Effects of Coactosin-like F-actin binding protein 1 (Cotl1) deficiency on adipogenesis

Abstract

비만(obesity)은 주로 음식 섭취와 에너지 소비 사이의 불균형으로 인해 발생하며 이상지질혈증, 뇌졸중, 고혈압 등 다양한 합병증을 유발하는 원인이 된다. 신체에서 필요 이상의 과잉 에너지는 중성 지방(triglyceride)의 형태로 전환되고 지방세포(adipocyte)에서 과잉의 지방생성(adipogenesis)으로 인한 지방 축적이 비만으로 이어지게 된다. 지방세포의 분화(differentiation) 과정에는 다양한 액틴 결합 단백질(actin-binding protein)에 의한 액틴 리모델링(actin remodeling)이 관여하는 것으로 알려져 있다. Coactosin-like F-actin 결합 단백질1(Cotl1)은 F-액틴에 직접 결합하여 액틴 리모델링을 조절하는 액틴 결합 단백질로, 세포의 기능에 중요한 역할을 한다고 알려져 있으나, 아직 지방생성과 관련된 보고는 없다. 본 연구에서는, Cotl1 결핍 시에 나타나는 현상과 효과를 조사하고 비만과 연관된 지방세포 분화에 관여하는 Cotl1의 역할을 규명하는 것을 목표로 하였다. 먼저, 3T3-L1지방전구세포와 지방유래 중간엽 줄기세포(adipose-derived stem cell; ADSC)의 지방세포 분화 유도 시와 고지방식이(high-fat diet; HFD) 마우스 모델에서 단백질과 mRNA의 Cotl1 발현량이 유의하게 증가되는 것을 밝혔다. RNA 간섭(RNA interference; RNAi)에 의한Cotl1 결핍 3T3-L1세포와 ADSC에서는 정상세포에 비해 지방세포로의 분화가 감소되는 것을 확인하였다. 또한, 12주간 고지방식이로 사육한 마우스 실험에서, Cotl1 제거(Cotl1 knockout mouse; Cotl1-/-) 마우스는 야생형(wild-type) 마우스 대비 몸무게 증가와 몸체, 간, 지방조직의 크기가 유의하게 작았다. 다음으로, 고지방식이Cotl1-/- 마우스에서 나타나는 비만 관련 표현형을 조사하였다. 고지방식이 야생형 마우스에 비해 지질 공포(lipid droplet)의 숫자가 적었으며, 지방세포의 크기도 유의미하게 작았다. 또한 경구 포도당 부하 검사(oral glucose tolerance test; OGTT) 및 인슐린 저항성 검사(insulin tolerance test; ITT) 결과에서 고지방식이Cotl1-/- 마우스는 고지방식이 야생형 마우스에 비해 향상된 당대사능(glucose metabolism)을 보였고 혈장 인슐린(insulin) 및 렙틴(leptin) 수치도 유의미하게 낮았다. 또한 고지방식이에 따른 간 기능 저하를 평가하는 혈장 알라닌 아미노전이효소 (alanine aminotransferase; ALT)와 아스파테이트 아미노전이효소(aspartate aminotransferase; AST)의 수치 및 이상지질혈증과 관련 수치가 야생형 마우스에 비해Cotl1-/- 마우스에서 유의하게 완화되게 나타났다. 마지막으로, 12주간 고지방식이로 사육한 야생형 및 Cotl1-/- 마우스의 지방조직에서 RNA 시퀀싱(RNA sequencing; RNA-seq) 방법을 통해 ‘차등 발현되는 유전자(differentially expressed genes; DEGs)’를 발굴하고, in silico Ingenuity Pathway Analysis(IPA)를 이용한 분석을 통해 지방세포 분화와 비만과 연관된 8종의 핵심 유전자를 동정하여 그 발현량을 확인하였다. 이러한 결과는 Cotl1과 이들 유전자들이 연관되어 지방생성에 관여할 가능성이 높음을 시사한다. 결론적으로, Cotl1의 결핍이 지방세포 분화와 고지방식이 유도 비만에 영향을 미친다는 것을 확인하였으며, 이는Cotl1이 지질대사 과정에 관여하여 지방생성에 핵심적인 역할을 담당하는 단백질임을 시사한다.