실험을 하다보면 AMPK는 기본.
AMPK의 활성화는 "세포 에너지 상태의 균형을 맞추기 위한 조절"로 정의할 수가 있지요.
자면서도 살이 빠져요! 에 등장하는 AMPK
그래서 AMPK와 운동에 관련해서 논문서칭을 해볼까해요.
[논문서칭 1] AMPK와 운동 적응
AMPK는 α, β, γ 서브유닛으로 구성된 이종삼량체임. α 서브유닛은 촉매 역할을 하고, β 서브유닛은 α와 γ 서브유닛을 연결하며, γ 서브유닛은 AMP 또는 ADP의 농도를 감지해 AMPK를 활성화함.γ 서브유닛의 CBS 도메인 중 CBS1, CBS3, CBS4는 AMP/ADP/ATP와 결합함. AMP 또는 ADP 결합은 AMPK 활성화에 기여. AMPK는 LKB1과 CaMKK2에 의해 활성화되며, 포도당, 지질, 단백질 대사와 자가포식, 미토콘드리아 리모델링 등 세포 적응 과정에 영향을 미침.
[ 운동으로 유도된 AMPK는 골격근의 대사]
1. 포도당 흡수 증가: AMPK의 Thr172 인산화는 포도당 흡수를 증가시킴. 이는 GLUT4의 막으로의 이동을 촉진함.
(운동 중에는 근육 세포가 운동을 유지하기 위한 연료로 포도당을 즉시 흡수해야 함. 근육 수축은 저장 소포에서 근육의 세포막인 근막 표면으로 포도당 수송체 4형(GLUT4)을 이동시켜 포도당이 농도 기울기를 따라 근육 세포로 쉽게 확산되도록 함)
2. 지방산(FA) 산화 촉진: AMPK 활성화는 아세틸-CoA 카르복실화효소(ACC)를 인산화하고 억제하여 FA의 흡수를 촉진함. 이는 말로닐-CoA의 생성을 억제하고, CPT1에 대한 억제를 방지하여 FA의 미토콘드리아 흡수와 산화를 증가시킴.
3. 미토콘드리아 생합성 증가: AMPK 활성화는 PGC-1α의 활성을 촉진하고, PGC-1α가 핵으로 이동하여 미토콘드리아 유전자의 전사를 촉진함.
운동에 의한 AMPK 활성화에 따른 골격근 대사 및 적응
운동 시 골격근의 에너지 수요가 크게 증가하며, 이는 에너지 회전율과 대사 조절을 촉진함. 운동은 칼슘, 일산화질소, 반응성 산소종, AMP/ADP의 증가를 통해 다양한 신호 전달 경로를 활성화함. 이 과정에서 AMPK는 Thr172의 인산화에 의해 활성화되며, 포도당과 지방산의 흡수 및 산화를 증가시킴. AMPK 활성화는 운동 중과 직후에 발생하며, 이는 ACC의 활성 감소와 관련이 있음. 운동 중 ADP와 AMP의 농도 변화는 AMPK의 주요 작용제에 대한 증거를 제공. 최근 연구는 AMPK 활성화가 운동으로 유도된 포도당 및 지방산 흡수와 산화에 중요한 역할을 한다는 것을 보여줌.
근육 세포에 의한 지방산 흡수 때,
지방산이 세포 내부로 들어가면, 아실-CoA 합성효소에 의해 지방 아실-CoA로 전환. 이 아실-CoA는 β 산화를 위해 미토콘드리아로 이동하는데, 이 과정은 카르니틴 팔미토일 트랜스퍼라제 1(CPT1)을 통해 이루어짐. 그러나 기저 조건에서는 말로닐-CoA가 CPT1을 억제하여 아실-CoA의 미토콘드리아 수송을 제한함.
운동 중에는 말로닐-CoA 농도가 감소하고 지방산 산화가 증가함. AMPK가 활성화되면, ACC가 직접 인산화되어 ACC의 활성이 감소하고, 이는 지방산 산화의 증가를 촉진함. 즉, AMPK에 의해 ACC가 억제됨으로써 운동 중 지방산 산화가 증가.
지구력 운동은 골격근에서 미토콘드리아 기능을 강화시키며, 이는 미토콘드리아 생합성, 미토콘드리아 역학, 미토파지 과정을 통해 이루어짐. AMPK는 운동 훈련에 반응하여 골격근에서 미토콘드리아 리모델링을 촉진하는 데 중요한 역할을 함. AMPK의 활성화는 미토콘드리아 생합성의 주요 조절자인 PGC-1α의 유전자 발현을 자극하여, 지구력 운동과 AMPK의 약리학적 활성화 모두 미토콘드리아 생합성을 증가.
운동은 백색 지방 조직에서 지방 분해를 촉진하여 지방산(FA)의 방출을 증가시키며, 이 FA는 다시 트리아실글리세리드로 재에스테르화됩니다. 이 과정은 ATP를 소모하고, AMPK가 활성화되어 PGC-1α를 촉진함으로써 열생성 유전자 전사와 미토콘드리아 생합성이 증가.
[논문서칭 2] 운동 중 대사 및 미토콘드리아 생합성을 제어하는 AMPK의 역할
연구내용:
신체 활동 수준이 줄어들면 2형 당뇨병 발생 위험이 증가하며, 골격근에서 인슐린 저항성이 중요한 역할을 함. 특히, 디아실글리세롤, 세라마이드, 불완전 산화 지방산 등의 근육 내 지질 중간체 축적이 인슐린 저항성에 기여. 지구력 운동은 포도당과 지방산 활용을 개선하며, 이러한 효과는 AMP 활성화 단백질 키나아제(AMPK)를 통해 매개. AMPK는 운동에 의해 활성화되며, AMPK의 결핍은 운동 능력을 저하시킬 수 있음.
(1)운동/근육 수축 중 AMPK에 의한 포도당 흡수 조절
최근 10년 동안의 연구에 따르면, 근육 수축 동안 포도당 흡수는 AMPK의 주요 이종삼량체(AMPKα2β2γ3)에 의존할 수 있지만, AMPKα와 β 서브유닛이 단독으로 결핍되어도 일부 포도당 흡수는 유지될 수 있음. AMPK β2 서브유닛만 결핍된 마우스는 포도당 흡수가 정상적이었으나, β1과 β2 서브유닛이 동시에 결핍된 마우스에서는 포도당 흡수가 감소했음. AMPK α 서브유닛이 결핍된 마우스에서도 포도당 흡수가 감소하는 경향이 있었지만, 결과는 근육 종류와 실험 조건에 따라 달라졌음. 이러한 차이의 원인은 아직 명확하지 않으며, 향후 연구가 AMPK의 포도당 흡수 조절 메커니즘을 밝히는 데 중요할 것임.
(2)AMPK와 FA 흡수 조절
근육 수축 시 지방산(FA) 흡수가 증가하면 FA 수송체인 FAT/CD36이 세포막으로 이동. AMPK 활성제 AICAR는 AMPK 의존 경로를 통해 FAT/CD36의 이동을 증가시키지만, 근육 수축에 의해 FA 흡수는 AMPK와 무관한 메커니즘에서도 증가할 수 있음. 최근 연구는 칼슘/칼모듈린 의존성 단백질 키나제가 이 과정에 필요할 수 있음을 시사. 이는 근육 수축이 시작될 때 CD36이 세포막으로 빠르게 이동하는 현상과 일치.
(3)AMPK와 지방산 산화
- 운동과 FA 흡수의 감소된 ACC 활성: 운동과 근육 수축으로 인해 FA 흡수가 증가하면 아세틸-CoA 카르복실화효소(ACC)의 활성이 감소. 말로닐-CoA(malonyl-CoA)는 FA 합성에 사용되며 카르니틴 팔미토일-트랜스퍼라제 1(CPT1)의 억제제 역할을 함. 골격근에서 말로닐-CoA의 주요 역할은 FA 산화 조절에 있음. ACC1과 ACC2는 두 가지 동형체로 존재하며, ACC2는 근육 수축에 반응하여 인산화됨. AMPK가 결핍된 마우스에서는 FA 산화가 정상적으로 유지.
- ACC 인산화와 FA 산화의 관계: ACC1(Ser79)과 ACC2(Ser212)의 AMPK 인산화 부위에 변이가 있는 마우스에서, ACC 효소의 구성적 활성화로 말로닐-CoA 수치가 상승하고, FA 산화가 감소하며 인슐린 민감도가 손상. 이는 ACC1과 ACC2가 모두 FA 합성과 산화의 조절에 기여하며, ACC2 인산화가 FA 산화를 조절하는 주요 지점임을 시사.
- 운동 강도와 AMPK, ACC2의 상관관계: 연구에 따르면, 중강도의 운동에서는 FA 산화 속도가 증가하지만 AMPK 활성화와 ACC 인산화는 약간만 증가하고 말로닐-CoA 수치는 거의 변하지 않음. 고강도 운동에서는 AMPK와 ACC 인산화가 증가하지만 FA 산화의 절대 속도는 감소함. 이는 말로닐-CoA가 미토콘드리아 FA 산화 제어에 필수적이지 않다는 것을 시사.
- AMPK/ACC2 독립적 경로: AMPK α2, β2, 그리고 α2 결손 마우스는 운동 중 FA 산화가 정상적. 이는 AMPK가 부분적으로 결핍된 상태에서도 ACC2의 인산화가 여전히 일어나기 때문임. 따라서, AMPK와 ACC2와 무관한 FA 산화 조절 경로를 확인하기 위해 AMPK 이중 결핍 마우스와 ACC2 노크인 마우스에 대한 추가 연구가 필요.
(4)AMPK와 미토콘드리아 생합성
골격근 AMPK의 약리학적 활성화는 미토콘드리아 생합성을 향상시키며, 이는 AMPK α2 서브유닛과 PGC-1α의 발현에 크게 의존. 항상 활성화된 AMPK는 PGC-1α와 미토콘드리아 기능을 증가, 이는 AMPK가 미토콘드리아 생합성을 조절하는 중요한 역할을 한다는 것을 시사. AMPK β 서브유닛이나 LKB1이 결핍된 마우스에서는 근육 내 미토콘드리아 함량이 감소하며, AMPK는 PGC-1α의 인산화와 아세틸화를 통해 미토콘드리아 생합성을 조절. PGC-1α나 Sirtuin 1이 결핍된 마우스에서도 운동은 미토콘드리아 생합성을 정상적으로 증가시키지만, LKB1 결핍 마우스에서는 운동 훈련이 미토콘드리아 전자 전달 사슬의 구성 요소를 증가시키지 않음. 따라서, AMPK 서브유닛이 결핍된 마우스에서 운동이 미토콘드리아 생합성에 미치는 영향을 조사하는 연구가 필요.
결론적으로, 골격근 AMPK는 포도당 및 FA 흡수, FA 산화, 미토콘드리아 생합성을 조절. FA 흡수는 AMPK와 독립적인 것으로 보이며, 포도당 흡수 조절에 대한 AMPK의 역할은 골격근 AMPK가 없는 마우스 모델에서 상충된 결과를 보임. 휴식 상태에서 AMPK는 ACC2와 PGC-1α를 통해 FA 산화와 미토콘드리아 생합성을 조절하지만, 운동 중 AMPK의 필요성에 대한 추가 연구가 필요. AMPK 조절 장애가 인슐린 저항성과 관련이 있기 때문에, 운동 중 AMPK의 역할을 이해하면 2형 당뇨병 치료 및 예방에 도움이 될 수 있음.
[논문서칭 3] 골격근의 운동 조절 미토콘드리아 및 핵 신호 전달 네트워크
운동은 일반적으로 지구력(EX) 운동과 저항(REX) 운동으로 나뉩니다. EX는 미토콘드리아 생합성을 촉진하여 피로 저항성, 산화 능력 향상, 미토콘드리아 밀도와 단백질 함량 증가를 특징으로 한 반면에, REX 훈련은 근력 향상과 근섬유 단면적 증가를 유도. 이 리뷰는 EX 운동이 인간과 설치류의 미토콘드리아 및 핵 신호 전달 네트워크에 미치는 영향을 중점적으로 다루며, 특히 인산화가 골격근 미토콘드리아 생물 발생을 조절하는 데 중요한 역할을 한다고 설명함.
운동 신호 전달 네트워크에서 단백질 키나아제는 기질 단백질의 인산화를 개시하고 하류 생물학적 과정을 조절하는 중요한 역할을 함. 운동과 같은 세포 교란은 에너지 스트레스를 유발하고, 이로 인해 신호 전달 경로가 활성화됨. 단백질 키나아제는 ATP를 가수분해하여 기질 단백질에 인산기를 추가하며, 이 과정은 세포 내 에너지 기질 회전과 하류 신호 전달 이벤트를 유도. 인산화는 단백질 키나아제와 인산화효소의 이중 활성에 의해 조절될 수 있으며, 이는 ‘분자 스위치’ 역할을 하여 기질 단백질의 기능과 하류 생물학적 과정을 조절함.
지구력 운동은 골격근 수축을 통해 세포의 에너지 수요를 증가시키며, 이로 인해 미토콘드리아와 핵 간의 신호 전달 경로가 활성화됨. 주요 조절자는 AMPK와 PGC-1α로, 이들은 운동 자극에 반응하여 미토콘드리아 생합성을 조절. 또한, AMPK, MAPK, PKA 및 칼슘 조절 신호 전달 경로와 같은 스트레스 반응 조절자들은 대사, 세포 사멸, 미토콘드리아 생합성 등 하류 생물학적 과정의 조절을 담당.
[논문서칭 4] 근력 운동은 고지방 섭취 난소 절제 마우스를 인슐린 저항성 및 간 지방증으로부터 보호
연구내용:
고지방 식단(HFD)을 섭취한 난소 절제 마우스에서 근력 운동(ST)이 간 지방증과 인슐린 저항성에 미치는 영향을 평가함. 마우스는 네 군으로 나뉘었으며, 각 군은 9주 동안 HFD를 섭취하고 ST는 일주일에 세 번 수행되었음. 연구 결과, ST는 난소 절제 마우스(OVX)에서 체중과 지방 비율을 효과적으로 감소시키고, 근육량을 증가시켰음. 또한, ST는 간의 이소성 지질 축적을 줄이고 AMPK 인산화를 증가시키며, de novo 지방 생성 경로를 억제. OVX-EXE 군은 더 나은 혈당 프로필을 보였고, 인슐린 민감성이 향상되었으며, 간 산화 스트레스 마커가 감소했음. 이 데이터는 ST가 폐경으로 인한 대사 변화를 완화하는 비약리적 치료 접근법으로 유용할 수 있음을 시사.
[논문서칭 5] 고강도 간헐적 훈련과 식이 변화 개입이 HFD 유도 비만 쥐의 간 지방 축적에 미치는 효과
연구내용:
폐경 동안 여성은 에스트로겐 감소로 인해 근육 기능, 근육량, 근력이 급격히 감소하며, 에너지 소비가 줄어들고 체중과 복부 지방이 증가. HIIT는 비만을 유발한 고지방 식단(HFD) 쥐에서 미토콘드리아 효소 활동과 기능을 향상시키고, AMPK/PPARα/CPT1α 경로를 상향 조절하며, 간의 신생 지방 생성을 억제하여 미토콘드리아 지방산 산화를 크게 개선했음. 이는 ST(근력 운동)가 노화에 따른 근력 손실을 예방하는 데 효과적임을 시사.
하하.
나이가 점점 들어가니 나도 어쩔 수 없이 근력운동과 폐경모델이 눈에 더 들어온다는요.
운동을 하고 있고, 또 근력운동에 집중해서 하고 있지만 헤헷.
근육량 올리기가 그리 만만치 않다는 걸 누구보다 알기에.
꾸준한 근력운동과 꾸준한 식단관리가 답인걸....새삼 또 느끼네요.
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