AICAR (5-aminoimidazole-4-carboxamide-1-β-D-ribonucleoside) Decreases Protein Synthesis in C2C12 Myotubes Cultured in High Glucose Media

AMP-activated protein kinase (AMPK) maintains energy homeostasis in skeletal muscle. Nonetheless, its functional role on protein synthesis with different nutrient availability has not been elucidated. Therefore, the purpose of this study is to examine the effect of AMPK activity on protein content in C2C12 myotubes incubated with low (5 mM; LG) or high (25 mM; HG) glucose media. LG stimulated (p<0.05) AMPK and acetyl CoA carboxylase (ACC) activity compare to those in HG group. Total protein content was higher in myotubes cultured with HG than in those cultured with LG and further increased by AICAR (5-amino-1-${\beta}$-D-ribofuranosyl-imidazole-4-carboxamide). Myotubes cultured with HG showed 7.5% lower UbFL (Ubiquitin Firefly Luciferase)-to-SV40 (Simian virus40) ratio compared to those in LG. Glucose level did not change the phosphorylation level of mammalian target of rapamycin (mTOR). Interestingly, administration of AICAR significantly increased phosphorylation level of mTOR in myotubes cultured with LG but not in those with HG. Overall, this data indicate that AMPK activity and protein turnover are finely regulated in response to different glucose concentration.

근육세포 내 Glucose 농도와 AICAR에 의한 단백질 합성 저해

AMP-activated protein kinase (AMPK)는 체내 에너지 수준을 감지하고 당과 지방의 대사를 조절하는 인자로 밝혀졌다. 이러한 에너지 센서로서 AMPK의 역할은 심혈관계 및 비만과 당뇨 등의 대사성 질환에 밀접한 관계가 있다. 영양적 관점에서 AMPK는 지방산의 합성 및 분해를 통해 간에서 지방대사 조절에 중요한 역할을 한다. 특히 근육의 경우 glucose 흡수를 관장하며, 근육세포 내 glucose의 유입을 증가 시킨다. 하지만, AMPK의 활성이 대사기질의 흡수와 이용에 미치는 영향에 대한 정확한 기전은 아직까지 불분명하다. 또한 영양적 수준 차이에 따른 AMPK의 활성이 단백질 합성에 미치는 영향은 아직 보고된 바 없다. 따라서 본 연구의 목적은 C2C12 myotube에서 AMPK 활성물로 알려진 5-aminoimidazole-4-carbozamide-1-${\beta}$-D-ribonucleoside (AICAR)가 glucose 농도차이에 따른 AMPK 활성과 단백질함량에 미치는 영향을 알아보기 위함이다. 배양된 C2C12 근육세포에서 AICAR는 glucose의 함량에 관계없이 AMPK를 활성화 시켰다. 단백질 농도는 낮은 수준 (LG)에 비해 높은 수준의 glucose (HG)가 처리된 myotube에서 증가되었고, AICAR에 의해 그 효과는 더욱 증대 되었다. C2C12 myotube에서 HG 처리는 AMPK와 acetyl CoA carboxylase (ACC)의 인산화에 영향을 주지 않았지만, LG의 처리로 인해 AMPK와 ACC의 인산화가 증가되었다 (p<0.05). 또한, AICAR (2mM)의 처리는 glucose의 수준과는 관계없이 AMPK와 ACC의 인산화를 증가시켰다. 총 단백질 수준은 HG 처리에 의해 증가 되었고, 이는 AICAR의 처리에 의해서 더 높게 증가되었다. Proteasome 활성은 HG 처리구에서 LG에 비해 7.5% 낮게 나타났고, AICAR 처리는 proteasome 활성을 LG와 HG 처리구에서 각각 63%와 54% 감소 시켰다. Glucose의 수준은 mTOR의 인산화 수준에 영향을 주지 않았다. 하지만, AICAR는 LG 처리구에서 만 mTOR의 인산화 수준을 유의적으로 증가시켰고, HG 처리구에는 mTOR에 영향을 주지 않았다. 따라서, glucose 처리는 단백질을 proteasome으로부터 보호 하거나, glucose가 AMPK의 단백질 합성 저해 기능을 방해하여 세포내 단백질 합성을 중가 시키는 것으로 사료 된다. 결론적으로, 영양적 수준에 의해 AMPK 활성 및 단백질 합성과 분해가 조절된다는 것을 의미한다.