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저강도 고반복 전기자극이 노화된 단일 근섬유의 위성세포 활성 및 단백질 합성 신호체계에 미치는 영향
임창현,김창근,김효정,Sophie Joanisse,Stuart M. Phillips 국민체육진흥공단 한국스포츠정책과학원 2020 체육과학연구 Vol.31 No.4
This is the first study to examine whether age impacts the response of single muscle fibers to high/low frequency and high/low volume electrical pulse stimulation. We performed in vitro experiments to evaluate the effect of low-frequency high-volume electrical pulse stimulation (EPS) on mechanistic target of rapamycin (mTOR), mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathway, and satellite cell activation in singles fibers of young and aged muscles. [Methods] Isolated single fibers from gastocnemius in 12-wk (n=21) and 72-wk (n=21) old male C57BL/6 mice were divided into four groups: 1) control (Con) received no EPS, 2) low-frequency low-volume EPS (LL), 3) low-frequency high-volume EPS (LH), and 4) high-frequency low-volume EPS (HL) were made to contract using independent EPS protocols. Satellite cell activation and anabolic pathway (mTOR and MAPK signaling) were measured before and after EPS. [Results] The number of quiescent (Pax7+/Ki67-) and active (Pax7+/Ki67+) satellite cells, myonuclear content and the phosphorylation of 4E-BP1 and ERK were higher in young when compared with old. However, regardless of age, LH and HL EPS significantly increased the number of activate satellite cells (142%, both) and phosphorylation of mTOR (129% and 133%, respectively), p70S6K (133% and 136%, respectively) and 4E-BP1 (140% and 129%, respectively) compared with Con. The protein expression of ERK phosphorylation only increased by LH EPS in both the young and old groups (123% and 125%, respectively). [Conclusion] Low-frequency high-volume EPS stimulated satellite cell activation and the mTOR signaling pathway in older similar to young muscle. [목적] 이 연구는 저강도 고반복 저항성 근수축이 노화된 단일 근섬유의 위성세포 활성, mechanistic target of rapamycin (mTOR), mitogen-activated protein kinase (MAPK) 신호체계에 미치는 영향을 확인하였다. [방법] 12주령(젊은 집단, n=21)과 72주령(노화 집단, n=21)의 C57BL/6 마우스로부터 단일 근섬유를 분리 및 배양한 후 근수축 형태에 따른 영향을 분석하기 위하여 1) 전기자극을 시행하지 않은 통제집단(Con), 2) 저강도 저반복 전기자극 집단(LL), 3) 저강도 고반복 전기자극 집단(LH), 4) 고강도 저반복 전기자극 집단(HL)으로 무작위 배정하였다. 전기자극이 시행된 단일 근섬유는 조직면역화학염색을 이용하여 위성세포의 활성을 분석하였으며, western-blotting을 실시하여 단백질 합성 신호체계의 인산화를 분석하였다. [결과] Quiescent 위성세포(Pax7+Ki67-), 활성 위성세포(Pax7+Ki67+), 근 핵의 숫자와 4E-BP1, ERK의 인산화 정도는 노화 집단이 젊은 집단에 비해 유의하게 낮았다(p<.05). 그러나 연령에 상관없이 LH와 HL 전기자극은 Con 집단보다 위성세포의 활성(142%, both)과 mTOR (129% and 133%, respectively)와 p70S6K (133% and 136%, respectively), 4E-BP1 (140% and 129%, respectively)의 인산화를 유의하게 증가시켰다(p<.05). ERK의 인산화는 젊은 집단과 노화 집단 모두 오직 LH 전기자극에 의해서만 증가 되었다(123% and 125%, respectively). [결론] 본 연구의 결과는 저강도 고반복 전기자극이 노화된 단일 근섬유의 위성세포 활성과 mTOR 단백질 신호체계의 인산화를 젊은 집단과 유사하게 증가시킬 수 있음을 확인하였다.
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