과학자들은 세포 수준에서 운동의 효과를 연구합니다

운동이 건강에 미치는 이점은 잘 알려져 있지만 새로운 연구에 따르면 운동에 대한 신체의 반응은 이전에 생각했던 것보다 더 복잡하고 광범위하다는 사실이 밝혀졌습니다. 미국 전역의 과학자들로 구성된 팀은 쥐에 대한 연구에서 신체 활동이 쥐를 대상으로 연구한 19개 기관 모두에서 많은 세포 및 분자 변화를 일으킨다는 사실을 발견했습니다.

운동은 많은 질병의 위험을 낮추지만, 과학자들은 운동이 분자 수준에서 신체를 어떻게 변화시키는지 아직 완전히 이해하지 못하고 있습니다. 대부분의 연구는 단일 장기, 성별 또는 시점에 초점을 맞추었으며 하나 또는 두 가지 데이터 유형만 포함합니다.

운동의 생물학을 보다 포괄적으로 살펴보기 위해 MoTrPAC(신체 활동 분자 변환기 컨소시엄)의 과학자들은 실험실에서 일련의 기술을 사용하여 몇 주 동안 강렬한 운동을 한 쥐의 분자 변화를 분석했습니다. . 그들의 연구 결과는 자연.

연구팀은 심장, 뇌, 폐 등 동물의 다양한 조직을 연구했습니다. 그들은 그들이 살펴본 각 기관이 운동으로 변화하여 신체가 면역 체계를 조절하고 스트레스에 반응하며 염증성 간 질환, 심장 질환 및 조직 손상과 관련된 경로를 제어하도록 돕는다는 것을 발견했습니다.

데이터는 다양한 인간 건강 상태에 대한 잠재적인 단서를 제공합니다. 예를 들어, 연구자들은 운동 중에 간이 지방이 적어지는 이유에 대한 가능한 설명을 발견했으며 이는 비알코올성 지방간 질환에 대한 새로운 치료법 개발에 도움이 될 수 있습니다.

연구팀은 이번 연구 결과가 언젠가 개인의 건강 상태에 맞게 운동을 맞춤화하거나 운동할 수 없는 사람들을 위한 신체 활동의 효과를 모방하는 치료법을 개발하는 데 사용될 수 있기를 바라고 있습니다. 그들은 이미 운동의 분자적 효과를 추적하기 위해 사람들을 대상으로 한 연구를 시작했습니다.

2016년에 시작된 MoTrPAC은 MIT 브로드 연구소와 하버드 연구소, 스탠포드 대학교, 국립 보건원 및 기타 기관의 과학자들을 모아 운동의 건강상의 이점을 뒷받침하는 생물학적 과정을 조명합니다. Broad 프로젝트는 원래 Broad의 Proteomics Platform 수석 이사인 Steve Carr가 고안했습니다. Broad의 대사체학 플랫폼 수석 이사인 Clary Clish; Broad의 선임 회원이자 Beth Israel Deaconess Medical Center의 심혈관 의학 책임자인 Robert Gerszten; Duke University의 영양학 교수인 Christopher Newgard도 있습니다.

이번 연구의 공동 제1저자로는 연구가 시작될 당시 Broad에서 Carr 그룹의 박사후 연구원이었던 Pierre Jean-Beltran과 Stanford의 David Amar 및 Nicole Gay가 있습니다. Clish 그룹의 연구원인 Courtney Dennis와 Julian Avila도 원고의 공동 저자였습니다.

이번 연구의 공동 저자인 Carr는 “생산된 엄청난 양의 고품질 데이터를 생성하고 통합하려면 뚜렷한 과학적 배경을 가진 과학자 마을이 필요했습니다.”라고 말했습니다. “이것은 여러 다른 기관에 대한 훈련의 효과를 살펴보는 최초의 전체 유기체 지도입니다. 생산된 자원은 엄청난 가치가 있을 것이며 추가 탐구를 위한 잠재적으로 새로운 생물학적 통찰력을 이미 많이 생성했습니다.”

팀은 모든 동물 데이터를 온라인 공개 저장소에서 사용할 수 있도록 만들었습니다. 다른 과학자들은 이 사이트를 사용하여 런닝머신에서 8주 동안 정기적으로 운동한 후 암컷 쥐의 폐에서 풍부하게 변화하는 단백질에 대한 정보나 수컷과 암컷 쥐의 모든 기관에서 운동에 대한 RNA 반응에 대한 정보를 다운로드할 수 있습니다. 시간.

전신 분석

이렇게 크고 상세한 연구를 수행하려면 많은 계획이 필요했습니다. Clish는 “이 연구에 참여한 모든 실험실이 수행해야 했던 조정의 양은 놀라울 정도였습니다.”라고 말했습니다.

MoTrPAC 팀의 다른 구성원은 최대 8주간의 훈련 후 동물로부터 조직 샘플을 수집한 아이오와 대학 카버 의과대학의 수 보딘(Sue Bodine)과 협력하여 샘플을 나누어 각 실험실에서 Carr 팀이 단백질 분석, Clish의 대사 산물 연구 등은 사실상 동일한 샘플을 검사합니다.

Carr 그룹의 계산 과학자인 Natalie Clark은 “많은 대규모 연구는 하나 또는 두 가지 데이터 유형에만 초점을 맞추고 있습니다.”라고 말했습니다. “그러나 여기서 우리는 동일한 조직에 대한 광범위한 다양한 실험을 했으며, 이를 통해 이러한 모든 다른 분자 층이 운동 반응에 어떻게 기여하는지에 대한 전체적인 개요를 얻을 수 있었습니다.”

전체적으로 팀은 혈액과 18개의 고형 조직에 대해 약 1,500만 건의 측정을 수행하기 위해 거의 10,000번의 분석을 수행했습니다. 그들은 운동이 면역, 신진대사, 혈압과 같은 많은 중요한 과정을 조절하는 호르몬을 생성하는 부신에 가장 극심한 변화를 포함해 수천 개의 분자에 영향을 미친다는 것을 발견했습니다. 연구자들은 특히 시간 경과에 따른 면역 반응과 관련된 여러 기관의 성별 차이를 발견했습니다. 여성 특유의 대부분의 면역 신호 분자는 훈련 1~2주 사이에 수준의 변화를 보인 반면, 남성의 경우 4~8주 사이에 차이를 보였습니다.

일부 반응은 성별과 기관에 걸쳐 일관되게 나타났습니다. 예를 들어 연구진은 스트레스에 반응하여 세포에서 생성되는 열 충격 단백질이 여러 조직에서 동일한 방식으로 조절된다는 사실을 발견했습니다. 그러나 다른 통찰력은 조직에 따라 다릅니다. 놀랍게도 Carr의 팀은 운동 중에 변화된 간에서 에너지 생산에 관여하는 미토콘드리아 단백질의 아세틸화와 에너지 저장을 조절하는 인산화 신호의 증가를 발견했습니다. 이러한 변화는 간이 운동으로 인해 지방이 줄어들고 질병에 덜 걸리게 하는 데 도움이 될 수 있으며, 연구자에게 비알코올성 지방간 질환의 향후 치료에 대한 목표를 제공할 수 있습니다.

“간은 운동에 직접적으로 관여하지 않지만 여전히 건강을 개선할 수 있는 변화를 겪고 있습니다. 아무도 운동 훈련 후에 간에서 이러한 아세틸화 및 인산화 변화를 볼 수 있을 것이라고 추측하지 못했습니다.”라고 Jean-Beltran은 말했습니다. “이것은 우리가 이러한 다양한 분자 양식을 모두 사용하는 이유를 강조합니다. 운동은 매우 복잡한 과정이며 이는 빙산의 일각에 불과합니다.”

Carr 그룹의 수석 그룹 리더이자 연구 공동 저자인 Hasmik Keshishian은 “2~3세대의 연구원들이 이 컨소시엄 프로젝트를 통해 성숙해졌으며 연구를 신중하게 설계하고 샘플을 처리하는 것이 무엇을 의미하는지 배웠습니다.”라고 덧붙였습니다. “이제 우리는 우리 연구의 결과를 보고 있습니다. 우리와 다른 사람들이 생성한 고품질 데이터에서 산출되는 생물학적으로 통찰력 있는 발견입니다. 정말 만족스럽습니다.”

오늘 발표된 다른 MoTrPAC 논문에는 운동에 대한 다양한 조직의 지방과 미토콘드리아 반응에 대한 심층 분석이 포함되어 있습니다. 젊은 성인과 나이든 쥐에 대한 운동의 효과와 30분간의 신체 활동의 단기 효과를 연구하기 위한 추가 MoTrPAC 연구가 진행 중입니다. 컨소시엄은 또한 인간 연구를 시작했으며 어린이와 성인을 대상으로 지구력과 저항 운동의 효과를 연구하기 위한 임상 시험을 위해 다양한 연령, 성별, 조상 및 활동 수준을 가진 약 1,500명의 개인을 모집하고 있습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/05/240501125227.htm