초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 과제는 분자·세포생물학적, 전기·생리학적인 연구방법을 이용해 transthyretin이 근육줄기세포의 분화과정에서 어떻게 작용하는 지에 대한 생물학적 기전을 밝히고자 하는 것을 목표로 한다. 이렇게 확보한 기초연구결과를 동물실험에 적용하여 한우의 생산성을 향상시키고, 인체의 근육관련 생리기전을 이해하는 데 기여하고자 한다. 따라서 본 연구에서는 분자·세포생물학적인 방법뿐만 아니라 전기·생리학적인 연구방법을 통해 근육의 분화과정 중 TTR의 정확한 기능을 좀 더 자세히 알아보고자 한다. 또한 이렇게 확보

연구의 목적 및 내용
본 과제는 분자·세포생물학적, 전기·생리학적인 연구방법을 이용해 transthyretin이 근육줄기세포의 분화과정에서 어떻게 작용하는 지에 대한 생물학적 기전을 밝히고자 하는 것을 목표로 한다. 이렇게 확보한 기초연구결과를 동물실험에 적용하여 한우의 생산성을 향상시키고, 인체의 근육관련 생리기전을 이해하는 데 기여하고자 한다. 따라서 본 연구에서는 분자·세포생물학적인 방법뿐만 아니라 전기·생리학적인 연구방법을 통해 근육의 분화과정 중 TTR의 정확한 기능을 좀 더 자세히 알아보고자 한다. 또한 이렇게 확보할 in vitro 연구결과를 실험동물과 한우의 사양실험을 통해 검증하고자 한다. 본 연구를 통해 얻는 정보는 이 분야의 최초 연구결과가 될 것으로 사료되며, 한우의 생산성 증대뿐만 아니라 인체 근육관련 질병을 이해하고 치료하는데 중요한 정보를 제공할 수 있을 것으로 확신한다.

연구결과
· 한우 근육줄기세포, L6 근육세포, C2C12 세포의 배양 및 분화조건을 확립하였다

· 근육세포의 분화동안 T4 및 T3 호르몬의 처리는 분화 관련 유전자의 발현을 증가시켰다.

· TTR 유전자의 발현 억제에 따라 T4와 T3 호르몬의 농도가 감소함. 이는 세포 내 호르몬 출입에 TTR 유전자가 연관이 있음을 나타낸다

· TTR 유전자가 억제된 세포에서는 G0/G1 기가 대조군 세포에 비해 높은 비율을 나타냈으며, G2/M에서는 대조군 세포에 비해 낮은 비율을 나타내다.

· T4/T3 호르몬 모두 scratch를 가하지 않은 세포에 비해 scratch를 가한 세포에서 농도가 증가하였다. 이는 세포의 회복과정동안 갑상선 호르몬이 필요하다는 것을 나타낸다.

· 정상세포에 비해 scratch를 가한 세포에서 TTR 단백질의 발현이 증가함. 이는 세포의 회복 동안 TTR의 발현이 특정한 역할을 하고 있다는 것을 의미한다.

· TTR 유전자의 기능이 억제된 세포에서 T4/T3 호르몬의 농도가 대조군 세포에 비해 낮았다. 또한 T4호르몬을 활성형의 T3 호르몬으로 전환하는데 관여하는 효소인 D2 단백질의 발현이 TTR 유전자의 발현 억제에 따라 감소함. 이는 TTR 유전자가 세포의 증식기간 동안 T4 호르몬을 운반함으로써 세포의 증식을 제어한다는 것을 나타난다.

· Cav1.1 는 분화 시 발현이 증가하며 T4 호르몬의 처리에 의해 프로모터의 활성화가 증가함. TTR 유전자의 발현억제에 따라 Cav1.1 프로모터의 활성이 감소함. 이는 TTR 유전자가 cav1.1 유전자의 발현을 조절한다는 것을 의미한다.

· CTX 처리에 따라 손상된 근육은 재생을 위해 활성화 되었으며 이는 줄기세포의 마커 유전자인 Pax7의 발현증가를 통해 확인할 수 있었다. 특히 TTR 단백질도 정상조직에 비해 CTX를 처리한 근육에서 발현이 증가하였다. 호르몬의 농도를 측정한 결과 T4/T3 모두 CTX를 처리한 세포에서 농도가 증가하였으며 T3 호르몬의 경우 증가폭이 매우 유의적이었다. TTR 이 T4 호르몬과 같이 근육의 재생에 관여하고 있다는 것을 in vivo 상에서 증명하였다.

· TTR을 억제한 세포에서 microarray 분석을 진행한 후 확보된 유전자들을 이용하여 DAVID 분석을 진행하였다. TTR 유전자의 억제에 따라 감소하는 유전자들은 주로 근육의 골격관련 단백질과 칼슘관련 신호를 전달하는 단백질들과 연관성을 가지는 유전자들이 대부분을 차지하였으며, TTR 유전자의 억제에 따라 증가하는 유전자들은 주로 전사조절관련 인자들과 관련된 유전자들이었다.

· 본 연구과정을 통해 TTR은 근육세포의 증식, 분화 및 유지에 중요한 기능을 한다는 것을 증명하였다. 특히 TTR은 근육세포의 분화 및 재생기간 동안 갑상선 호르몬과 레티놀을 운반하여 분화와 재생을 촉진시키며, 칼슘의 흡수를 조절하는 칼슘채널 및 세포내 칼슘신호전달 관련 유전자의 발현을 조절함으로써 근육세포의 분화를 촉진한다는 것을 in vito 연구를 통해 증명하였다. 또한 근육의 손상에 따른 재생과정에서도 TTR이 갑상선 호르몬의 운반을 촉진함으로써 근육의 재생 촉진에 중요한 기능을 한다는 것을 규명하였다.

· 3년의 연구과정을 통해 총 11편 (SCI 10편, 비 SCI 1편) 의 논문을 발표하였으며, 2건의 특허를 출원하였다.

연구결과의 활용계획
· 학문적 측면: 동물의 근육분화에 대한 기전을 한층 더 폭 넓게 이해할 수 있고, 동물의 근육 재생기전을 이해할 수 있다.

· 산업적 측면: 육질과 육량을 결정짓는 근육 분화 기전의 이해를 통해 이를 제어할 수 있는 방법을 개발할 수 있고, 육량과 육질 개선에 필요한 DNA 마커 개발에 도움을 줄 수 있다.

· 의학적인 측면: 근육관련 질병의 원인을 이해하고, 이에 대한 치료제 개발에 도움을 줄 수 있다.

(출처 : 요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose&contents
The objective of the research is to investigate the biological mechanism by which transthyretin regulates the differentiation of muscle stem cells through molecular and cellular biological as well as electro-physiological research tools. The results from the research will provide

Purpose&contents
The objective of the research is to investigate the biological mechanism by which transthyretin regulates the differentiation of muscle stem cells through molecular and cellular biological as well as electro-physiological research tools. The results from the research will provide an important que to improve the meat quality of the Hanwoo (native Korean cattle) and to understand more physiological mechanism on human muscle development. Therefore, in this study, we try to investigate more precisely about the function of TTR during muscle differentiation through molecular and cellular biology and electrical and physiological methods. Also, we try to verify the result obtained from in vitro research through the feeding trials in experimental animals and bovine. The information from this research is considered to be the first result in this field, and will surely help to increase the production of Hanwoo and provide the significant information to understand and cure the muscle-related diseases.

Result
· Hanwoo muscle stem cell, L6 rattus myoblast, C2C12 murine myoblast culturing and differentiation condition have been optimized.

· T4 and T3 (Thyroid hormone) treatment induced differentiation related gene expression and as such promote muscle cell differentiation.

· Repressing TTR gene showed decreased T4 and T3 concentration within the cell. This result suggests TTR acts as transporter of hormone to cells.

· Compared to control cell population, suppression of TTR increases G0/G1 phase cell population. However, a decrease in G2/M phase cell number was observed.

· T4 and T3 hormone concentration induces cell proliferation as observed in the cell scratch (in vitro) study.

This result represents that thyroid hormone are needed for cell regeneration and wound healing. Also, cell scratch increased TTR expression that means TTR have some particular roles in cellular regeneration and wound healing.
· TTR gene suppression showed less T4 and T3 concentration within the cell. Decreased in TTR gene expression causes reduction in T3 levels following decrease in T4 to T3 convertor enzyme, D2. These evidences support the hypothesis that TTR acts as T4 thyroid hormone carrier during the cell division, thereby control cell cycle related events.

· Cav1.1 expression increases during myogenic differentiation and T4 hormone treatment also induces Cav1.1 promoter activity. TTR gene knock-down shows down regulation of Cav 1.1 promoter activity. Altogether, it's quite sure that TTR gene regulates Cav1.1 gene.

· Muscle injury induced by CTX treatment to limb muscle showed satellite cell activation, confirmed by the up-regulation of satellite cell marker PAX7. Same up-regulation was observed for TTR. Concentration of T4 and T3 also raised by CTX treatment and especially T3 hormone has increased significantly. All these experimental evidence indicates that TTR and T4 hormone have critical role in the in vivo muscular regeneration.

· TTR repressed cell were used for microarray analysis. DAVID analysis using the microarray data showed that almost all of the genes decreased by TTR knock-down are related to sarcomere component or Ca²⁺signaling.Incontrast,thegenesincreasedbyTTRknock-downweremainlytranscriptionregulatoryfactors.

· The function related to muscle cell proliferation, differentiation and cellular maintainence of TTR gene is confirmed by in vitro experiments. In our study, we highlighted that TTR transports thyroid hormone and retinol to improve muscular differentiation and regeneration during muscle formation and injury. Additionally, TTR controls genes related to Ca²⁺channelandsignalingsystemtoinducemusculardifferentiation.Inthecaseofin vivo study, we found that TTR plays critical role in muscle injury by inducing muscle regeneration progress through thyroid hormone transportation to the injured muscle tissue.

· During the 3-year project, we published total 11 (SCI:10, non-SCI:1) research papers and filed 2 patents.

Expected
Contribution
· Academical aspect: It is possible to understand deeply about the mechanism of muscle differentiation and muscle regeneration in animal.

· Industrial aspect: It is possible to develop the way to control the muscle differentiation mechanism which determines the quality and quantity, and contribute to producing DNA marker that is needed for improved quality and quantity.

· Medical aspect: It is possible to understand the cause of muscle-related disease and to contribute to developing its treatment.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 11
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 43
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 46
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 46
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 48
• 8. 참고문헌 ... 48
• 9. 연구성과 ... 50
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 53
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 53
• 12. 기타사항 ... 54
• 별첨1 대표연구실적 ... 55
• 별첨2 세부 목표 관련 증빙 ... 65
• 끝페이지 ... 75