단발성 고강도 유산소 운동이 대사관련 유전자 발현에 미치는 영향

Abstract

본 연구의 목적은 고강도 단발성 유산소 운동이 골격근 대사 관련 유전자 발현에 미치는 영향에 대해 알아보는 것이다. 실험 대상은 7주령 Balb/c 수컷 쥐(mouse) 13마리를 무선 배정하여 실험집단과 통제집단으로 나누었으며, 실험집단은 트레드밀 경사 10˚에서 17cm/sec의 속도로 10분, 33cm/sec의 속도로 10분, 50cm/sec의 속도로 탈진 시까지 운동을 실시하였다. 운동을 마친 시점에서부터 24시간 후에 쥐 해부를 통해 양쪽 하퇴 가자미근(soleus muscle)과 족저근(plantaris muscle)을 적출하였고, 조직 프로세싱 과정을 거친 후 PGC-1α, GLUT4, HSL, CPT1, PDK4의 유전자 발현을 정량 실시간 연쇄반응(real-time quantitative PCR) 실험기법을 이용하여 측정하였다. 그 결과, 고강도 단발성 유산소 운동을 실시한 쥐의 가자미근에서 지방대사 관련 유전자 PGC-1α mRNA 발현이 유의하게 증가하였다. 그러나 족저근에서는 CPT1 mRNA 발현이 유의하게 감소하였고, 또 다른 지방대사 관련 유전자 HSL mRNA는 가자미근과 족저근 모두에서 변화가 없었다. 가자미근에서는 탄수화물대사 반응을 조절하는 유전자들의 변화가 나타나지 않았으며, 족저근에서는 탄수화물대사 관련 유전자 중 GLUT4와 PDK4 mRNA가 통제군에 비해 실험군의 mRNA 발현이 유의하게 감소하였다. 따라서 본 연구는 단발성 고강도 유산소 운동이 지방대사 관련 유전자 PGC-1α의 발현을 쥐의 가자미근에서 유의하게 증가시키고, 또 다른 지방대사 관련 유전자 CPT1의 발현을 족저근에서 유의하게 감소시킨다는 사실을 검증하였다. 또한, 탄수화물대사 관련 유전자인 GLUT4 및 PDK4의 발현은 족저근에서 유의하게 감소된다는 사실을 검증하였다. 이러한 결과는 신체는 운동의 형태에 따라 대사조절이 가능하다는 것을 보여주며, 알맞은 운동은 대사장애로부터 발생하는 비만, 당뇨, 인슐린 저항성 등의 생활습관병의 매우 긍정적인 치료방법이라는 것을 제시한다. 뿐만 아니라, 대사조절은 식이조절과도 밀접한 연관을 이루기 때문에 본 연구에 식이 조절 프로그램과 최근 발견된 비만 유발 유전자 Crtc3 (CREB-regulated transcription coactivator 3)를 추가한다면 생활습관병에 대한 더욱 구체적이고 현실적인 치료 방안이 제시될 것이라 사료된다.;The purpose of this study was to determine the effects of a single bout of high intense aerobic exercise on metabolism gene expression in skeletal muscle. Thirteen BALB/c male mice were randomly assigned to an experimental group and a control group. The exercise protocol consists of a single bout of high-intensity treadmill exercise with inclination 10 degree at gradually increased speeds; speed 17cm/sec for 10 minutes, speed 33cm/sec for 10minutes, and speed 50cm/sec until exhaustion. The mice were dissected 24 hours after the exercise protocol, and soleus muscle and plantaris muscle of both sides of lower legs were extracted. After tissue processing procedure, gene expressions of PGC-1α, GLUT4, HSL, CPT1, and PDK4 were measured by real-time quantitative PCR. In conclusion, the level of fat metabolism gene PGC-1α mRNA expression was significantly increased in soleus muscle of the mice with a single bout of high intense aerobic exercise. However, the level of CPT1 mRNA expression was significantly decreased in plantaris muscle, and another fat metabolism gene HSL mRNA showed no change in both soleus muscle and plantaris muscle. It was unable to detect any changes of carbohydrate metabolism reaction controlling genes in soleus muscle, but carbohydrate metabolism genes of GLUT4 and PDK4 mRNA expressions of the experimental group were greatly decreased in plantaris muscle compared to the control group. This study has verified the fact that a single bout of high intense aerobic exercise significantly increases fat metabolism gene of PGC-1α mRNA expression in soleus muscle of the mice, whereas it significantly decreases another fat metabolism gene of CPT1 mRNA expression in plantaris muscle. Additionally, the study has also proved the fact that carbohydrate metabolism genes of GLUT4 and PDK4 mRNA expressions are significantly decreased in plantaris muscle. Such result indicates that body is able to regulate its metabolism according to types of exercise, and suggests that exercise is a very positive treatment of lifestyle disease, such as obesity, diabetes, and insulin resistance, caused by metabolic disorder. Furthermore, as metabolic regulation is closely related to dietary control, it is considered that more concrete and practical treatment for lifestyle disease would be presented if dietary control program and recently found Crtc3 obesity gene are added to this study in the future.