지구성 운동 수행에 따른 obese Zucker rat 골격근의 GLUT-4, v-와 t-SNARE 발현의 변화
Exercise regulation of GLUT-4, v- and t-SNARE protein expression in skeletal muscle of obese Zucker rats
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초록
인슐린 자극에 의한 골격근 GLUT-4의 세포막으로의 전좌(translocation)는 골격근 세포의 글루코스 섭취 능력을 향상시킨다. 특히, GLUT-4의 전좌는 특이적인 액포(vesicle) 결합 단백질인 v-SNARE(vamp-2)가 표적 세포막에 위치한 상동성이 큰 t-SNARE(syntaxin-4)단백질을 특이적으로 인식하고 상호 작용하여 GLUT-4를 세포막 표면으로 가역적으로 전좌시켜 글루코스 섭취 능력을 증가시킨다. 따라서 이 연구에서는 지구성 운동수행에 따른 골격근의 GLUT-4 작용 기전과 글루코스 섭취 능력을 규명하는데 그 목적이 있다. 이를 위해 이 연구에서는 비만 실험모델 동물인 obese Zucker rat(fa/fa)를 활용하여 운동집단과 비교집단으로 구분한 후 8주간 실험을 실시하였다. 실험 결과, 지구성 운동수행에 따라 obese Zucker rat의 골격근(가자미근과 족저근) 내 인슐린 조절(insulin regulated)에 의한 글루코스 운반 단백질인 GLUT-4와 막 결합 단백질인 v-SNARE(vamp-2), t-SNARE(syntaxin-4)단백질의 발현이 증가한 것으로 나타났으며, In vitro 수준에서 2-deoxy-D- glucose(2-DG)수준을 측정하여 골격근 형태별(가자미근, 족저근) 글루코스 섭취능력을 분석한 결과, 운동집단이 비교집단에 비해 현저하게 높은 것으로 나타났다. 이러한 결과는 지구성 운동이 골격근의 v-SNARE(vamp-2)와 t-SNARE(syntaxin-4)의 상호작용을 향상시키고 GLUT-4 단백질의 전좌를 활성화시켜 글루코스 섭취 능력을 극대화시키는 것으로 나타났다.
Abstract
Insulin stimulation of skeletal muscle results in the translocation of GLUT4 from an intra cellular location to the plasma membrane; this translocation is defective in insulin resistance. Studies have suggested an important role for synaptobrevin and syntaxin homologues in this event, particularly the v-soluble N-ethylmaleimide attachment protein receptors (SNAREs) cellubrevin and vesicle-associated membrane protein-2 (VAMP-2) and the t-SNARE syntaxin-4, but the expression of these proteins has not been studied in insulin resistant tissues. Therefore, we examined SNARE protein content in skeletal muscle from obese Zucker rats and determined the effect of exercise on these proteins. GLUT4 levels in skeletal muscle from exercise were elevated compared with control group. VAMP-2, and syntaxin 4 protein levels were elevated in skeletal muscle from obese Zucker rats compared with controls. Restoration of normoglycemia and normo insulinemia in exercised obese Zucker rats improved VAMP-2, and syntaxin 4 protein to levels approaching normal in lean animals. These data show that elevated v- and t-SNARE protein levels are associated with insulin resistance in skeletal muscle and that these increase may be achieved by exercise concomitant with a restoration of glycemic control. In summary, we have demonstrated that v- and t- SNARE concentration as well as muscle GLUT4 protein and mRNA can increase significantly after prolonged exercise confirmed that this increase in GLUT4 protein is controlled at both the pre-translational and translational levels. The observation that improved glucose uptake suggests that the increased expression of GLUT4 protein expression can serve as a molecular yardstick for exercise-dependent glycogen deposition.