• IMMUNE NETWORK
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• 제14권5호
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• pp.241-248
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• 2014

It is debatable whether AMP-activated protein kinase (AMPK) activation is involved in anti-apoptotic or pro-apoptotic signaling. AICAR treatment increases AMPK-${\alpha}1$ phosphorylation, decreases intracellular reactive oxygen species (ROS) levels, and significantly increases Annexin V-positive cells, DNA laddering, and caspase activity in human myeloid cell. AMPK activation is therefore implicated in apoptosis. However, AMPK-${\alpha}1$-knockdown THP-1 cells are more sensitive to apoptosis than control THP-1 cells are, suggesting that the apoptosis is AMPK-independent. Low doses of AICAR induce cell proliferation, whereas high doses of AICAR suppress cell proliferation. Moreover, these effects are significantly correlated with the downregulation of intracellular ROS, strongly suggesting that AICAR-induced apoptosis is critically associated with the inhibition of NADPH oxidase by AICAR. Collectively, our results demonstrate that in AICAR-induced apoptosis, intracellular ROS levels are far more relevant than AMPK activation.

• 생명과학회지
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• 제28권4호
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• pp.435-443
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• 2018

AMPK는 세포 내 에너지 균형을 조절하는 조절자 및 에너지 센서이며, 특히 골격근에서는 muscle-specific ubiquitin ligases의 조절을 통한 근육 단백질 분해를 증가시키는 것으로 알려져 있다. 한편 상엽은 다양한 약리학적 효능을 가지는 전통약재 중 하나이지만 근위축과 관련된 효능에 대해서는 거의 알려져 있지 않다. 본 연구에서는 C2C12 myotubes에서 AMPK 활성제인 AICAR가 유발하는 근위축 및 관련 유전자의 발현과 함께 상엽 에탄올 추출물(ethanol extracts of Mori Folium, EEMF)이 유발하는 근위축 억제 효능에 대해서 조사하였다. 먼저 C2C12 myoblasts에 AICAR를 처리하였을 경우 AMPK 활성화가 유발되었으며, 하위 단계에 있는 FoxO3a의 발현 증가와 함께 muscle-specific ubiquitin ligases인 MAFbx/atrogin-1 및 MuRF1의 발현 증가와 muscle-specific transcription factors인 MyoD 및 myogenin의 발현 감소가 유발되었다. 또한 분화가 유발된 C2C12 myotubes에 세포독성이 없는 조건의 AICAR를 처리하였을 경우 근위축이 유발되었으며, EEMF는 AMPK 불활성화 및 FoxO3a 발현 억제를 유발함으로서 AICAR 처리에 의한 근위축을 억제하는 것으로 나타났다. 본 연구 결과에서 AICAR에 의한 AMPK 활성화가 근위축을 유발한다는 것을 알 수 있었으며, EEMF는 AMPK signaling pathway를 통하여 AICAR에 의한 근위축을 억제한다는 것을 알 수 있었다.

• 대한화학회지
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• 제63권4호
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• pp.253-259
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• 2019

5-Aminoimidazole-4-carboxamide ribonucleotide (AICAR), a structural analog of adenosine monophosphate (AMP), promotes oxidative remodeling in muscle cells. AICAR activates AMP-dependent protein kinase (AMPK), thus increasing lipid metabolism, respiration, and mitochondrial counts. This process is called oxidative remodeling, which enhances the physical endurance of mice. To test this drug on an invertebrate that is genetically similar to humans, we used the small water crustacean Daphnia magna, which is sensitive to changes in water conditions. We tested the effects of pH on the efficacy of AICAR using two methods. One method measured oxygen consumption of Daphnia in oxygen chambers. The other method determined lipid levels of Daphnia through fluorescent tagging of lipids. The results showed that when exposed to AICAR at pH 6.58, D. magna consumed more oxygen and had lower overall levels of lipids, which is consistent with the expected effects of AICAR, such as increased respiration and lipid metabolism.

• Journal of Animal Science and Technology
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• 제54권5호
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• pp.369-373
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• 2012

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.

• 생명과학회지
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• 제25권3호
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• pp.293-298
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• 2015

근위축은 근육 단백질 합성의 저하와 근육 단백질의 분해 증가에 따른 근섬유의 감소에 의한 근육량이 감소되는 현상이다. 오미자(Schisandrae Fructus, fruits of Schisandra chinensis (Turcz.) Baillon)는 오랫동안 전통의학에서 강장제로서 널리 사용되어 왔다. 비록 다양한 질병 연관 오미자의 생리활성 효능이 폭넓게 연구되어져 왔으나 근육 질환 관련 연구는 매우 제한적으로 이루어져 왔다. 본 연구에서는 오미자 에탄올 추출물(SF)이 AMPK 활성인자 AICAR 처리에 의한 C2C12 근관세포의 근위축 모델계를 이용하여 근위축 억제 효능을 가지는지의 여부와 관련 기전의 해석을 시도하였다. AICAR 처리는 근단백질 분해 연관 ubiquitin ligase muscle RING finger-1 (MuRF-1)의 발현을 전사 수준에서 증가시켰고, MuRF-1 조절 전사인자의 하나인 forkhead box O3a (FoxO3a) 단백질의 인산화를 증가시켰으며, 이러한 변화는 근위축과 연관된 C2C12 근관세포의 형태적 변형과 동반된 현상이었다. 그러나 SF의 전처리에 의하여, AICAR에 의하여 유도된 근위축성 형태변화를 억제하였으며, MuRF-1의 발현과 FoxO3a의 활성화를 억제시켰다. 본 연구의 결과는 SF가 AICAR 처리에 의한 C2C12 근관세포의 근위축을 AMPK 및 FoxO3a 신호전달계 조절을 통하여 억제하였음을 보여주는 것으로 오미자는 근기능 향상을 위한 식의 약 소재로서의 개발 가능성이 매우 높음을 시사하여 준다.

• 한국축산식품학회지
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• 제41권4호
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• pp.623-635
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• 2021

The effect of deer antler extract on muscle differentiation and muscle atrophy were evaluated to minimize muscle loss following aging. Various deer antler extracts (HWE, hot water extract of deer antler; FE, HWE of fermented deer antler; ET, enzyme-assisted extract of deer antler; UE, extract prepared by ultrasonication of deer antler) were evaluated for their effect on muscle differentiation and inhibition of 5-aminoimidazole-4-carboxamide ribonucleoside (AICAR)-induced muscle atrophy in C2C12 cells. Morphological changes according to the effect of antler extracts on muscle differentiation were confirmed by Jenner-Giemsa staining. In addition, the expression levels of genes related to muscle differentiation and atrophy were confirmed through qRT-PCR. In the presence of antler extracts, the length and thickness of myotubes and myogenin differentiation 1 (MyoD1) and myogenic factor 5 (Myf5) gene expression were increased compared to those in the control group (CON). Gene expression of AMP-activated protein kinase (AMPK), MyoD1, and myogenin, along with the muscle atrophy factors muscle RING finger-1 (MuRF-1) and forkhead box O3a (FoxO3a) upon addition of deer antler extracts to muscle-atrophied C2C12 cells was determined by qRT-PCR after treatment with AICAR. The expression of MuRF-1 and FoxO3a decreased in the groups treated with antler extracts compared to that in the group treated with AICAR alone. In addition, gene expression of MyoD1 and myogenin in the muscle atrophy cell model was significantly increased compared that into the CON. Therefore, our findings indicate that antler extract can increase the expression of MyoD1, Myf5 and myogenin, inhibit muscle atrophy, and promote muscle differentiation.

• 한국콘텐츠학회논문지
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• 제9권4호
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• pp.355-363
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• 2009

비정상적인 미토콘드리아에 의해 산화 스트레스가 증가하면 세포내 신호전달 및 유전자 발현에 손상을 일으켜 인슐린 저항성이나 당뇨병 등의 여러 질환들을 유발한다. 그런데 자식작용은 산화 스트레스로 기능이 저하된 미토콘드리아를 제거하여 인슐린 저항성 등을 억제해준다. 한편 운동도 미토콘드리아 생합성을 강화시켜 조직의 기능저하나 퇴행을 회복시켜준다. 따라서 운동과 자식작용이 서로 연관되어 미토콘드리아 생합성을 유도하는 신호체계로 작용할 가능성이 있고, 이 연구를 통해 운동 혹은 AICAR (aminoimidazole-4-carboxamide-1-${\beta}$-D-ribofuranoside)처치로 활성 화된 AMPK(5'-AMP- activated protein kinase) 신호전달체계가 미토콘드리아 생합성을 증가시키는 경로에 자식작용이 관여하는지의 여부를 확인하고자 하였다. 연구결과에 따르면, 6시간의 급성운동으로 쥐의 골격근에서 PGC-1(peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1)과 mtTFA (mitochondrial transcription factor A)의 mRNA 발현이 유의하게 증가하였다. 하지만 자식작용 표지제인 LC3(microtubule-associated proteinl light chain 3)의 mRNA 발현은 증가경향을 나타냈지만 유의하지 않았다. 한편 C2C12 근세포에서도 AICAR 처치에 의해 PGC-1, mtTFA mRNA 발현이 모두 증가하였지만, 이러한 증가는 LC3 SiRNA에 의해서 억제되지 않는 것으로 나타났다. 이러한 결과들을 통해 자식작용은 AMPK에 의해 조절되는 신호전달 전달체계와는 다른 경로로 미토콘드리아 생합성에 영향을 미칠 것으로 사료된다.

• Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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• 제30권6호
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• pp.857-864
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• 2017

Objective: The purpose of this study was to investigate the influence of AMP-activated protein kinase (AMPK) activation on protein acetylation and glycolysis in postmortem muscle to better understand the mechanism by which AMPK regulates postmortem glycolysis and meat quality. Methods: A total of 32 mice were randomly assigned to four groups and intraperitoneally injected with 5-Aminoimidazole-4-carboxamide1-${\beta}$-D-ribofuranoside (AICAR, a specific activator of AMPK), AICAR and histone acetyltransferase inhibitor II, or AICAR, Trichostatin A (TSA, an inhibitor of histone deacetylase I and II) and Nicotinamide (NAM, an inhibitor of the Sirt family deacetylases). After mice were euthanized, the Longissimus dorsi muscle was collected at 0 h, 45 min, and 24 h postmortem. AMPK activity, protein acetylation and glycolysis in postmortem muscle were measured. Results: Activation of AMPK by AICAR significantly increased glycolysis in postmortem muscle. At the same time, it increased the total acetylated proteins in muscle 45 min postmortem. Inhibition of protein acetylation by histone acetyltransferase inhibitors reduced AMPK activation induced increase in the total acetylated proteins and glycolytic rate in muscle early postmortem, while histone deacetylase inhibitors further promoted protein acetylation and glycolysis. Several bands of proteins were detected to be differentially acetylated in muscle with different glycolytic rates. Conclusion: Protein acetylation plays an important regulatory role in postmortem glycolysis. As AMPK mediates the effects of pre-slaughter stress on postmortem glycolysis, protein acetylation is likely a mechanism by which antemortem stress influenced postmortem metabolism and meat quality though the exact mechanism is to be elucidated.

• Toxicological Research
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• 제23권2호
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• pp.127-133
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• 2007

Metformin is a drug used to lower blood sugar levels in patients with type 2 diabetes via activation of adenosine monophosphate (AMP)-activated protein kinase (AMPK). The primary objective of this study was to investigate whether metformin at the pharmacologically effective concentrations affects the expressions of ${\gamma}$-glutamylcysteine synthetase and phase II antioxidant genes in the H4IIE cell. Treatment of the cells with either metformin or 5-aminoimidazole-4-carboxamide riboside (AICAR) abrogated tert-butylhydroxyquinone (t-BHQ) induction of ${\gamma}$-glutamylcysteine synthetase, a rate limiting enzyme of GSH synthesis. The ability of t-BHQ to induce glutathione S-transferases (GSTs), a major class of phase II detoxifying enzymes that playa critical role in protecting cells from oxidative stress or electrophiles, was also inhibited by the agents. Transcriptional gene repression by metformin was verified by the GSTA2 promoter luciferase assay. Moreover, either metformin or AICAR treatment significantly decreased t-BHQ-dependent induction of other GSTs (i.e., $GST{\mu}$ and $GST{\pi}$ forms). Taken together, our data indicate that metformin treatment may result in the repression of ${\gamma}$-glutamylcysteine synthetase and glutathione S-transferase genes possibly via AMPK activation.

• 운동영양학회지
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• 제23권2호
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• pp.28-33
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• 2019

[Purpose] Recent studies have shown that glucose-6-phosphate isomerase (GPI)-which is a glycolysis interconversion enzyme-reduces oxidative stress. However, these studies are limited to tumors such as fibrosarcoma, and there are no studies that have examined the effects of exercise on GPI expression in mice skeletal muscle. Furthermore, GPI acts in an autocrine manner thorough its receptor, autocrine motility factor receptor (AMFR); therefore, we investigated expression level changes of secreted GPI from skeletal muscle in in vitro study to examine the potential role of GPI on skeletal muscle. [Methods] First, we performed an in vitro study, to identify the condition that upregulates GPI levels in skeletal muscle cells; we treated C2C12 muscle cells with an exercise-mimicking chemical, AICAR. AICAR treatment upregulated GPI expression level in C2C12 cell and its secretomes. To confirm the direct effect of GPI on skeletal muscle cells, we treated C2C12 cells with GPI recombinant protein. [Results] We found that GPI improved the viability of C2C12 cells. In the in vivo study, the exercise-treated mice group showed upregulated GPI expression in skeletal muscle. Based on the in vitro study results, we speculated that expression level of GPI in skeletal muscle might be associated with muscle function. We analyzed the association between GPI expression level and the grip strength of the all mice group. The mice group's grip strengths were upregulated after 2 weeks of treadmill exercise, and GPI expression level positively correlated with the grip strength. [Conclusion] These results suggested that the exercise-induced GPI expression in skeletal muscle might have a positive effect on skeletal muscle function.