동물모델을 이용한 당뇨병에서 미토콘드리아 DNA의 역할에 관한 연구

초록

배경 : 대부분의 당뇨병 환자에서 나타나는 유전자 이상이 알려져 있지 않지만, 멘델의 유전법칙과 무관하게 모계로 유전되는 특징을 가진 mtDNA가 당뇨병 발병의 유전적 소인일 가능성이 있다. 본 연구는 당뇨환자 혈액 중 mtDNA 복제수와 당뇨병 또는 만성병과의 산관관계를 동물모델을 이용하여 확인하고자 하였다. 방법 : IDDM 실험동물 model로 streptozotocin-treated rat을, 대조군으로 saline-treatedrat rat을, 사용하고 NIDDM의 실험동물 model로 6주령 및 24주령 OLETF rat, 대조군으로 동일 주령의 LETO rat을 사용하였다. 혈액 및 각종 장기조직(특히 간, 골격근, 지방조직, 췌장)의 genomic DNA를 분리한 후, 미토콘드리아 DNA 복제수를 quantitative PCR 방법으로 정량하였다. 또한 mtDNA 복제수의 변화가 미토콘드리아의 기능에 영향을 주는지 보기 위해 각 조직의 total homogenate으로부터 미토콘드리아 표지효소인 succinate dehydrogenase(SDH)와 cytochrome coxidase(COX)의 활성도를 측정하였다. 동시에 산화적 스트레스의 정도를 측정하기 위해 catalase와 superoxide dismurase(SOD), Glutathion Peroxidase(GSH-Px)의 활성도를 측정하였다. 결과 및 고찰 : IDDM medel의 혈액과 췌장에서 mtDAN 복제수가 정상 대조군에 비해 약 70-80% 증가하였으며(p<0.01), 미토콘드리아 기능, 산화적 스트레스의 변화는 관찰할 수 없었다. IDDM model에서 maDNA 복제수의 증가는 당뇨발생으로 인한 2차적 결과인 것으로 사료된다. 반면 NIDDM model인 24주령 OLETF rat은 LETO 대조군에 비해 skeletal muscle의 mtDNA 복제수가 약 30% 감소하였으며(p<0.05), 간 조직에서도 통계적 유의성은 없으나 감소하는 경향을 보였다. 특히 LETO군은 6주에서 24주로 연령이 증가함에 따라 골격근의 mtDNA 복제수가 약 80%(p<0.01)증가하였지만, OLETF군에서는 증가하지 않아서 결과적으로 24주령 LETO군과 비교시 약 30% 감소한 것으로 나타났다. 이 결과는 mtDNA 복제수의 감소가 NIDDM 발생의 원인이 될 수 있음을 시사한다. 미토콘드리아 기능 지표인 SDH는 24주령 OLETF 간에서 활성이 증가하였으며, 그 외 다른 효소들의 활성 변화는 관찰되지 않았다. SDH 활성의 증가는 mtDNA 복제수의 감소로 인한 미토콘드리아 기능 저하를 회복하기 위한 역작용 때문인 것으로 사료된다.

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