초록 ▼

연구의 목적 및 내용
포도당 자극에 의한 인슐린 분비의 핵심 기전은 미토콘드리아에서 생성된 ATP이며, 이는 미토콘드리아 전기화학적 경사도에 의존한다. 전기적 및 화학적 경사도는 여러 이온 운반체를 통한 이온 이동에 의해 조절되나, 미토콘드리아 이온 운반 경로들은 최근에 들어서야 그 분자적 실체가 조금씩 밝혀지고 있는 상태이다. 이에 맞추어 본 연구는 미토콘드리아 이온 운반체들의 이동기전, 생리적 기능, 조절인자 등을 규명함으로써 이온 항상성 유지 기전을 이해하고 인슐린분비촉진제 개발의 창의적 전략목표를 발굴하는데 목표를 두었

연구의 목적 및 내용
포도당 자극에 의한 인슐린 분비의 핵심 기전은 미토콘드리아에서 생성된 ATP이며, 이는 미토콘드리아 전기화학적 경사도에 의존한다. 전기적 및 화학적 경사도는 여러 이온 운반체를 통한 이온 이동에 의해 조절되나, 미토콘드리아 이온 운반 경로들은 최근에 들어서야 그 분자적 실체가 조금씩 밝혀지고 있는 상태이다. 이에 맞추어 본 연구는 미토콘드리아 이온 운반체들의 이동기전, 생리적 기능, 조절인자 등을 규명함으로써 이온 항상성 유지 기전을 이해하고 인슐린분비촉진제 개발의 창의적 전략목표를 발굴하는데 목표를 두었다.
연구결과
1) 미토콘드리아 기능 및 이온 항상성 기전 분석을 위한 연구시스템 구축
이온 운반체 기능 분석을 위해 보다 생리적, 안정적인 permeabilized cell system에서 다양한 기법으로 기능적 parameter들을 측정하는 최적의 연구방법 구축하였음.
2) 세포내 이온농도 변화에 대한 미토콘드리아 기능변화 관찰
세포내 이온농도 변화에 따른 미토콘드리아 기능변화를 관찰하였으며, 특히 phosphate 운반체 확인과 phosphate 이동에 관련된 전기화학적 변화의 기전을 밝혔고 에너지대사에서의 중요 역할을 규명하였음.
3) 미토콘드리아 이온 운반체의 작용기전 및 생리적 역할 규명
미토콘드리아 이온운반체들 중 칼슘 주요이동경로로 작동하는 MCU와 LetM1이 인슐린 분비기능 조절에 크게 기여함을 확인하였음, 그 기전으로 화학적 경사도 형성 및 유지에 관여하여 ATP 생성을 조절한다는 새로운 기전을 확인하였음.
4) 당뇨유사 환경에서 미토콘드리아의 병태 생리적 역할 규명
당뇨유사환경인 유리 포화지방산 및 TGF-beta 증가에 의한 세포독성에서 미토콘드리아의 역할을 확인하여 치료전략 적용 가능성을 탐색하였음.
5) 그 외 미토콘드리아 형태 및 운동성 변화의 기능적 역할 규명, 약물로 인한 미토콘드리아 기능장애가 인슐린 분비장애 초래 기전 확인, 그리고 높은 농도의 phosphate에 의한 세포독성에서 미토콘드리아의 새로운 역할을 규명하였음.
연구결과의 활용계획
연구과정을 통해 구축된 최적의 연구방법을 이용하여 미토콘드리아 이온 항상성 유지에 주도적인 이온 운반체들을 탐색하였고, 이들이 미토콘드리아 기능 및 인슐린 분비능에 핵심적인 역할을 담당하고 있음이 확인되었다. 확인된 운반체들의 조절인자 발굴에 초점을 두어 치료타깃으로서의 유용성을 검증할 것이며, 최근 새롭게 분자적 실체가 밝혀진 pyruvate 운반체의 이동 및 조절의 분자적 메카니즘을 규명하여 치료전략 가능성을 확인하고자 한다. 또한 미토콘드리아의 기능이 병태생리에 중요한 신경, 심근 및 골격근 등의 다양한 질환에 대한 적용 가능성을 검증하고자 한다.

Abstract ▼

Purpose & contents
Mitochondrial ATP production is an essential mechanism for glucose-stimulated insulin secretion and dependent on proton motive force across the inner mitochondrial membrane. This proton gradient is mainly generated by electron transport chain and also regulated by proton-couple

Purpose & contents
Mitochondrial ATP production is an essential mechanism for glucose-stimulated insulin secretion and dependent on proton motive force across the inner mitochondrial membrane. This proton gradient is mainly generated by electron transport chain and also regulated by proton-coupled ion transporters. By identifying the action mechanism and physiologic role of proton-coupled transporters, this study aims to understand the mitochondrial ionic homeostasis and to probe a novel strategic target for the development of insulin secretagogues.
Result
1) Establishing the experimental system to analyze the mitochondrial function and ionic homeostasis in permeabilized cell system
2) Observation of mitochondrial function in response to changes in cytosolic ion concentration: identification of the functional role of cytosolic phosphate and phosphate transporters on the electrochemical gradient and energy metabolism of mitochondria
3) Identification of the action mechanism of mitochondrial ion transporters and its physiologic role: focused on MCU and LetM1 as mitochondrial calcium transporters
4) Identification of the pathophysiologic role of mitochondria under diabetic conditions: focused on mitochondrial action of high free fatty acid and TGF-beta
5) Investigating the functional role of mitochondrial morphology and motility, the insulin secretory defects by drug-induced mitochondrial dysfunction, and the role of mitochondria on high phosphate-induced cytotoxicity.
Expected Contribution
We investigated the dominant ion transporters for maintaining mitochondrial ionic homeostasis by using optimized experimental system established during this project. We demonstrated that these transporters act an essential role for mitochondrial function and insulin secretion. We will demonstrate the availability of these transporters as the therapeutic target for insulin secretagogue. Moreover, We will test the applicability of our data on mitochondrial ion transporters to other related diseases including neurons and cardiac/skeletal muscles on which mitochondria have critical implications.

목차 Contents

• 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ... 1
• 목 차 ... 3
• 연구계획 요약문 ... 4
• 연구결과 요약문 ... 5
• 한글요약문 ... 5
• SUMMARY ... 6
• 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 15
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 17
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 48
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 49
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 51
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 52
• 8. 참고문헌 ... 53
• 9. 연구성과 ... 57
• 10. 기타사항 ... 61