Мионектин защищает от дисфункции скелетных мышц у мышей-самцов посредством активации пути AMPK/PGC1α.

Nature Communications, том 14, номер статьи: 4675 (2023) Цитировать эту статью

5 Альтметрика

Подробности о метриках

Поддержание и восстановление массы и функции скелетных мышц имеет важное значение для здорового старения. Мы обнаружили, что мионектин действует как кардиопротекторный миокин. Здесь мы исследуем влияние мионектина на атрофию скелетных мышц на различных моделях мышечной дисфункции у самцов мышей. Нарушение выработки мионектина усугубляет атрофию скелетных мышц в моделях мышечной атрофии, связанной с возрастом, вызванной денервацией седалищного нерва или дексаметазоном (DEX). Дефицит мионектина также способствует усугублению митохондриальной дисфункции и снижению экспрессии генов, связанных с митохондриальным биогенезом, включая PGC1α, в денервированных мышцах. Добавки мионектина ослабляют атрофию мышц, вызванную денервацией, посредством активации AMPK. Мионектин также обращает вспять DEX-индуцированную атрофию культивируемых мышечных трубок посредством передачи сигналов AMPK/PGC1α. Кроме того, лечение мионектином подавляет мышечную атрофию в мышиной модели ускоренного старения, склонной к ускоренному старению (SAMP) 8, или в мышиной модели мышечной дистрофии Дюшенна mdx. Эти данные указывают на то, что мионектин может улучшить дисфункцию скелетных мышц посредством AMPK/PGC1α-зависимых механизмов, что позволяет предположить, что мионектин может представлять собой терапевтическую мишень при мышечной атрофии.

Несоответствие между средней продолжительностью жизни и ожидаемой продолжительностью здоровой жизни является серьезной социальной проблемой в пожилых обществах во всем мире. Возрастная потеря мышечной массы и функции, также известная как саркопения, является одним из определяющих факторов физической инвалидности, что приводит к неблагоприятным последствиям, включая низкое качество жизни и смерть1. Физические упражнения приводят к увеличению мышечной массы и функций, а также помогают при саркопении. Однако инвалидность, вызванная возрастными осложнениями, включая инсульт, перелом костей и раковую кахексию, делает тренировки непрактичными или неэффективными среди пожилых пациентов. Таким образом, разработка терапевтических подходов для поддержания и восстановления массы и функции скелетных мышц может оказаться незаменимой для здорового старения.

Мионектин, также известный как C1q/TNF-родственный белок 15/эритроферрон, действует как секретируемый фактор мышечного происхождения, также называемый миокином, который в изобилии экспрессируется в ткани скелетных мышц2,3. Сообщалось, что мионектин модулирует метаболизм жирных кислот, метаболизм железа, дифференцировку остеобластов и остеокластов и адипогенез4,5,6,7,8. Недавно мы сообщили, что мионектин представляет собой миокин, вызываемый физической нагрузкой, который защищает сердце от ишемически-реперфузионного повреждения9. Эти результаты показали, что мионектин влияет на близлежащие или отдаленные органы эндокринным образом, поддерживая гомеостаз всего тела. Однако влияние мионектина на функцию и заболевание скелетных мышц аутокринным образом не выяснено. Здесь мы исследовали, модулирует ли мионектин функцию скелетных мышц на различных мышиных моделях мышечной дисфункции, включая возрастную саркопению.

Мы исследовали, модулируется ли экспрессия мышечного мионектина процессом старения. Уровни мРНК и белка мионектина (Fam132b) в тканях камбаловидной и икроножной мышц были значительно ниже у 80-недельных (старых) мышей дикого типа, чем у 20-недельных (молодых) мышей дикого типа (рис. 1а и дополнительный рис. 1). Чтобы выяснить, способствует ли мионектин массе и функции скелетных мышц у старых мышей, оценивали мышечную массу и силу у молодых и старых мышей с нокаутом мионектина (KO). Вес тканей икроножной и камбаловидной мышц, разделенный на массу тела, был значительно ниже у старых мышей с мионектином-КО, чем у старых мышей дикого типа, тогда как не было существенных различий в мышечной массе между молодыми мышами дикого типа и молодыми мышами с мионектином-КО (рис. 1b). . У пожилых мышей мионектина-КО наблюдалась увеличенная масса тела по сравнению со старыми мышами дикого типа, в то время как масса тела не различалась между молодыми мышами дикого типа и молодыми мышами мионектина-КО (дополнительная фигура 2a). Вес икроножной мышцы был значительно ниже у старых мышей с мионектином-KO, чем у старых мышей WT (дополнительная фигура 2a). Масса камбаловидной мышцы, по-видимому, была ниже у старых мышей с мионектином-KO, чем у старых мышей WT, но это не было статистически значимым. Не было существенных различий в массе икроножной и камбаловидной мышцы между молодыми мышами WT и молодыми мышами myonectin-KO.

0.5 identified 1,399 upregulated and 573 downregulated genes in myonectin-KO mice compared with WT mice (Fig. 3a). Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) pathway enrichment analysis revealed that myonectin-dependent gene changes were associated with Pathway in cancer, Proteoglycans in cancer, Focal adhesion, Adipocytokine signaling pathway, AMP-activated protein kinase (AMPK) signaling pathway and Apelin signaling pathway (Fig. 3a). Among these differentially regulated gene sets, AMPK signaling pathway is known to regulate skeletal muscle function. Because PGC1α is a crucial downstream target of AMPK which prevents muscle dysfunction in muscle atrophy models10,11,12,13, the expression levels of PGC1α are evaluated in denervated and non-denervated gastrocnemius muscle of WT and myonectin-KO mice by quantitative real time PCR methods. The mRNA levels of Pgc1α in denervated gastrocnemius muscles were significantly reduced in myonectin-KO mice compared with WT mice (Fig. 3b). Notably, the expression levels of Pgc1α4, which specifically relates to muscle hypertrophy14, was also downregulated in myonectin-KO mice compared with WT mice (Fig. 3b). Likewise, protein levels of PGC1α and PGC1α4 in denervated gastrocnemius muscle were reduced in myonectin-KO mice compared with WT mice (Fig. 3c). In addition, phosphorylation levels of AMPK were reduced in denervated gastrocnemius muscle in myonectin-KO mice compared with WT mice (Fig. 3c). Furthermore, protein levels of insulin-like growth factor (IGF1), which is upregulated by PGC1α414, were reduced in denervated gastrocnemius muscle in myonectin-KO mice compared with WT mice (Fig. 3c). By contrast, the expression levels of ubiquitin ligase related genes including F-box only protein (Fbxo) 32 and tripartite motif-containing (Trim) 63, myostatin (Mstn) and myogenic genes including Myod1 and Myog in denervated muscles were not different between WT and myonectin-KO mice (Fig. 3d). These results indicate that myonectin deficiency could exacerbate muscle atrophy due to the downregulation of AMPK/PGC1α pathways./p> 0.5. Right panel shows KEGG pathway enrichment analysis for significantly differentially regulated genes. N = 4 in each group. b The mRNA levels of Pgc1α and Pgc1α4 are evaluated by quantitative PCR analysis. N = 6 in non-denervated and denervated WT mice. N = 5 in non-denervated and denervated KO mice. c Left panels show representative Western blot analyses of pAMPK, AMPK, PGC1α, PGC1α4, IGF1 and tubulin. Right panels show quantitative analyses of PGC1α, PGC1α4, pAMPK and IGF1 signals normalized to tubulin signal. N = 5 in each group. d The mRNA levels of ubiquitin ligase and myogenic genes. N = 6 in non-denervated and denervated WT mice. N = 5 in non-denervated and denervated KO mice. Data are presented as means ± SEM. One-way ANOVA with a post-hoc analysis for b–d was performed./p>

20) using TrimGalore! (0.6.4). Trimmed sequenced reads were aligned to the mouse genome assembly (GRCm39 GENCODE vM30) using STAR (2.7.3a)42. Aligned reads were used to quantify mRNA with HTSeq-count(version 0.11.2)43. Differential gene expression analysis across samples was performed using DESeq2 package (1.32.0) on protein-coding genes44. Genes were selected as differentially expressed when the FDR-adjusted p value was below 0.05 and an absolute log2 fold change was above 0.5. Analysis were conducted using R (4.1.0). Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) pathway enrichment analysis was performed using the online bioinformatic tool, Database for Annotation, Visualization and Integrated Discovery (DAVID, v6.8) for differentially expressed genes at an FPKM (Fragments Per Kilobase of Kilobase of exon per Million fragments mapped) value of ≥1 in at least three of the samples./p>

Новости

Мионектин защищает от дисфункции скелетных мышц у мышей-самцов посредством активации пути AMPK/PGC1α.