관연구기관 |
충남대학교 Chungnam National University |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2013-04 |
과제시작연도 |
2012 |
주관부처 |
교육과학기술부 Ministry of Education and Science Technology(MEST) |
과제관리전문기관 |
한국연구재단 National Research Foundation of Korea |
등록번호 |
TRKO201300034422 |
과제고유번호 |
1345171209 |
사업명 |
중견연구자지원 |
DB 구축일자 |
2013-12-21
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키워드 |
G protein-coupled receptor.GPR40.GPR41.GPR119.insulin secretion.glucose uptake.AMP-activated protein kinase.type 2 diabetes.blood glucose.
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201300034422 |
초록
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연구의 목적 및 내용
● 연구목적: 본 연구는 인슐린을 분비하는 췌장-β 세포에 존재하는 G protein-coupled receptor 중 서로 다른 Gα subunit을 갖는 GPR119 (Gαs-coupled), GPR40 (Gαq-coupled), GPR41 (Gαi-coupled)의 약리작용의 차이와 관련기전을 규명하고, 이 수용체들을 각각 활성화하였을 때 나타나는 약리작용에 의한 혈당강하효과를 2형 당뇨동물모델에서 검증하고자 하였음
● 연구내용: 인슐린분비기능을 갖는 insulinoma cell line을 구축
연구의 목적 및 내용
● 연구목적: 본 연구는 인슐린을 분비하는 췌장-β 세포에 존재하는 G protein-coupled receptor 중 서로 다른 Gα subunit을 갖는 GPR119 (Gαs-coupled), GPR40 (Gαq-coupled), GPR41 (Gαi-coupled)의 약리작용의 차이와 관련기전을 규명하고, 이 수용체들을 각각 활성화하였을 때 나타나는 약리작용에 의한 혈당강하효과를 2형 당뇨동물모델에서 검증하고자 하였음
● 연구내용: 인슐린분비기능을 갖는 insulinoma cell line을 구축하고 세포내에 GPR119, GPR40, GPR41의 유전자 및 단백질의 발현과 Gαs-자극 세포내 cAMP 증가, Gαq-자극 Ca2+ 증가, Gαi-자극 cAMP 감소 등의 주효기(effector) 작용을 확인한 후, 각 수용체의 자극에 의한 insulin 분비증가를 관찰함. 이후 insulin 분비에 관여하는 수용체-경유 약리작용에 대한 신호전달기전을 AMP-activated protein kinase (AMPK) 중심으로 규명하여 해석하고, 수용체 활성화에 의한 약리작용을 streptozotocin과 nicotinamide를 병용 투여하여 구축한 2형 당뇨모델동물에서의 혈당강하효과 및 과량의 glucose 투여에 의한 혈당상승에 대한 내당능으로 검증함
연구결과
● GPR119 관련 연구결과
□ rat insulinoma cell (RIN-5f)에서 GPR119의 mRNA 및 protein 발현 확인, GPR119 agonist인 oleoylethanolamide, PSN375963에 의해 인슐린 분비 증가
□ GPR119 활성화는 AMPK 활성화를 유도하였으며, GPR119-induced insulin secretion은 GPR119와 AMPK를 경유하여 나타남을 증명함
□ GPR119 agonist인 oleoylethanolamide의 투여에 의하여 2형 당뇨모델동물의 혈당강하, 인슐린분비증가, 혈중 중성지방감소, 혈중 adiponectin 수준 증가 등의 효과를 나타내었으며, 과량의 glucose 투여에 의한 혈당증가를 안정적으로 강하시킴
● GPR40 관련 연구결과
□ GPR40을 안정적으로 과발현하는 stable cell line (RIN-40)을 구축하여 GPR40의 mRNA 및 protein 발현 확인, GPR40 agonist인 linoleic acid, CAY110587, eicosatrienoic acid에 의해 인슐린 분비 증가
□ GPR40 활성화에 의해 AMPK 활성화는 유도되지 않았으며, 본 연구과제에서 발견한 ERK1/2 경로의 활성화를 통하여 인슐린분비가 증가됨을 규명함
□ GPR40 agonist인 linoleic acid 투여에 의하여 2형 당뇨모델동물의 혈당강하, 혈중 중성지방 감소 및 insulin sensitivity의 증가를 나타내었으며, 내당능의 개선을 나타냄
● GPR41 관련 연구결과
□ GPR41은 췌장 β-세포에서의 발현은 매우 미약하였으며, 따라서 glucose uptake의 주요기관인 adipocyte와 skeletal muscle cell에서 발현이 확인되었고, GPR41 agonist인 propionic acid, valeric acid에 의해 insulin-stimulated glucose uptake가 증가되었음을 확인함
□ 이와 같은 작용은 GPR41을 경유하여 나타남을 GPR41 siRNA 처치에 의해 증명함
□ GPR40 agonist인 valeric acid 투여에 의하여 2형 당뇨모델동물의 혈당강하, 인슐린분비증가 등의 효과를 나타내었고, 내당능 개선효과를 확인함
연구결과의 활용계획
● 후속연구 주제 1: 본 과제의 연구결과 중 GPR40에 의해 발현이 증가되는 유관유전자 중 chmgene이 있는데, REP-1 (Rab escort protein 1)은 본 유전자의 산물로서 세포내 RabGGTase의 작용에 필수적인 단백질임. 이와 같은 상호작용을 통하여 Rab-geranylgeranyl 분자의 생산을 통해 세포 내 다양한 생물학적 반응을 조절하게 됨. 따라서 GPR40에 의해 발현이 증가되어 나타나는 REP-1, protein prenylation과 Gαq-coupled GPR40에 의해 활성화되는 PKD1의 인슐린분비증가에서의 정확한 역할을 관찰하여, 관련기전을 정확하게 규명하고자 함
● 후속연구 주제 2: 종료과제의 연구결과에서 나타난 GPR41-경유 insulin-stimulated glucose uptake 증가현상은 본 과제에서 세계 최초로 획득한 결과이며, 이 결과에 대한 정확한 기전을 규명하고자 함, 즉 cAMP 감소에 의한 PKA 관련 작용을 검증하고, β-receptor와의 상관관계 및 glucose transporter 4 발현 및 세포막 이동에 대한 작용, 그리고 현재까지 알려지지 않은 glucose uptake에 관한 정확한 기전을 규명할 것임
● 타 연구에의 응용: 후속연구 수행에 의해 당뇨치료 신약개발의 새로운 분자표적 및 기전을 제시함으로써, 의약화학, 약물수송체 연구, 유전자 치료 등의 연구분야에 응용할 수 있음
Abstract
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Purpose&contents
● Purpose: This research was designed to investigate the differences of actions and underlying mechanisms among Gαs-coupled GPR119, Gαq-coupled GPR40 and Gαi-coupled GPR41-mediated insulin secretion in pancreatic β-cells, and verify those hypoglycemic actions using type 2 diabete
Purpose&contents
● Purpose: This research was designed to investigate the differences of actions and underlying mechanisms among Gαs-coupled GPR119, Gαq-coupled GPR40 and Gαi-coupled GPR41-mediated insulin secretion in pancreatic β-cells, and verify those hypoglycemic actions using type 2 diabetetic animal models in vivo.
● Content: The ability of GPR119, GPR40 and GPR41 stimulation to control the activity of effectors and insulin secretion was measured. The underlying mechanisms of insulin secretion were investigated focusing on AMP-activated protein kinase (AMPK), and the pharmacologic verification of hypoglycemic effects by GPR119, GPR40 and GPR41 simulation was performed using type 2 diabetic animal models constructed by combined administration of streptozotocin with nicotinamide.
Result
● Results from GPR119
□ The GPR119 mRNA and protein expression and insulin secretion were increased by GPR119 agonists such as oleoylethanolamide and PSN375963 in RIN-5f rat insulinoma cell line.
□ GPR119-induced insulin secretion was through AMPK activation.
□ The oral administration of oleoylethanolamide showed the multiple actions including hypoglycemia, increases in insulin secretion and blood adiponectin, decrease in blood triglyceride, and improvement of glucose tolerance in type 2 diabetic animal model.
● Results from GPR40
□ The GPR40 mRNA and protein expression and insulin secretion were increased by GPR40 agonists such as linoleic acid, CAY110587 and eicosatrienoic acid in GPR40-overexpressing stable cell line (RIN-40).
□ GPR40-mediated insulin secretion was not through AMPK activation, but ERK1/2 activation.
□ The oral administration of linoleic acid showed the multiple actions including hypoglycemia, decrease in blood triglyceride, increase in insulin sensitivity, and improvement of glucose tolerance in type 2 diabetic animal model.
● Results from GPR41
□ The GPR41 mRNA and protein expression was confirmed in adipocytes and skeletal muscle cells, and insulin-stimulated glucose uptake was increased by GPR41 agonists such as propionic acid and valeric acid in those cells.
□ The amelioration of glucose uptake by propionic acid and valeric acid was GPR41-mediated pathways.
□ The oral administration of valeric acid showed the multiple actions including hypoglycemia, increase in insulin secretion, and improvement of glucose tolerance in type 2 diabetic animal model.
Expected Contribution
● Contribution 1: The observation that the expression of chm gene by linoleic acid was increased imply that GPR40-mediated insulin secretion may be through Rab escort protein 1 (REP-1) and protein prenylation (RabGGTase). Moreover, the activity of protein kinase D1 (PKD1) can be modulated by stimulating REP-1 and RabGGTase, and thus, PKD1 may be the final determinant for GPR40-mediated insulin secretion.
● Contribution 2: Our observation that the amelioration of glucose uptake by propionic acid and valeric acid was GPR41-mediated pathways is the first finding, and thus, cAMP-mediated control of glucose uptake may be the integrated signaling pathways to control insulin resistance.
● Applications: We can provide the new molecular targets and mechanisms to control insulin resistance in type 2 diabetes, and our study can make a connection to other study fields including medicinal chemistry, drug delivery system and gene therapy.
목차 Contents
- 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ... 1
- 목차 ... 2
- 연구계획 요약문 ... 3
- 연구결과 요약문 ... 4
- 한글요약문 ... 4
- SUMMARY ... 5
- 연구내용 및 결과 ... 6
- 1. 연구개발과제의개요 ... 6
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 7
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 8
- 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 21
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 22
- 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 25
- 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 37
- 8. 참고문헌 ... 37
- 9. 연구성과 ... 40
- 10. 기타사항 ... 42
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