[보고서]대사질환 모델동물에서 전사체/대사체 분석을 통한 metabotyping 연구

송욱

대사질환 모델동물에서 전사체/대사체 분석을 통한 metabotyping 연구
Metabotyping of animal models for metabolic syndrome using transcriptome and metabolomics 원문보기

보고서 정보
주관연구기관	서울대학교 Seoul National University
연구책임자	송욱
보고서유형	최종보고서
발행국가	대한민국
언어	한국어
발행년월	2016-07
과제시작연도	2015
주관부처	미래창조과학부 Ministry of Science, ICT and Future Planning
등록번호	TRKO202000003591
과제고유번호	1711028457
사업명	바이오·의료기술개발
DB 구축일자	2020-07-29
키워드	동물모델.비만.운동.전사체.대사체.animal model.Obesity.Exercise.Transcriptome.Metabolomics.

초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
대사질환 모델동물에서 전사체/대사체 분석을 통한 metabotyping 연구
￮ 대사증후군 예측을 위한 위험인자를 도출하기 위하여 모델동물을 활용하여 대사체 연구와 전사체 연구를 실시한다.
￮ 모델동물은 당뇨병 모델동물에서 운동조절, 식이조절 및 노화와 관련된 환경인자를 조절한다.
￮ Metabotyping은 NMR 기반의 non-targeted 대사체 검사, Steroid 대사체 검사, Sphingolipid 를 제1 세부 과제와 협력하여 진행한다.
￮ 근육, 지방, 간 조직에서 전사체 검사를 실시하여 대사체와 검사체 사이의 상관관계를 생물정보 분석 방법으로 연구하여 대사질환의 새로운 기전이해를 위한 유전자 변화와 대사체 변화를 확보한다.
￮ 확보된 정보는 대사질환의 조기 진단, 원인 규명, 예후 예측을 위한 인자로 활용한다.

□ 연구개발성과
노화 동물 및 임상 실험에서 저항성 운동이 myokine(irisin)에 미치는 영향(Experimental gerontology 2015 Oct;70:11-7; IF: 3.802)
저항성 운동이 제2형 당뇨모델에서 포도당 내당능과 근섬유 형태의 구성에 미치는 영향(Diabetes & metabolism journal 2015 Oct;39(5):424-33)
과체중/비만 대상 임상 실험에서 유/무산소 운동이 혈중 myokine(irisin)에 미치는 영향(Physiological research 2015; Online; IF: 1.293)
근위축 동물 모델에서 저항성 운동이 myokine(SPARC)에 미치는 영향(Muscle & nerve 2015; Online; IF: 2.283)
제2형 당뇨모델에서 저항성 운동이 myokine(BDNF)에 미치는 영향(Journal of exercise nutrition and biochemistry 2015;19(4):281-8)
Seizure 동물 모델에서 저강도 운동이 미치는 영향(Neurochemical research 2015;Online; IF: 2.593)
근감소증 예방을 위한 저항성 운동의 적용 종설(Journal of the Korean geriatrics society 2015;19(4):205-17)
제2형 당뇨모델 랫드에서 트레드밀 운동에 의한 근육에서의 지질 변화 연구(Scientific reports 2016; submitted; IF: 5.578)
제2형 당뇨모델 랫드에서 트레드밀 운동에 의한 myokine(apelin) 분석 연구(Endocrine 2016; submitted; IF: 3.878)

□ 연구개발성과의 활용계획(기대효과)
￮ 대사체 질환의 진단 및 치료 마커 발굴
￮ 국민건강 증진
￮ 지식 기반의 창조 경제형 일자리 창출 및 시장 확대

(출처 : 요약문 3p)

Abstract

목차 Contents

표지 ... 1
제 출 문 ... 2
보고서 요약서 ... 3
국문 요약문 ... 3
SUMMARY ... 4
목차 ... 5
제1장. 연구개발과제의 개요 ... 5
1. 연구개발 목적 ... 5
2. 연구개발의 필요성 ... 6
제2장. 국내외 기술 개발 현황 ... 10
1. 세계적 수준 ... 10
2. 국내 수준 ... 10
3. 국내외 연구현황 ... 10
4. 선행연구의 내용 및 결과 ... 11
제3장. 연구 수행 내용 및 성과 ... 29
1. 모델동물 운용 (운동) ... 29
2. 모델동물 운용 (당뇨+운동) ... 32
2. 모델동물 운용 (항비만+운동) ... 40
3. 모델동물 운용 (설탕음료+고지방식이) ... 44
4. 모델동물 운용 (고지방식이+운동) ... 50
제4장. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 57
1. 목표 달성도 ... 57
2. 관련 분야 기여도 ... 57
제5장. 연구개발성과의 활용계획 ... 58
1. 연구개발결과의 활용방안 ... 58
2. 기대성과 ... 58
제6장. 연구 과정에서 수집한 해외 과학기술 정보 ... 58
제7장. 연구개발성과의 보안등급 ... 58
제8장. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 58
제9장. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전 조치 이행 실적 ... 58
제10장. 연구개발과제의 대표적 연구 실적 ... 59
제11장. 기타 사항 ... 60
제12장. 참고 문헌 ... 60
끝페이지 ... 61

표/그림 (66)

표 성 별, 연령대 별 당뇨 유병률. 2010, 한국당뇨병학회
표 소아·청소년 연령대 별 당뇨병 환자 수. 2011, 국민건강보험공단 자료
표 연도별 임신성 당뇨 환자 수. 2011, 국민건강보험공단 자료
표 복부형 비만과 복부지방의 증가는 다른 대사성 질환의 유병률을 증가시킴 (Cell 131;2242, 2007)
표 Effect of 12 weeks of treadmill exercise on body weight (A) and fasting blood glucose concentration (B). *p<0.05 compared with ZLC-Con group, and #p<0.05 compared with ZDF-Con group. Values are mean ± S.E.M. for n=8 in each group
표 Effect of 12 weeks of treadmill exercise on glucose tolerance in diabetic rats. (A) Blood glucose concentration was measured at various time points after dextrose (2 g/kg) treatment. (B) Area under the curve of IPGTT was calculated for quantified compare. *p<0.05 compared with ZLC-Con group, and #p<0.05 compared with ZDF-Con group. Values are mean ± S.E.M. for n=8 in each group
표 Effect of 12 weeks of treadmill exercise on expression of IL-15 in SOL (soleus) and GM (gastrocnemius medial). #p<0.05 compared with ZDF-Con group. Values are mean ± S.E.M. for n=8 in each group
표 Association of IL-15 expression in SOL with body weight and fasting blood glucose levels. Pearson’s correlation coefficients of IL-15 expression in SOL with (A) body weight and (B) concentration of fasting blood glucose are shown. Pearson’s correlation coefficients and p values are shown in each graph
표 고지방식이 (HFD) 섭취에 따른 C3H, B6마우스에서의 표현형 변화
표 B6에서의 MGAT1 knock-down 실험 결과
표 Blood glucose levels were determined as described in the Methods section. Each value represents the mean ± SEM
표 Effects of exercise training and type 2 diabetes on thelevel of 4- hydroxynoneal (4-HNE) adducts and total lipid hydroperoxide Western blot analysis was conducted with a rabbit polyclonal 4-HNE antibody. The data were quantified by using image densitometric analysis (A). The ferrous oxidationxylenol orange assay was used for quantification of lipid peroxidation (B)
$Effects of exercise training and type 2 diabetes on phosphorylation of IκB kinase β (IKKβ) and c-Jun N-terminal kinase (JNK). The cytoplasmic fraction was subjected to Western blot analysis to measure the levels of p-IKKβ (A) and p-JNK (B) using specific antibodies. The data were quantified using image densitometric analysis$ 표 Effects of exercise training and type 2 diabetes on phosphorylation of IκB kinase β (IKKβ) and c-Jun N-terminal kinase (JNK). The cytoplasmic fraction was subjected to Western blot analysis to measure the levels of p-IKKβ (A) and p-JNK (B) using specific antibodies. The data were quantified using image densitometric analysis
$Effects of exercise training and type 2 diabetes on cytoplasmic heat shock protein 72 (Hsp72) levels. The cytoplasmic fraction was subjected to Western blot analysis to measure the levels of Hsp72. The data were quantified using image densitometric analysis$ 표 Effects of exercise training and type 2 diabetes on cytoplasmic heat shock protein 72 (Hsp72) levels. The cytoplasmic fraction was subjected to Western blot analysis to measure the levels of Hsp72. The data were quantified using image densitometric analysis
표 Effects of exercise training and type 2 diabetes on DNA binding of nuclear factor κB (NF-κB). Nuclear extract was incubated with radiolabelled oligonucleotides containing the NF-κB consensus sequence for analysis by EMSA (A).The data were quantified using image densitometric analysis (B)
표 Change of (A) blood glucose, (B) blood insulin, (C) HOMA-IR levels from rest to immediately after all-out exercise in OLETF (n=8) and LETO (n=6) rats, Each rat ran with incremental runing velocity by every 3 minutes untill all-out condition. Immediately after all-out condition, blood samples were collected from fixed catheter of nape and treadmill exercise was stopped. Values represent measn±SEM
표 혈중 젖산 비교
표 Resistance Ladder Exercise Program (12weeks for SD rats)
표 Grip strength to Laddering Exercise (12weeks for SD rats)
표 muscle quality (ZLC: lean control rat, ZDF: diabetic rat, muscle quality: grip strength/ muscle volume)
표 glucose tolerance (ZLC: lean control rat, ZDF: diabetic rat, AUC: area under the curve)
표 GLUT4 expression
표 Immunofluorescence staining for medial gastrocnemius muscle GLUT4 protein
표 Ahnak knock-out 마우스의 scheme (A)와 결손의 확인 (B) (JBC 283;6312-6320, 2008)
표 Ahnak KO 마우스의 크기와 몸무게의 변화 (Bae and Seong, unpublished results)
표 Hierarchical clustering of soleus muscle genes in male(M) and female(F) rats before (ND) and after (HFD) feeding
표 Scatter plots comparing differential expression of genes in soleus muscle of HFD rats in muscle contraction
표 Molecular network underlying hepatic response to high-fat diets (left: day 3, right: week 12)
표 Model of the hepatic physiological response to high-fat diets during the 16-week time-course
표 근위축 유발로 인한 상대적인 근육량 변화 비교
표 12주간의 고강도 저항성 사다리 운동이 동물 모델의 앞다리 근력과 근육의 질에 미치는 영향
표 12주간의 저항성 사다리 운동이 근위축 예방에 미치는 영향 비교 분석 [A-F]
표 골격근과 혈중에서의 SPARC 발현량 비교와 상관관계 분석
표 제2형 당뇨 동물 모델의 유산소 운동 중재를 통한 분석 시료 확보 현황
표 제2형 당뇨 동물 모델의 운동(treadmill) 중재에 따른 체구성(body composition via DXA)
표 6주간의 유산소(treadmill) 운동에 따른 골격근량 비교
표 6주간의 지구성 운동이 쥐의 앞다리 근력에 미치는 영향
표 제2형 당뇨 동물 모델의 유산소 운동 중재 후 근육 morphometry 분석
표 제2형 당뇨 모델의 운동 중재 후 신혈관생성(muscle capillarization) 의 변화
표 제2형 당뇨모델의 골격근와 혈중 apelin 수준 비교 분석
표 골격근의 apelin 수준과 인슐린 저항성, 근력, 그리고 신혈관 생성과의 상관관계 분석
표 Effect of exercise on body, tissue weight and plasma glucose level
표 Lipids showing larger than 3-fold difference with p-value < 0.01 from Mann-whitney U test in ZLC vs. ZDF from gastrocnemius and soleus
표 Common DAG species found in both tissues having peak area ratio larger than 3-fold difference with p-value < 0.01 from Mann-whitney U test in ZLC vs. ZDF from gastrocnemius and soleus
표 DAG species having peak area ratio larger than 3-fold difference with p-value < .01 from Mann-whitney U test in ZLC vs. ZDF from (a) gastrocnemius and (b) soleus
표 Common TAG species found in both tissues having peak area ratio larger than 3-fold difference with p-value < 0.01 from Mann-whitney U test in ZLC vs. ZDF from gastrocnemius and soleus. *p < 0.05, **p < 0.01 for ZDF vs. ZDF-EX
표 Score plots from PCA showing the statistical difference of lipids in (a) gastrocnemius and (b) soleus from Table 1
표 The interactions of proteins with dysferlin at the sarcolemma in skeletal muscle
표 Body weight and gastrocnemius muscle of experimental animal_AHNAK KO and Wild type
표 exercise function of experimental animal (AHNAK KO and Wild type)
표 Muscle damage related protein (AHNAK KO and Wild type)
표 Muscle specific E3 ubiquitin protein (AHNAK KO and Wild type)
표 ER stress related protein (AHNAK KO and Wild type)
표 Oxidative stress related protein (AHNAK KO and Wild type)
표 Various proteins in AHNAK KO mice after exercise
표 AHNAK KO 모델에서 5주간 트레드밀 훈련 적용 후 체중, 근육 및 악력 변화
표 식이처리 그룹과 각 시기별 시료 채취
표 식이섭취에 따른 체중 변화
표 식이섭취에 따른 체중 누적증가량
표 식이섭취에 따른 사료 섭취량
표 일반식이 섭취 후 간조직의 무게
표 일반식이 처리 후 지방조직의 무게
표 일반식이 처리 후 간조직의 H&E 염색
표 일반식이 처리 후 간조직의 Oil red O 염색
표 일반식이 처리 후 지방조직의 H&E 염색
표 일반식이 처리 후 지방조직에서 면역세포 변화양상

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