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https://www.krm.or.kr/krmts/link.html?dbGubun=SD&m201_id=10071488&local_id=10086212
운동형태 및 강도에 따른 노화쥐 근육 및 골격 내 Wnt/BMP signaling이 myogenesis와 osteogenesis 작용기전에 미치는 영향
Researcher who has been awarded a research grant by Humanities and Social Studies Support Program of NRF has to submit an end product within 6 months(* depend on the form of business)
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  • Researchers have entered the information directly to the NRF of Korea research support system
Project Number 2016S1A5A8019226
Year(selected) 2016 Year
the present condition of Project 종료
State of proposition 재단승인
Completion Date 2017년 10월 29일
Year type 결과보고
Year(final report) 2017년
Research Summary
  • Korean
  • 1. 연구목표
    본 연구는 노화로 인한 골격근 세포 내 변화를 알아보기 위해 운동 형태 (downhill and uphill exercise training)에 따른 근육 및 골 형성관련 기전과 관련된 Wnt와 BMP signaling pathway의 여러 인자들과 반응 차이를 알아보았다. 따라서 본 연구의 목적은 지구성 운동 형태에 따른 골격 및 근육 내 Wnt-transcription factors-BMP signaling pathway가 노화와 운동 상황에서 어떠한 기전을 통해서 발현 및 활성화 되는지에 대한 이론적 근거를 제시하고 나아가 근위축 (atrophy)과 골소실 (bone loss) 같은 노화로 인해 발생되는 질환들의 치료로써의 운동의 기능을 밝히는데 그 목적이 있다.

    2. 연구내용
    본 연구의 목적은 노화쥐 골격근 내 Wnt sjgnaling pathways의 mechanism 기작에 의한 근세포 성장 촉진 및 증식에 대한 관련 작용기전을 알아보고, 골형성과 BMP sjgnaling pathways의 관련성을 규명하여, 운동 형태별 노화에 미치는 효과에 대한 이론적인 근거를 제시하는데 그 목적이 있다.

    -연구의 주요내용
    노화와 관련된 Wnt와 BMP signaling pathway는 세포 수준에서의 연구가 대부분이며, in vivo와 관련된 연구는 미비한 실정이다. 또한 운동과 관련된 연구는 전무한 실정이다. 따라서 노화 상태의 세포 내 다른 환경에서 어떠한 기전으로 작용하는지를 알아보기 위해,
    1) 노화된 흰쥐를 대상으로 운동형태에 따른 트레이닝을 시켜 조직 내 산화적 스트레스 상황에서 세포 내 Wnt와 BMP signaling pathway의 작용기전을 알아보고, 근육과 골 형성과 관련 있는 myogenesis와 osteogenesis-related growth factors의 관련성에 대한 이론적인 근거를 제시하는데 그 목적이 있다.
    2) 또한, 대퇴골의 대식세포 (bone marrow-derived macrophages, BMMs)를 사용하여 골 밀도 및 골 미세구조의 변화 그리고 파골세포의 분화에 대한 운동 처치의 효과를 규명하였다.

    3. 연구 결론
    본 연구에서 나타난 결론은 노화는 골격근 세포 내에서 Wnt와 BMP signaling pathway 관련 인자들의 발현을 감소시키는 요인으로 작용하였으며, downhill과 uphill 지구성 운동 트레이닝이 이러한 감소된 myogenesis와 osteogenesis 관련 인자들의 발현을 증가시키는 중재 역할을 할 수 있으며, 나아가 노화로 인해 약화된 골격근 (atrophy)의 hypertrophy와 골 형성 능력 (bone forming process)의 향상 및 유지를 도모할 수 있을 것으로 사료된다.

    4. 연구의 활용방안
    첫째, 노화 및 운동에 의한 세포내 Wnt signaling pathway는 근세포 성장 촉진 및 증식에 대한 좀 더 명확한 조절기전을 증명하는데 유용한 근거 자료로 활용 될 수 있다.
    둘째, 운동에 의한 대사 활성화 및 기초대사량 증가에 대한 Wnt-transcription factors-BMP signaling과 관련하여 운동 형태 및 강도에 따른 골격 및 근육 내 발현기전에 대한 좀 더 구체적이고 명확한 조절 기전에 대한 근거를 제시할 수 있다.
    셋째. 본 연구는 골다공증, 당뇨병, 비만 등의 대사성 질환과 관련된 운동의 역할 및 기능에 대한 이론적인 근거를 제시할 수 있다.
  • English
  • 1. Research Purpose
    The purpose of this study was to determine the effect of exercise types on the Wnt and BMP signaling pathways and the response to myogenesis and osteogenesis related mechanisms by downhill and uphill exercise training in the aging-induced rats skeletal muscles and bone. For experiment, we used different types of exercise training as an in vivo model. As a conclusion, we suppose to yield a scientific evidence for the myogenesis and osteogenesis related mechanisms in skeletal muscle and bone via exercise training and positive effect of exercise on treatment of aging-induced metabolic diseases such as sarcopenia and osteoporosis.

    2. Research Contents
    The Wnt and BMP signaling pathways associated with aging are mostly studied at the cellular level and there are few studies related to in vivo. There are no studies related to exercise training. Therefore, in order to investigate what mechanism acts in aging-induced rats skeletal muscles and bone,
    1) We examined the mechanism of intracellular Wnt and BMP signaling pathway in the oxidative stress situation in the aged rats by training according to the exercise types, The purpose of this study is to present the theoretical basis for the relationship between myogenesis and osteogenesis-related growth factors related to muscle and bone formation.
    2) In addition, the effect of exercise treatment on bone density, bone microstructure changes, and osteoclast differentiation was examined in bone marrow-derived macrophages (BMMs)

    3. Conclusion
    The results of this study showed that aging decreased the expression of Wnt and BMP signaling pathway related factors in skeletal muscle cells. The downhill and uphill endurance exercise training may play a mediating role in increasing the expression of these reduced myogenesis and osteogenesis related factors. furthermore, the bone formation process and hypertrophy of skeletal muscle weakened due to aging can be improved and maintained.

    4. Utilization of the study
    These results suggest that theoretical basis about the role and function of the regular endurance exercise associated with human disease including aging-induced sarcopenia and osteoporosis. In particular, suggested based on the the intracellular Wnt signaling pathway related to regulatory mechanism of growth and proliferation in the aged skeletal muscle and bone during exercise.
Research result report
  • Abstract
  • 본 연구는 노화에 따른 근육 및 골격 내 Wnt와 BMP signaling pathway의 변화를 알아보기 위해 운동 처치에 따른 세포 증식 및 분화와 관련이 있는 myogenesis 및 osteogenesis의 여러 인자들의 발현양상을 규명하기 위해 실시하였다.
    본 연구와 관련된 Wnt와 BMP signaling 관련 signal protein들의 변화를 관찰하기 위하여, in vivo에서 downhill과 uphill exercise training을 실시하였다. 실험결과, downhill과 uphill 지구성 트레이닝을 통해 근육 타입별 Wnt와 BMP signaling pathway 관련 인자들의 발현이 효과적으로 증가하였으며, muscle growth factors 또한 유의한 증가를 보였다. 여기에서 중요한 점은, downhill 운동은 Wnt3a와 b-catenin의 증가를 통해 canonical Wnt pathway인 세포의 증식을 조절 (hyperplasis)을 하고, uphill 운동은 Wnt7a, p-AKT 및 p-mTOR의 증가를 통해 non-canonical Wnt pathway인 세포의 부착 및 형태학적인 변화 (hypertrophy)를 조절한 것으로 사료된다. 또한, BMP signaling은 uphill 운동 보다 downhill 운동에서 발현양상이 증가되었다. 노화 쥐의 파골세포 형성 및 관련인자의 발현양상도 운동형태 모두에서 긍정적인 결과를 나타냈다. 따라서, 본 연구에서 나타난 결론은 지구성 운동 트레이닝의 형태에 따라 myogenesis 및 osteogenesis와 관련된 여러 인자들의 발현양상이 달라질 수 있으며, 나아가 노화로 인해 약화된 골격 및 근육의 형성의 향상 및 유지를 도모할 수 있을 것으로 생각된다.
  • Research result and Utilization method
  • 연구 결론
    본 연구에서 나타난 결론은 노화는 골격근 세포 내에서 Wnt와 BMP signaling pathway 관련 인자들의 발현을 감소시키는 요인으로 작용하였으며, downhill과 uphill 지구성 운동 트레이닝이 이러한 감소된 myogenesis와 osteogenesis 관련 인자들의 발현을 증가시키는 중재 역할을 할 수 있으며, 나아가 노화로 인해 약화된 골격근 (atrophy)의 hypertrophy와 골 형성 능력 (bone forming process)의 향상 및 유지를 도모할 수 있을 것으로 사료된다.
    연구의 활용방안
    첫째, 노화 및 운동에 의한 세포내 Wnt signaling pathway는 근세포 성장 촉진 및 증식에 대한 좀 더 명확한 조절기전을 증명하는데 유용한 근거 자료로 활용 될 수 있다.
    둘째, 운동에 의한 대사 활성화 및 기초대사량 증가에 대한 Wnt-transcription factors-BMP signaling과 관련하여 운동 형태 및 강도에 따른 골격 및 근육 내 발현기전에 대한 좀 더 구체적이고 명확한 조절 기전에 대한 근거를 제시할 수 있다.
    셋째. 본 연구는 골다공증, 당뇨병, 비만 등의 대사성 질환과 관련된 운동의 역할 및 기능에 대한 이론적인 근거를 제시할 수 있다.
  • Index terms
  • 노화, 근증식, 근비대, 근위축, 근육감소증, 활성산소, 산화적 스트레스, 지구성 운동, 은동형태, 운동강도, 골격근, 골형성, 골밀도, 골다공증, 항상성 유지, 상호작용
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