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일회성 지구성운동 시 MEF2를 통한 PPARδ의 GLUT4 생합성 조절

Control of GLUT4 biogenesis through PPARδ and MEF2 axis with single bout of endurance exercise in rodent skeletal muscle

김기진|고진호|정수련|김상현
한국운동생리학회|2015.02|운동과학 (Exercise Science)|제24권 제1호|pp. 59-66|DOI 10.15857/ksep.2015.24.1.59

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PPARδPGC-1α회성 지구성운동GLUT4 생합성MEF2Acute Endurance ExerciseGLUT4 biogenesis

초록

골격근 내 대사과정에 관여하는 것으로 알려진 PPARδ가 GLUT4 생합성에 관여할 것으로 주목받고 있으나, 지구성운동에 따른 그 기전은 아직 확실치 않다. 지구성운동에 따른 GLUT4 생합성을 위해서는 이와 관련된 인자가 GLUT4 단백질 발현과 동일한 경향성을 보여야 한다. GLUT4 단백질의 경우 1회 지구성운동에 의해서도 증가하는 것으로 잘 알려져 있지만, PPARδ의 발현은 아직까지 확실치 않다. 그리고 PPARδ는 PGC-1α의 발현을 증가시킬 가능성이 있기에 만약 1일 지구성운동 후 PPARδ가 증가한다면, 골격근 내 GLUT4 생합성은 PPARδ가 PGC-1α를 통해서 이루어지는지 또는 PGC-1α와는 상관없이 PPARδ가 직접 증가시키는지 명확하게 설명하기 힘들다. 이에 본 연구의 목적은 GLUT4 생합성에 대한 PPARδ의 역할을 알아보기 위하여 PPARδ의 단백질 발현이 1회 지구성운동 후 증가하는가를 먼저 확인한 다음 PGC-1α 기능이 억제된 상황에서는 GLUT4 생합성에 어떠한 역할을 하는지 살펴보는 것이다. 이를 위해 흰쥐 16마리를 이용하여 1회 장시간 저강도 수영을 실시한 후 GLUT4 생합성과 관련된 인자의 발현정도를 분석하였다. 그 결과 GLUT4, PGC-1α 그리고 PPARδ의 단백질 발현이 증가되었다. 이에 PGC-1α의 역할을 배제한 PPARδ만의 역할을 규명하고자 PGC-1α KO 생쥐의 골격근에 유전자 전기 자극 전이방법으로 PPARδ를 과 발현하여 GLUT4 생합성 정도를 분석하였다. 그 결과 MEF2와 GLUT4의 단백질 발현이 PPARδ 과 발현에 의해 증가되었다. 이러한 결과는 1회 지구성운동 시 GLUT4 생합성은 PGC-1α와는 상관없이 PPARδ가 MEF2를 통해 유도함을 알 수 있다.

Abstract

There is increasing evidence that the regulator of skeletal muscle metabolism, PPARδ is associated with GLUT4 biogenesis. But, whether acute endurance exercise affects PPARδ and the mechanism of GLUT4 biogenesis has not been clearly identified. The expression of factors related to GLUT4 biogenesis must be of the same pattern as GLUT4 expression with endurance exercise. GLUT4 expression is increased by acute endurance exercise. But, PPARδ expression by acute endurance exercise is unclear. PPARδ was shown to induce the expression of PGC-1α in skeletal muscle. Since both are increased with acute endurance exercise, it is difficult to determine whether one or both, induce GLUT4 biogenesis in skeletal muscle. This study measured PPARδ expression in skeletal muscle by acute endurance exercise and confirmed the effect of PPARδ on GLUT4 biogenesis in PGC-1α KO mice. Sixteen rats were randomly assigned into 2 groups(Sedentary, Sed & 1 day exercise, 1d Ex). Exercise groups were trained by using a 6h/day low intensity swimming program. The expressions of GLUT4, PGC-1α and PPARδ were increased in the 1d Ex group from the Sed group. PPARδ was overexpressed using electric pulse-mediated gene transfer technique in PGC-1α KO mice to confirm effects of PPARδ for GLUT4 biogenesis without PGC-1α. The expressions of GLUT4 and MEF2 were increased in PPARδ overexpressed muscles. These findings suggest that PPARδ-driven GLUT4 biogenesis through MEF2 by acute endurance exercise was independent of PGC-1α.

참고문헌 (34)

  1. 김상현, "지구성 운동 시 NT-PGC-1α가 흰쥐 골격근 내 미토콘드리아 생합성에 미치는 영향", 운동과학, 21(4), pp.435~443 (2012), 한국운동생리학회
  2. Finck BN, "Lipin 1 is an inducible amplifier of the hepatic PGC-1alpha", PPARalpha regulatory pathway, 2006, pp.4(3), 199~210
  3. Baar K, "Adaptations of skeletal muscle to exercise: rapid increase in the transcriptional coactivator PGC-1", FASEB　Journal, 16(14), pp.1879~1886 (2002)
  4. BarrBSR, "Acute exercise remodels promoter methylation in human skeletal muscle", Cell Metabolism, 15(3), pp.405~411 (2012)
  5. Burkart EM, "Nuclear receptors PPARbeta", delta and PPARalpha direct distinct metabolic regulatory programs in the mouse heart, 2007, pp.117(12), 3930~3939
  6. Desvergne B, "Peroxisome proliferator- activated receptors: Nuclear control of metabolism", Endocrine Reviews, 20(5), pp.649~688 (1999)
  7. Ehrenborg E, "Regulation of skeletal muscle physiology andmetabolism by peroxisome proliferator-activated receptor delta", Pharmacological Reviews, 61(3), pp.373~393 (2009)
  8. Fritz T. KrBmer DK, "Low-intensity exercise increases skeletal muscle protein expression of PPARdelta and UCP3 in type 2 diabetic patients", Diabetes Metabolism Research Review, 22(6), pp.492~498 (2006)
  9. Gan Z, "The nuclear receptor PPARβ", δ programs muscle glucose metabolism in cooperation with AMPK and MEF2, 2011, pp.25(24), 2619~2630
  10. Greene NP, "Regulators of blood lipids and lipoproteins? PPARδand AMPK, induced by exercise, are correlated with lipids and lipoproteins in overweight", obese men and women, 2012, pp.303(10), 1212~1221
  11. Hancock CR, "High-fat diets cause insulin resistance despite an increase in muscle mitochondria", Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 105(22), pp.7815~7820 (2008)
  12. Higashida K, "Normal adaptations to exercise despite protection against oxidative stress", American Journal of Physiology Endocrinology Metabolism, 301(5), pp.779~784 (2011)
  13. Holloszy JO, "Biochemical adaptations in muscle. Effects of exercise on mitochondrial O2 uptake and respiratory enzyme activity in skeletal muscle", the Journal of Biological Chemistry, 242(9), pp.2278~2282 (1967)
  14. Holmes B, "Regulation of GLUT4 gene expression during exercise", Medicine and Science in Sports and Exercise, 36(7), pp.1202~1206 (2004)
  15. JBger S, "AMP-activated protein kinase (AMPK) action in skeletal muscle via direct phosphorylation of PGC-1alpha", Proceedings of National Academy Sciences USA, 104(29), pp.12017~12022 (2007)
  16. Kim Y, "Effect of High-Fat Diet on Gene Expression of GLUT4 and Insulin Receptor in Soleus Muscle", Biochemical and Biophysical Research Communications, 202(1), pp.519~526 (2002)
  17. Lowry OH, "Protein measurement with the Folin phenol reagent", The Journal of Biological Chemistry, 193(1), pp.265~275 (1951)
  18. Maarbjerg SJ, "Genetic impairment of AMPKα2 signaling does not reduce muscle glucose uptake during treadmill exercise in mice", American Journal of Physiology Endocrinology Metabolism, 297(4), pp.924~934 (2009)
  19. McGee SL, "Exercise increases MEF2- and GEF DNA-binding activity in human skeletal muscle", FASEB Journal, 20(2), pp.348~359 (2006)
  20. Michael LF, "Restoration of insulin-sensitive glucose transporter (GLUT4) gene expression in muscle cells by the transcriptional coactivator PGC-1", Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 98(7), pp.3820~3825 (2001)
  21. Mora S, "The MEF2A isoform is required for striated muscle-specific expression of the insulin-responsive GLUT4 glucose transporter", The Journa of Biological Chemistry, 275(21), pp.16323~16328 (2000)
  22. Perry CG, "Repeated transient mRNA bursts precede increases in transcriptional and mitochondrial proteins during training in human skeletal muscle", The Journal of Physiology, 588, pp.4795~4810 (2010)
  23. Ren JM, "Overexpression of Glut4 protein in muscle increases basal and insulin-stimulated whole body glucose disposal in conscious mice", The Journal of Clinical Investigation, 95(1), pp.429~432 (1995)
  24. Ren JM, "Exercise induces rapid increases in GLUT4 expression, glucose transport capacity, and insulin-stimulated glycogen storage in muscle", J Biol Chem, 269(20), pp.14396~14401 (1994)
  25. Richter EA, "Exercise, GLUT4, and skeletal muscle glucose uptake", Physiologycal Review, 93(3), pp.993~1017 (2013)
  26. Spangenburg EE, "Alterations in peroxisome proliferator-activated receptor mRNA expression in skeletal muscle after acute and repeated bouts of exercise", Molecular and Celluar Biochemistry, 332(1-2), pp.225~231 (2009)
  27. StBckli J, "The RabGAP TBC1D1 plays a central role in exerciseregulated glucose metabolism in skeletal muscle", Diabetes (2015)
  28. Terada S, "Effects of acute bouts of running and swimming exercise on PGC-1alpha protein expression in rat epitrochlearis and soleus muscle", American Journal of Physiology Endocrinology Metabolism, 286(2), pp.208~216 (2004)
  29. Terada S, "Effects of low-intensity prolonged exercise on PGC-1mRNA expression in rat epitrochlearis muscle", Biochemical and Biophysical Research Communications, 296, pp.350~354 (2002)
  30. Wende AR, "PGC-1alpha coactivates PDK4 gene expression via the orphan nuclear receptor ERRalpha: a mechanism for transcriptional control of muscle glucose metabolism", Molecular and Celluar Biology, 25(24), pp.10684~10694 (2005)
  31. Wende AR, "A role for the transcriptional coactivator PGC-1alpha in muscle refueling", The Journal of Biological Chemistry, 282(50), pp.36642~36651 (2007)
  32. Zechner C, "Total skeletal muscle PGC-1 deficiency uncouples mitochondrial derangements from fiber type determination and insulin sensitivity", Cell Metabolism, 12(6), pp.633~642 (2010)
  33. Zierath JR, "High-Fat Feeding Impairs Insulin-Stimulated GLUT4 Recruitment via an Early Insulin-Signaling Defect", Diabetes, 46(2), pp.215~223 (1997)
  34. Higashida K, "Effects of Resveratrol and SIRT1 on PGC-1α Activity and Mitochondrial Biogenesis: A Reevaluation", PLOS Biology, 11(7), pp.e1001603~ (2013)

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