Giảm biểu hiện của isoform MyHC chậm trong cơ bắp chuột trong điều kiện giải phóng là đi kèm với sự thay đổi của các chất ức chế nội sinh của con đường tín hiệu calcineurin/NFAT

Yulia N. Lomonosova1, Olga V. Turtikova1, Boris S. Shenkman1
1Institute of Biomedical Problems, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia

Tóm tắt

Dưới các điều kiện không sử dụng cơ, sự giảm biểu hiện của MyHC loại chậm, và đôi khi của loại IIa, cũng như sự gia tăng biểu hiện của các isoform IIb và IId/x đã được quan sát. Thông qua việc khử phosphoryl và sự xâm nhập của các phân tử NFAT vào nhân, con đường tín hiệu calcineurin/NFATc1 thúc đẩy sự gia tăng biểu hiện của MyHC chậm. Chúng tôi giả định rằng sự giảm hoạt động của con đường calcineurin diễn ra trong quá trình giải phóng. Nghiên cứu này nhằm phân tích trạng thái của các chất ức chế NFAT myonuclear calsarcin I (CSI) và calsarcin II (CSII) (cũng được gọi là myozenin II và I) và GSK3β trong cơ bắp soleus của chuột trong quá trình treo chân sau (HS). Những con chuột đực Wistar được thực hiện treo chân trong 3, 7 và 14 ngày. Chúng tôi nhận thấy rằng sau 3 ngày treo chân, hàm lượng mRNA của CSII tăng gấp đôi trong cơ soleus so với nhóm đối chứng. Mức này đã tăng hơn năm lần (so với đối chứng) sau 2 tuần treo chân. Sự gia tăng biểu hiện mRNA của CSII có thể được giải thích là cơ chế ổn định của kiểu dáng nhanh. Chúng tôi nhận thấy rằng từ ngày thứ 3 đến ngày thứ 14 của HS, hàm lượng MuRF-1 và MuRF-2 trong phân đoạn nhân tăng gấp bốn đến năm lần trong cơ soleus của nhóm HS. Chúng tôi giả định rằng việc nhập khẩu MuRFs vào nhân giúp thúc đẩy biểu hiện CSII trong quá trình giải phóng. Chúng tôi cũng quan sát thấy sự sụt giảm hàm lượng GSK3β phosphoryl trong trích xuất nhân từ mô soleus. Như vậy, sự giảm biểu hiện MyHC chậm đặc trưng cho điều kiện giải phóng đi kèm với sự gia tăng biểu hiện và hoạt hóa của các yếu tố được biết đến để ngăn chặn sự tích tụ NFAT trong các myonuclei.

Từ khóa

#MyHC #calcineurin #NFAT #calsarcin #GSK3β #chuột Wistar #treo chân

Tài liệu tham khảo

Blaauw B, Schiaffino S, Reggiani C (2013) Mechanisms modulating skeletal muscle phenotype. Compr Physiol 3:1645–1687 Drenning JA, Lira VA, Simmons CG, Soltow QA, Sellman JE, Criswell DS (2008) Nitric oxide facilitates NFAT-dependent transcription in mouse myotubes. Am J Physiol Cell Physiol 294:1088–1095 Dupont-Versteegden EE, Knox M, Gurley CM, Houle JD, Peterson CA (2002) Maintenance of muscle mass is not dependent on the calcineurin-NFAT pathway. Am J Physiol Cell Physiol 282(6):C1387–C1395 Frey N, Richardson JA, Olson EN (2000) Calsarcins, a novel family of sarcomeric calcineurin-binding proteins. Proc Natl Acad Sci USA 97:14632–14637 Frey N, Frank D, Lippl S, Kuhn C, Kögler H, Barrientos T, Rohr C, Will R, Müller OJ, Weiler H, Bassel-Duby R, Katus HA, Olson EN (2008) Calsarcin-2 deficiency increases exercise capacity in mice through calcineurin/NFAT activation. J Clin Investig 118:3598–3608 Gallagher P, Trappe S, Harber M, Creer A, Mazzetti S, Trappe T, Alkner B, Tesch P (2005) Effects of 84-days of bedrest and resistance training on single muscle fibre myosin heavy chain distribution in human vastus lateralis and soleus muscles. Acta Physiol Scand 185:61–69 Giger JM, Bodell PW, Zeng M, Baldwin KM, Haddad F (2009) Rapid muscle atrophy response to unloading: pretranslational processes involving MHC and actin. J Appl Physiol 107:1204–1212 Hirner S, Krohne C, Schuster A, Hoffmann S, Witt S, Erber R, Sticht C, Gasch A, Labeit S, Labeit D (2008) MuRF1-dependent regulation of systemic carbohydrate metabolism as revealed from transgenic mouse studies. J Mol Biol 379:666–677 Hortobagyi T, Dempsey L, Fraser D, Zheng D, Hamilton G, Lambert J, Dohm L (2000) Changes in muscle strength, muscle fibre size and myofibrillar gene expression after immobilization and retraining in humans. J Physiol 524(1):293–304 Ingalls CP, Warren GL, Armstrong RB (1999) Intracellular Ca2+ transients in mouse soleus muscle after hindlimb unloading and reloading. J Appl Physiol 87(1):386–390 Ingalls CP, Wenke JC, Armstrong RB (2001) Time course changes in [Ca2+)i, force, and protein content in hindlimb-suspended mouse soleus muscles. Aviat Space Environ Med 72(5):471–476 Kachaeva EV, Shenkman BS (2012) Various jobs of proteolytic enzymes in skeletal muscle during unloading: facts and speculations. J Biomed Biotechnol 2012:493618. doi:10.1155/2012/493618 Lange S, Xiang F, Yakovenko A, Vihola A, Hackman P, Rostkova E, Kristensen J, Brandmeier B, Franzen G, Hedberg B, Gunnarsson LG, Hughes SM, Marchand S, Sejersen T, Richard I, Edström L, Ehler E, Udd B, Gautel M (2005) The kinase domain of titin controls muscle gene expression and protein turnover. Science 308:1599–1603 Livak KJ, Schmittgen TD (2001) Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2(−∆∆C(T)) method. Methods 25:402–408 Lomonosova YuN, Shenkman BS, Nemirovskaya TL (2009) Regulation of expression of myosin heavy chains with calcineurin in soleus during decrease of rats physical activity. I.M. Sechenov Physiol J 95(9):969–974 Lomonosova YN, Kalamkarov GR, Bugrova AE, Shevchenko TF, Kartashkina NL, Lysenko EA, Shvets VI, Nemirovskaya TL (2011) Protective effect of l-arginine administration on proteins of unloaded m. soleus. Biochemistry (Mosc) 76(5):571–580 Martins KJ, St-Louis M, Murdoch GK, MacLean IM, McDonald P, Dixon WT, Putman CT, Michel RN (2012) Nitric oxide synthase inhibition prevents activity-induced calcineurin–NFATc1 signalling and fast-to-slow skeletal muscle fibre type conversions. J Physiol 590(6):1427–1442 McElhinny AS, Kakinuma K, Sorimachi H, Labeit S, Gregorio CC (2002) Muscle-specific RING finger-1 interacts with titin to regulate sarcomeric M-line and thick filament structure and may have nuclear functions via its interaction with glucocorticoid modulatory element binding protein-1. J Cell Biol 157(1):125–136 Morey-Holton ER, Globus RK (2002) Hindlimb unloading rodent model: technical aspects. J Appl Physiol 92(4):1367–1377 Moriscot A, Baptista IL, Bogomolovas J, Krohne C, Hirner S, Granzier H, Labeit S (2010) MuRF1 is a muscle fiber type II associated factor and together with MuRF2 regulates type II fiber trophicity and maintenance. J Struct Biol 170(2):344–353 Novikov VE, Ilyin EA (1981) Age-related reactions of rat bones to their unloading. Aviat Space Environ Med 52(9):551–553 Ochala J, Gustafson A-M, Diez ML, Renaud G, Li M, Aare S, Qaisar R, Banduseela VC, Hedstrom Y, Tang X, Dworkin B, Ford GC, Sreekumaran Nair K, Perera S, Gautel M, Larsson L (2011) Preferential skeletal muscle myosin loss in response to mechanical silencing in a novel rat intensive care unit model: underlying mechanisms. J Physiol 589(8):2007–2026 Pandorf CE, Haddad F, Roy RR, Qin AX, Edgerton VR, Baldwin KM (2006) Dynamics of myosin heavy chain gene regulation in slow skeletal muscle. Role of natural antisense RNA. J Biol Chem 281(50):38330–38342 Pandorf CE, Haddad F, Wright C, Bodell PW, Baldwin KM (2009) Differential epigenetic modifications of histones at the myosin heavy chain genes in fast and slow skeletal muscle fibers and in response to muscle unloading. Am J Physiol Cell Physiol 297:6–16 Perera S, Mankoo B, Gautel M (2012) Developmental regulation of MURF E3 ubiquitin ligases in skeletal muscle. J Muscle Res Cell Motil 33:107–122 Salanova M, Bortoloso E, Schiffl G, Gutsmann M, Belavý DL, Felsenberg D, Sandra Furlan S, Volpe P, Blottner D (2011) Expression and regulation of Homer in human skeletal muscle during neuromuscular junction adaptation to disuse and exercise. FASEB J 25:4312–4325 Seward DJ, Haney JC, Rudnicki MA, Swoap SJ (2001) bHLH transcription factor MyoD affects myosin heavy chain expression pattern in a muscle-specific fashion. Am J Physiol Cell Physiol 85:408–413 Shen T, Cseresnyes Z, Liu Y, Randall WR, Schneider MF (2007) Regulation of the nuclear export of the transcription factor NFATc1 by protein kinases after slow fibre type electrical stimulation of adult mouse skeletal muscle fibres. J Physiol 579(2):535–551 Shenkman BS, Nemirovskaya TL (2008) Calcium-dependent signaling mechanisms and soleus fiber remodeling under gravitational unloading. J Muscle Res Cell Motil 29(6–8):221–230 Shenkman BS, Podlubnaya ZA, Vikhlyantsev IM, Litvinova KS, Udaltsov SN, Nemirovskaya TL, Lemesheva YuS, Mukhina AM, Kozlovskaya IB (2004) Contractile characteristics and sarcomeric cytoskeletal proteins of human soleus fibers in muscle unloading: role of mechanical stimulation from the support surface. Biophysics 49(5):807–815 Stevens L, Gohlsch B, Mounier Y, Pette D (1999a) Changes in myosin heavy chain mRNA and protein isoforms in single fibers of unloaded rat soleus muscle. FEBS Lett 463:15–18 Stevens L, Sultan KR, Peuker H, Gohlsch B, Mounier Y, Pette D (1999b) Time-dependent changes in myosin heavy chain mRNA and protein isoforms in unloaded soleus muscle of rat. Am J Physiol Cell Physiol 46:1044–1049 Talmadge RJ (2000) Myosin heavy chain isoform expression following reduced neuromuscular activity: potential regulatory mechanisms. Muscle Nerve 23:661–679 Trappe S, Costill D, Gallagher P, Creer A, Peters JR, Evans H, Riley DA, Fitts RH (2009) Exercise in space: human skeletal muscle after 6 months aboard the International Space Station. J Appl Physiol 106:1159–1168 Witt SH, Granzier H, Witt CC, Labeit S (2005) MURF-1 and MURF-2 target a specific subset of myofibrillar proteins redundantly: towards understanding MURF-dependent muscle ubiquitination. J Mol Biol 350(4):713–722