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노화 쥐 해마 CA1에서의 운동을 통한 BDNF 발현 유도 및 PI3K/AKT에 의한 synaptic 단백질 발현

The Exercise-induced BDNF and synaptic proteins via PI3K/AKT on Hippocampal CA1 in aged mice.

김동문|임예현|어수주
한국운동생리학회|2012.02|운동과학 (Exercise Science)|제21권 제1호|pp. 131-140|DOI 10.15857/ksep.2012.21.1.131

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BDNFPI3K/AKT해마 CA1Treadmill running트레드밀운동신경섬유NeurosynapticHippocampal CA1

초록

이 연구는 노화 쥐의 해마 CA1에서 8 주간의 트레드밀 운동이 BDNF 및 pre- 및 post-synaptic 단백질들의 발현을 유도하는지와 운동으로 유도되는 BDNF의 발현이 PI3K/AKT 신호 전달에 의해 유도되는지를 알아보고자 하였다. 이러한 목적을 달성하기 위해, 실험동물은 통제집단과 운동집단으로 나누었고, 트레드밀 운동은 19 m/min 속도로 하루에 60 min씩 일주일에 5일, 8주간 실시하였다. 먼저, 노화 쥐(60주령)의 BDNF 발현 수준은 어린 쥐(10주령)에 비해 현저히 낮은 수준의 발현을 보였다(p<.05). 노화쥐에서의 감소된 BDNF의 발현은 운동에 의해 현저히 증가됨을 보였으며(p<.05), tPA 단백질 역시 통제집단에 비해 운동집단에서 통계적으로 유의한 증가를 보였다(p<.05). 또한, 대표적인 pre- 및 post-synaptic 단백질들인 SNAP25, snaptophysin, PSD95, NR2B 발현 역시, 통제집단에 비해 운동집단에 유의한 증가를 보였다(p<.05). 마지막으로 운동집단에서의 p-PI3K 및 p-AKT 단백질 발현 수준은 통제집단에 비해 운동집단에서 현저한 증가를 보였다(p<.05). 이 연구의 결과를 종합해 볼 때, 노화가 됨에 따라 해마의 CA1에서의 BDNF의 발현은 현저히 저하되었다. 이러한 저하된 BDNF 발현은 운동에 의해 증가하며, BDNF/PI3K/AKT 신호전달을 통해 pre- 및 post-synaptic 단백질들의 발현을 유도하였다. 따라서, 지속적이고 규칙적인 지구성 운동은 연령과 관련된 학습, 기억, 및 인지 능력의 저하 뿐만 아니라 알츠하이머 질환과 같은 신경퇴행성 질환에 매우 유익한 효과를 줄 수 있을 것으로 사료된다.

Abstract

We identified whether the 8 week-period of treadmill running might induce BDNF and pre- and post-synaptic proteins on hippocamapl CA1 in aged mice, and whether PI3K/AKT pathway might be involved to the exercise-induced BDNF signaling. To achieve our objective, mice were divided into two groups (CON, EX). Mice were subjected to treadmill-running for 8 weeks of period (19 m/min, 60 min/day, 5 days/week). First, the immunoreactivities of BDNF protein were lower in aged mice (60 wk of age) than that in young mice (10 wk of age) on hippocampal CA1 region (p<.05) measured by immunohistochemistry. Next, the reduced levels of BDNF expression in aged mice were significantly reserved in response to exercise (p<.05), and tPA expression levels were enhanced exposed by exercise administration measured by immunohistochemistry and western blot analysis (p<.05). The expression levels of pre- and post-synaptic proteins such as SNAP25, snaptophysin, PSD95, NR2B were profoundly increased in exercised aged mice compared with sedentary mice (p<.05, respectively) assessed by western blot analysis. Finally, The immunoreactivities of p-PI3K and p-AKT protein were remarkedly enhanced in response to exercise assessed by western blot (p<.05, respectively). Collectively, the administrated exercise paradigm in the current study induced BDNF expression, and BDNF/PI3K/AKT signaling cascade was activated, thereby enhancing pre- and post-synatic proteins expression and neurosynaptic plasticity on hippocampal CA1 region in aged mice. Accordingly, the regular and long-term endurence exercise can exert a beneficial effect on age-related decline of learning, memory, and cognitive function as well as neurodegenerative disease including Alzheimer's disease.

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