授乳初期に共役リノール酸を補給した乳牛の骨格筋におけるプロテアソーム活性とラパマイシンシグナル伝達因子の哺乳類標的の発現

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J. Dairy Sci..2020 Mar;103(3):2829-2846. S0022-0302(20)30024-2. doi: 10.3168/jds.2019-17244.Epub 2020-01-15.

授乳初期に共役リノール酸を補給した乳牛の骨格筋におけるプロテアソーム活性とラパマイシンシグナル伝達因子の哺乳類標的の発現

Proteasome activity and expression of mammalian target of rapamycin signaling factors in skeletal muscle of dairy cows supplemented with conjugated linoleic acids during early lactation.

Y Yang
H Sadri
C Prehn
J Adamski
J Rehage
S Dänicke
D von Soosten
C C Metges
M H Ghaffari
H Sauerwein

PMID: 31954574 DOI: 10.3168/jds.2019-17244.

抄録

哺乳類のラパマイシン標的（ｍＴＯＲ）は、その主要な下流エフェクターであるリボソームタンパク質Ｓ６キナーゼ（Ｓ６Ｋ１）および真核生物の開始因子４Ｅ結合タンパク質（４ＥＢＰ１）を介したタンパク質合成の主要な調節因子である。ユビキチンプロテアソームシステム（UPS）は筋肉の主要なタンパク質分解経路であり、筋肉特異的リガーゼであるトリパルタイトモチーフ含有63（TRIM63; muscle-specific ring-finger protein 1, MuRF-1とも呼ばれる）とF-box only protein 32（FBXO32; atrogin-1とも呼ばれる）は、UPSの重要な構成要素である。妊娠後期および授乳初期の乳牛の骨格筋におけるｍＴＯＲシグナル伝達およびＵＰＳの主要成分の２０Ｓプロテアソーム活性およびｍＲＮＡ発現を調査し、対照脂肪補給牛（ＣＴＲ；ｎ＝１０）と比較して、共役リノール酸（ｓＣＬＡ；１００ｇ／ｄ；ｎ＝１１）の食事補給（乳中ｄ１から）の効果を試験した。血液と筋組織（半腱板）のサンプルは、分娩後 21 日目、1 日目、21 日目、70 日目に採取しました。乾物摂取量は両群とも授乳時間とともに増加した。乾物摂取量は、21日目にはCTRよりもsCLAの方が低かったため、計算された代謝可能なタンパク質バランスが低下していました。AAの血清中および筋中濃度のほとんどは、時間的な変化に従っていたが、CLA補給の影響を受けなかった。両群とも、血清および筋中の3-メチルヒスチジン（3-MH）濃度および3-MH:クレアチニンの比率は、d -21からd 1まで増加し、その後d 21で減少した。ｄ-２１およびｄ-７０におけるＭＴＯＲのｍＲＮＡの豊富さは、ＣＴＲよりもｓＣＬＡの方が大きかった。4EBP1のmRNAの発現量は群間で差はなかったが、d-1では両方とも上昇していた。d70日目のS6K1のmRNAの発現量は、sCLAよりもCTRの方が多かったが、両群とも時間の経過とともに変化しなかった。FBXO32（アトロジン-1をコードする）のd 21におけるmRNAの発現量は、sCLAではCTRよりも多かった。TRIM63（MuRF1としても知られている）のmRNA量は、両群ともFBXO32と同様のパターンを示した：d -21からd 1まで増加し、その後減少した。分岐鎖α-ケト酸デヒドロゲナーゼのα（BCKDHA）およびβ（BCKDHB）ポリペプチドのmRNAは、sCLAおよびCTR牛でそれぞれd 21日に上昇しており、分岐鎖AAの代謝運命を決定する上でCLAの役割が示唆された。mTOR タンパク質については、群間差は認められなかった。S6K1 タンパク質の豊富さは、すべての時点で sCLA と CTR の間で大きかった。筋肉中の産前20Sプロテアソーム活性は、産後と比較して両群で上昇していたが、これはおそらく分娩前のタンパク質動員の開始を反映していると思われる。血漿中インスリン濃度は両群とも産後に低下しましたが、CTRではsCLAよりもCTRの方がインスリン濃度が高く、結果的にCTRよりもsCLAの方がインスリン濃度が高くなりました。したがって、sCLAにおけるMTOR mRNAおよびS6K1タンパク質の豊富さは、CTRと比較してsCLAの方が産後の血漿中インスリン濃度が高いことに起因している可能性があります。21日目のsCLA牛におけるMTOR mRNAの増加は、FBXO32 mRNAの豊富さが大きいにもかかわらず、同化と異化の両方のシグナル伝達経路の同時活性化を反映している可能性があり、その結果、タンパク質のターンオーバーがより大きくなっている可能性が高い。

The mammalian target of rapamycin (mTOR) is a major regulator of protein synthesis via its main downstream effectors, ribosomal protein S6 kinase (S6K1) and eukaryotic initiation factor 4E binding protein (4EBP1). The ubiquitin-proteasome system (UPS) is the main proteolytic pathway in muscle, and the muscle-specific ligases tripartite motif containing 63 (TRIM63; also called muscle-specific ring-finger protein 1, MuRF-1) and F-box only protein 32 (FBXO32; also called atrogin-1) are important components of the UPS. We investigated 20S proteasome activity and mRNA expression of key components of mTOR signaling and UPS in skeletal muscle of dairy cows during late gestation and early lactation and tested the effects of dietary supplementation (from d 1 in milk) with conjugated linoleic acids (sCLA; 100 g/d; n = 11) compared with control fat-supplemented cows (CTR; n = 10). Blood and muscle tissue (semitendinosus) samples were collected on d -21, 1, 21, and 70 relative to parturition. Dry matter intake increased with time of lactation in both groups. It was lower in sCLA than in CTR on d 21, which resulted in a reduced calculated metabolizable protein balance. Most serum and muscle concentrations of AA followed time-related changes but were unaffected by CLA supplementation. In both groups, serum and muscle 3-methylhistidine (3-MH) concentrations and the ratio of 3-MH:creatinine increased from d -21 to d 1, followed by a decline on d 21. The mRNA abundance of MTOR on d 21 and 70 was greater in sCLA than in CTR. The abundance of 4EBP1 mRNA did not differ between groups but was upregulated in both on d 1. The mRNA abundance of S6K1 on d 70 was greater in CTR than in sCLA, but remained unchanged over time in both groups. The mRNA abundance of FBXO32 (encoding atrogin-1) on d 21 was greater in sCLA than in CTR. The mRNA abundance of TRIM63 (also known as MuRF1) showed a similar pattern as FBXO32 in both groups: an increase from d -21 to d 1, followed by a decline. The mRNA for the α (BCKDHA) and β (BCKDHB) polypeptide of branched-chain α-keto acid dehydrogenase was elevated in sCLA and CTR cows on d 21, respectively, suggesting a role of CLA in determining the metabolic fate of branched-chain AA. For the mTOR protein, no group differences were observed. The abundance of S6K1 protein was greater across all time points in sCLA versus CTR. The antepartum 20S proteasome activity in muscle was elevated in both groups compared with postpartum, probably reflecting the start of protein mobilization before parturition. Plasma insulin concentrations decreased in both groups postpartum but to a greater extent in CTR than in sCLA, resulting in greater insulin concentrations in sCLA than in CTR. Thus, the greater abundance of MTOR mRNA and S6K1 protein in sCLA compared with CTR might be mediated by the greater plasma insulin postpartum. The upregulation of MTOR mRNA in sCLA cows on d 21, despite greater FBXO32 mRNA abundance, may reflect a simultaneous activation of both anabolic and catabolic signaling pathways, likely resulting in greater protein turnover.