근감소증 마우스 모델과 운동: 신체적 표현형 및 단백질 대사 분석

Abstract

근감소증은 노화에 따른 근육량 및 근력의 감소로 표현되는 노인성 증후군이다. 최근 근감소증은 질병으로 분류되며, 관련 연구가 활발히 진행되고 있으나 아직까지 명확한 원인 및 기전 규명은 이루어지지 않았다. 따라서, 본 연구는 근감소증 마우스 모델을 개발하고, 분자생물학적 분석을 통해 근감소증에 대한 단백질 대사의 변화를 확인하고자 하였다. C57BL/6N 마우스의 연령에 따라 3개월령 성년마우스 10두, 13-15개월령 중년마우스 10두, 20-22개월령 노화마우스 50두를 대상으로 신체적 표현형을 평가한 후, 노화마우스를 대상으로 신체적 표현형 각 항목의 하위 20%(체중은 상위 20%)에 2개 이상 해당하는 개체를 근감소증 마우스 모델로 선별하였다. 이후 하위 20%에 해당하지 않은 대조군 10두와 근감소증 마우스 모델 13두, 16주 간의 유산소 운동을 실시한 20-22개월령 노화마우스 10두, 저항성 운동을 실시한 20-22개월령 노화마우스 10두를 대상으로 mRNA, 단백질 수준에서 근감소증 및 단백질 대사 관련 바이오마커를 분석하였다. 연령별 신체적 표현형 변화에서 중년 및 노화마우스는 성년마우스에 비해 유의하게 높은 체중과 낮은 근육량, 낮은 행동 표현형 기록이 확인되었다(p<0.05). 근감소증 모델은 대조군 및 운동군에 비해 백근의 GDF-8, GDF-11, p-Smad-2/3, p-FoxO3α, MAFbx가 유의하게 높은 것으로 확인되었다(p<0.05). 또한, 유산소 운동군과 저항성 운동군은 대조군과 근감소증 모델에 비해 GDF-11, p-FoxO3α, MAFbx가 억제되고, Akt/mTOR가 활성화되었다. 이를 통해 본 연구에서 선별된 근감소증 마우스 모델에서 인간의 근감소증을 대변할 수 있는 신체적 표현형, 분자생물학적 변화가 확인되었다. 또한, 본 연구에서 확인된 GDF-8과 GDF-11의 유사한 양상에 따라 근감소증 바이오마커로써 GDF-11의 가치가 시사된다. 본 연구 결과를 활용한 후속 연구를 통해 근감소증에 대한 다각적인 기전 연구가 가능할 것으로 기대되며, 근감소증의 예방과 치료를 위해서 유산소 및 저항성 형태의 복합적인 운동이 제안된다.|Sarcopenia is a geriatric syndrome in which muscle mass and strength decrease with age. Recently, sarcopenia is classified as a disease and related research is being actively conducted, but the cause and mechanism have not been identified yet. Therefore, the purpose of this study is to develop a mouse model of sarcopenia and to identify changes in protein metabolism for sarcopenia through molecular biological analysis. According to the age of the C57BL/6N mice, the physical phenotype was evaluated on 10 younger control mice (YC mice, 3 months old), 10 adult control mice (AC mice, 13-15 months old), and 50 older mice (20-22 months old). Then, in the evaluation of the physical phenotype of older mice, an individual corresponding to the bottom 20% (top 20% in body weight) among two or more items was selected as older sarcopenia mice model (OS mice). I analyzed biomarkers related to sarcopenia and protein metabolism using mRNA and protein of 10 older control mice (OC mice) not belonging to the bottom 20% of older mice, 13 OS mice, 10 older mice that received aerobic exercise for 16 weeks, and 10 older mice that received resistance exercise Biomarkers related to sarcopenia and protein metabolism were analyzed at the level. In age-specific physical phenotype changes, AC mice and OC mice showed significantly higher body weight, lower muscle mass, and lower behavioral phenotypes compared to YC mice (p<0.05). In OS model, GDF-8, GDF-11, p-Smad-2/3, p-FoxO3α , and MAFbx of white muscle were significantly higher than those of OC mice and exercise group (p<0.05). In addition, GDF-11, p-FoxO3α , MAFbx and Akt/mTOR were activated in the aerobic exercise group and the resistance exercise group compared to the OC mice and OS model. Through this, the physical phenotype and molecular biological changes that can represent human sarcopenia were confirmed in the mouse model of sarcopenia selected in this study. In addition, the value of GDF-11 as a sarcopenia biomarker was presented according to the similar patterns of GDF-8 and GDF-11 identified in this study. Through follow-up studies using the results of this study, it is expected that a multifaceted study on the mechanism of sarcopenia will be possible, and it is expected that a combination of aerobic exercise and resistance exercise can be proposed for the prevention and treatment of sarcopenia.