일회성 및 만성적 유산소운동이 초파리의 자가포식에 미치는 영향

Abstract

Autophagy is known to produce various health benefits including protection from diabetes, cancer and neurodegenerative diseases etc. Exercise is also very well known to produce positive effects on protection of various diseases. Recently, it has been reported that autophagy is required for exercise-induced health benefits. However, most recent studies examined the effect of a single bout of exercise on autophagic responses. Therefore, the purpose of current study was to determine the effect of chronic aerobic exercise on autophagy in drosophila. The results of this study showed that a single bout of aerobic exercise for 3hr induced Atg8a mRNA expression. However, other autophagy-related genes(Atg1 and Atg6) were not induced by acute exercise. Furthermore, in order to determine the effect of chronic exercise, drosophila are subjected to exercise(2 or 3hr) for 7days. Only the gene expression of Atg6 related to nucleation of autophagosome was significantly induced by chronic exercise(2hr/day). However, 2hr of exercise for 7days was not enough to increase Atg1 and Atg8a mRNA expression. On the other hand, 3hr of exercise for 7days increased Atg1, Atg6 and Atg8a gene expression about 57%, 37% and 71%, respectively. In conclusion, our data demonstrates that autophagy-related genes(Atg1, Atg6 and Atg8a) are selectively induced accordings to the duration and type of exercise.;본 연구의 목적은 일회성(acute) 및 만성적(chronic) 유산소운동이 자가포식(autophagy)에 미치는 영향을 알아보는 것이다. 실험대상은 초파리(drosophila)로 이들을 실험집단과 통제집단으로 나누어 일회성 및 만성적 운동을 실시하였으며, 일회성 운동그룹은 3시간, 만성적 운동그룹은 하루에 2시간 또는 3시간씩 일주일간 운동을 실시하였다. 운동이 끝난 직후 초파리를 분쇄하여 조직 프로세싱 과정을 거쳐 RNA를 추출하고 cDNA를 합성한 다음 정량 실시간 연쇄반응(Real-time quantitative PCR) 실험기법을 이용하여 자가포식 관련 유전자인 Atg1, Atg6, Atg8a의 발현을 측정하였다. 그 결과 일회성 유산소운동을 실시한 초파리에서 Atg8a mRNA의 유의한 증가가 나타났고, Atg6에는 변화가 없었으며, Atg1은 증가하는 경향을 보였지만 통계적으로 유의하지 않았다(p=.06). 매일 2시간씩 일주일 간 만성적 유산소운동을 실시한 초파리에서는 Atg6 mRNA가 유의하게 증가한 것으로 나타났고, Atg1과 Atg8a에는 유의한 변화가 없었다. 반면 3시간씩 만성적 유산소운동을 실시한 초파리에서는 Atg1, Atg6, Atg8a mRNA가 각각 57%, 37%, 71%로 모두 유의하게 증가한 것으로 나타났다. 본 연구의 결과를 통해 일회성 및 만성적 유산소운동이 자가포식소체(autophagosome)의 유도(induction)에 관여하는 Atg1, 자가포식소체의 핵형성(nucleation)에 관여하는 Atg6, 그리고 자가포식소체의 신장(elongation) 및 확장(expansion)에 관여하는 Atg8a의 mRNA 발현을 선별적으로 증가시켜 자가포식에 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다. 특히 일회성 운동과 같은 일시적인 자극에 의해서는 Atg8a가 민감하게 반응하여 증가하고, 오랫동안 지속되는 만성적인 운동에 의해서는 Atg1, Atg6, Atg8a 모두가 증가한다는 것을 알 수 있었다. 결론적으로 초파리의 자가포식 관련 유전자는 운동의 형태 및 지속시간에 따라 특이적으로 반응하는 것으로 사료된다. 현재까지 운동에 의한 자가포식을 조사한 연구는 소수 제시되어 있지만, 모두 일회성 운동에 의한 자가포식만을 조사한 것으로 만성적 운동에 의한 자가포식을 조사한 연구는 전무하다. 또한 운동의 형태뿐만 아니라 운동 지속시간에 따른 자가포식에 대한 연구도 이루어지지 않았다. 그러므로 본 연구는 일회성 및 만성적 운동이 자가포식에 미치는 영향을 규명하였고, 자가포식 관련 유전자가 일회성 유산소운동과 만성적 유산소운동에 의해 특이적으로 증가한다는 사실을 밝혔다는데 의의가 있으며 향후 운동 형태 및 지속시간에 따른 자가포식 연구에 있어 보다 세부적이고 체계적인 연구가 더 필요하다고 사료되는 바이다.