Uncoupling Protein 3의 골격근 세포내 과발현이 OLETF 백서 및 배양된 골격근 세포에서 포도당대사에 미치는 영향

Abstract

Background: UCP3 is a mitochondrial membrane protein expressed selectively in the skeletal muscle and brown adipose tissue. Since the skeletal muscle is the main organ determining insulin sensitivity in the body, it was hypothesized that UCP3 overexpression in skeletal muscle cells would improve glucose metabolism. Methods: An adenovirus-UCP3 was produced by a recombinant DNA method. OLETF rats were divided into 2 groups. Four rats were injected with the adenovirus- UCP3 (UCP3 group) and others were injected with the adenovirus (control group) in the skeletal muscle. The UCP3 group was provided with the same quantity of food as that consumed by the control group on the previous day. Insulin sensitivity was evaluated by the euglycemic hyperinsulinemic clamp method. In a separate experiment, glucose transport and glycogen synthesis we evaluated in C2C12 cells transfected with ether an adenovirus or the adenovirus-UCP3. Results: The insulin sensitivity improved significantly and the body weight decreased in the UCP3 group. The glucose transport and glycogen synthesis were higher in the UCP3-C2C12 skeletal muscle cells at the basal state. After insulin treatment, glucose transport and glycogen synthesis were also higher in the UCP3-C2C12 cells but the increments were reduced after treatment with wortmannin, a PI3K inhibitor. Conclusion: Insulin sensitivity was higher in the UCP3-overexpressed OLETF rats in the in vivo study. UCP3 transfection also increased glucose transport and glycogen synthesis in the cultured skeletal muscle cells by a PI3K dependent mechanism (J Kor Diabetes Asso 25:460˜468, 2001). ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ Key Words: UCP3, Glucose transport, Glycogen synthesis, PI3K

연구배경: Uncoupling protein (UCP)는 미토콘드리 아의 내막에 위치하는 단백질로 세포내의 과다한 에너 지를 열로 발산시키는 기능을 가진다. 최근 동물의 갈 색지방조직에만 존재하는 UCP와 유사성을 가진 아형 들 (UCP2,3)이 사람에게도 존재함이 알려져 큰 관심 을 끌고 있는데 이중 UCP3는 그 발현이 골격근세포 와 갈색지방조직에만 국한된다. 본 연구에서는 UCP3 가 체내 인슐린 감수성을 결정하는데 가장 중요한 조 직인 골격근에 국한되어 발현되는 점에 착안하여 UCP3를 골격근세포에 과발현시켰을 때 포도당 대사 에 어떠한 영향이 나타나는 지를 조사하였다. 방법: 25주령의 8마리의 OLETF 백서를 대상으로 하여 4마리는 골격근에 adenovirus 2 mL (1×1012 pfu/mL)를 주사하여 대조군으로 하였고 4마리는 골격 근에 재조합법으로 제작된 adenovirus-UCP3 2 mL (1 ×1012 pfu/mL)를주사하였다(UCP3 과발현군). UCP3 를 투여한 백서에서 먹이섭취가 증가하는 경향이 있어 그 전날 대조군이 먹은 양의 먹이만큼 투여하였다. 골 격근에 adenovirus를 주사한 10일 후에 euglycemic hyperinsulinemic clamp를 시행하였다. Adenovirus- UCP3를 C2C12 골격근 세포에 transfection시켜 UCP3-C2C12를만들고C2C12 골격근세포와UCP3- C2C12 골격근 세포에서 포도당 수송 및 당원합성을 측정하였다. 결과: UCP3 과발현 OLETF에서 체중이 감소하는 경향을 보였고 인슐린 감수성이 증가하였다. C2C12세 포에서기저상태포도당수송은1.28±0.17 μmol/L/min 였고 100 nM 인슐린으로 2시간 처리한 후 2.67±0.20 μmol/L/min로 증가하였다. UCP3-C2C12 세포에서는 기저상태 포도당 수송이 3.89±0.13 μmol/L/min로 증 가되었고 인슐린 처리 후 5.74±0.44 μmol/L/min로 증 가하였다. 인슐린을 처리한 UCP3-C2C12 세포에 PI3K 억제제인 wortmannin을 첨가하였을 때 포도당 수송활성이 3.81±0.20 μmol/L/min로 감소하였다. 기 저상태 당원합성은 C2C12 세포에서 0.25±0.01 μ mol/L/min였고 인슐린 처리 후 0.45±0.01mol/L/min 로 증가하였다. UCP3-C2C12 세포에서는 기저상태 당 원합성이 0.62±0.01 μmol/L/min였고 인슐린 처리 후 1.26±454 μmol/L/min로 증가하였다. UCP3-C2C12 세포에 wortmannin을 첨가하였을 때 당원합성율이 0.80±0.04 μmol/L/min로 감소하였다. 결론: UCP3 과발현이 OLETF 백서에서 인슐린 감 수성을 증가시켰고 골격근세포에서 포도당 수송 및 당 원합성을 증가시켰다. Wortmannin을 첨가하였을 때 포도당 수송 및 당원합성이 감소함으로 보아 이 과정 이 인슐린 신호전달체계인 PI3K에 일부 의존함을 알 수 있었다.