골격근 재생에서 세포소기관 기능변화 연구

Abstract

신체에서 가장 풍부한 조직인 골격근은 노화, 암 cachexia, 신체 활동 부족 등으로 인해 근감소가 발생할 수 있다. 현재로서 근감소를 치료하기 위한 방법으로는 단백질 섭취와 운동이 유일한데, 신체 거동이 불편한 경우 이러한 치료방법은 현실적으로 어려움이 있다. 이렇게 근감소가 발생하게 되면 사망률, 골절 등의 위험을 증가시키기 때문에 치료법 개발이 필요하다. 근육 세포에 존재하는 미토콘드리아, 근소포체, 오토파지는 골격근 항상성과 관여되어 있다는 연구 결과들이 존재한다. 본 연구에서는 skin stapler 를 사용하여 마우스의 다리 한쪽을 고정시킨 후 근감소를 유도하고 stapler 를 제거함에 따라 골격근 회복을 유도하는 마우스 모델을 확립하였다. 그 결과 골격근 감소와 분화 마커가 고정 7 일째에 증가하였다가 제거 후 감소되는 것을 관찰하였으며, myosin heavy chain (MyHC) isoform 의 발현은 고정 7 일째에 감소하였다가 제거 후 다시 증가하는 것을 관찰하였다. 이것을 통해 skin stapler 의 고정으로 근감소가 발생하고 다시 회복되는 것을 확인하였다. 소포체 스트레스 (ER stress), 오토파지와 관련된 유전자들은 고정 7 일째에 증가하였다가 skin stapler 를 제거함에 따라 다시 감소하는 것을 확인하였다. 또한 미토콘드리아 전자전달계 관련된 유전자들은 근감소가 발생함에 따라 감소하였다가 회복시 다시 증가되는 것을 보였으며 반면, 미토콘드리아 biogenesis 관련 유전자들은 그와 반대되는 결과를 확인하였다. 이러한 결과로부터 소포체, 오토파지, 그리고 미토콘드리아와 같은 세포소기관 기능이 골격근 감소와 회복에 중요한 역할을 할 것으로 추정한다. 따라서 이러한 세포소기관들이 어떤 메커니즘으로 골격근 degeneration 과 regeneration 에 관여하는지에 대한 추가적인 연구가 필요하다.|Skeletal muscle is the most abundant tissue in the body. However, muscle atrophy can occur by aging, cancer cachexia, and disuse. Currently, protein intake and exercise are the only treatment of muscle atrophy. However, these approaches may have difficulties when physical mobility is compromised. The occurrence of muscle atrophy leads to an increased risk of mortality, fractures, and other complications. Therefore, the development of treatments to slow down or to prevent the loss of skeletal muscle is essential to counteract numerous medical conditions. Research indicates that mitochondria, sarcoplasmic reticulum, and autophagy in muscle cells are involved in skeletal muscle homeostasis. In this study, a mouse model was established by inducing muscle atrophy through immobilization of one leg using a skin stapler and subsequently promoting muscle recovery by removing the stapler. Observations revealed an increase in skeletal muscle atrophy and muscle differentiation markers during immobilization for 7 days, followed by recovery of muscle mass and decrease of markers upon removal of the stapler. All fiber types of skeletal muscle were decreased by immobilization for 7 days and then increased after its removal, confirming that skin stapler fixation led to muscle atrophy and subsequent recovery. Expression of genes associated with ER stress and autophagy was induced by immobilization and returned to the normal level by remobilization. Expression of genes related to the mitochondrial electron transport chain was decreased by muscle immobilization but increased upon its remobilization, whereas biogenesis-related genes were increased initially and then decreased. These results indicate that functions of multiple cellular organelles including the ER, autophagy, and mitochondria may related with skeletal muscle degeneration and regeneration. Therefore, future investigations are needed to explore the mechanisms by which these cellular organelles are involved in skeletal muscle degeneration and regeneration.