단기간 트레드밀 운동이 NF-κB 및 사이토카인 유전자 발현에 미치는 영향에 있어 Toll-like receptor-4의 역할

Abstract

본 연구의 목적은 단기간 트레드밀 운동이 쥐의 근육에서 Nuclear factor-kappa B(NF-κB) 및 사이토카인 유전자 발현을 조절하는데 있어서 Toll-like receptor-4(TLR4)의 역할을 규명하는데 있다. 본 연구에서는 13주령과 5주령의 BALB/c계 수컷과 암컷 쥐 6마리를 대상으로 운동을 시키지 않는 Wild Type(WT) 대조군(CON) 3마리, 운동을 시키는 WT 운동군(EX) 3마리로 나누어 할당하였으며, 13주령과 5주령의 TLR4 유전자를 제거한 TLR4 knockout(TLR4 KO) BALB/c계 수컷과 암컷 쥐 6마리를 대상으로 운동을 시키지 않는 TLR4 KO 대조군(CON) 3마리, 운동을 시키는 TLR4 KO 운동군(EX) 3마리로 나누어 할당하였다. 운동군으로 할당된 6마리의 쥐를 대상으로 2주간 경사도 10°에서 20m/min(33cm/sec) 속도로 30분씩 매일 트레드밀 운동을 실시하였으며, 마지막 운동을 마치고 1시간 후 가자미근(Soleus)과 족저근(Plantaris)을 채취하여 Quantitative Real-time PCR을 사용하여 mRNA 발현량을 측정하였다. WT 그룹에서 운동으로 인해 가자미근의 NF-κB subunit 중 p50과 p65 mRNA 발현이 유의하게 감소하였지만, 족저근에서는 유의한 변화가 없었다. 한편 TLR4 유전자를 제거한 그룹에서는 운동이 가자미근과 족저근에서는 NF-κB subunit의 유전자 발현에 영향을 미치지 않았다. 또한 IL-6와 TNF-α mRNA 발현에 있어서는 운동이 WT과 TLR4 KO 그룹에서 모두 영향을 미치지 않았으나, TLR4 KO 쥐의 족저근에서 TNF-α mRNA 발현이 운동에 의해 유의하지는 않지만 증가하는 경향을 보였다. 한편 NF-κB 및 사이토카인 유전자 발현의 basal level에 있어서 운동을 시키지 않은 두 대조군을 비교한 결과, 가자미근에서 p65와 RelB basal level은 WT과 TLR4 KO의 대조군 간에 유의한 차이를 보였다. 따라서 2주간의 유산소 운동은 정상 쥐에서 NF-κB subunit 중 p50과 p65 mRNA 발현을 감소시키는 반면에, TLR4 유전자를 제거한 쥐에서는 이러한 효과가 나타나지 않은 위의 결과들을 통해 2주간의 유산소 운동에 의해 NF-κB subunit 중 p50과 p65 mRNA 발현이 감소되는 과정에서 TLR4 경로가 중요한 역할을 한다고 결론 내릴 수 있다. 즉, 근수축에 의한 칼슘의 증가, 활성산소의 축적과 MAPK의 활성화와 같은 다양한 경로가 NF-κB를 활성화시킬 수 있지만, 운동에 의해 NF-κB를 조절하는데 있어서 TLR4의 경로가 중요하다고 볼 수 있다.;The purpose of this study was to investigate the role of TLR4 when the short-term aerobic exercise affect on expressing Nuclear factor-kappa B(NF-κB) and cytokine genes. Six wild type and six TLR4-knockout mice were randomly assigned to four groups; 1) wild type control group (n=3), 2) wild type exercise group (n=3), 3) TLR4-knockout control group (n=3), and 4) TLR4-knockout exercise group (n=3). The exercise protocol consists of short-term treadmill exercise(inclination 10˚, speed 20m/min(33cm/sec), 30 min per day, 7 days per week, 2 weeks). The soleus and plantaris muscle were removed 1 hour after the last bout of exercise. Gene expression was analyzed by using real-time PCR and compared with a housekeeping gene(GAPDH). In WT, the level of mRNA expression in p50 and p65 of NF-κB subunits, adjusting an inflammatory reaction on soleus muscle with short-term aerobic exercise, was significantly decreased while there was no significant changes in plantaris muscle. In both WT and TLR4 KO group, exercise did not affect on the level of expression of IL-6 and TNF-α mRNA. Although there was no significant effect of exercise in TLR4 KO group, the level of expression of TNF-α mRNA in plantaris muscle increased by exercise, this effect did not reach statistical significance. As a result of comparison of the basal level of NF-κB and cytokine genes between two control groups, the basal level of p65 and RelB in soleus muscle were significantly different between WT control group and TLR4 KO control group. It also Based on results that indicated the exercise effect on p50 and p65 mRNA in WT while no effect in TLR4 KO, it can be concluded that the expression of NF-κB in exercise condition was regulated by TLR4.