ラット骨格筋における筋細胞の遺伝子発現とタンパク質合成には、興奮と緊張の同時発生が必要である

Concomitant excitation and tension development are required for myocellular gene expression and protein synthesis in rat skeletal muscle.

• Emil Rindom
• Jon Herskind
• Bert Blaauw
• Kristian Overgaard
• Kristian Vissing
• Frank Vincenzo de Paoli

抄録

AIM:

負荷誘発性の張力発現は、しばしば抵抗運動後の筋タンパク質合成を開始するための独立した手がかりを構成していると考えられています。しかし、従来の抵抗運動の生理学的モデルでは、負荷による緊張発達の変化は神経の活性化パターンの変化も反映しており、力学的感受性のメカニズムを示す直接的な証拠は限られていた。ここで我々は、ラット骨格筋におけるシグナル伝達、遺伝子転写、タンパク質合成の開始における興奮と緊張の発達の重要性を検証しようとした。

AIM: Loading-induced tension development is often assumed to constitute an independent cue to initiate muscle protein synthesis following resistance exercise. However, with traditional physiological models of resistance exercise, changes in loading-induced tension development also reflect changes in neural activation patterns, and direct evidence for a mechanosensitive mechanism is therefore limited. Here, we sought to examine the importance of excitation and tension development per se on initiation of signaling, gene transcription and protein synthesis in rat skeletal muscle.

方法:

ラットの単離されたEDL筋を以下の介入に割り付けた。(A)刺激誘発性偏心収縮（ECC）、(B)刺激なしの受動的ストレッチ（PAS）、(C)収縮抑制を伴う刺激（STIM+I）、(D)収縮抑制と受動的ストレッチの両方を併用した刺激（STIM+I +PAS）であった。刺激を与えたコントロール筋と刺激を与えていないコントロール筋を比較し、転写シグナル伝達、翻訳シグナル伝達、遺伝子転写、急性筋タンパク質合成の評価を行った。

METHODS: Isolated rat EDL muscles were allocated to the following interventions: (A) Excitation-induced eccentric contractions (ECC); (B) Passive stretching without excitation (PAS); (C) Excitation with inhibition of contractions (STIM+I ) and; (D) Excitation in combination with both inhibition of contractions and passive stretching (STIM+I +PAS). Assessment of transcriptional and translational signaling, gene transcription and acute muscle protein synthesis was compared in stimulated versus contra-lateral non-stimulated control muscle.

結果:

タンパク質合成は、興奮と緊張発達の組み合わせ（ECCとSTIM+I +PAS）を受けた筋肉でのみ増加した。遺伝子転写のためのp38MAPKシグナリング、および即時初期遺伝子FOSとJUNの遺伝子転写についても同様のパターンが見られた。対照的に、翻訳開始のためのmTORC1シグナルは、緊張発達を受けたすべての筋肉で増加した（PASと同様にECCとSTIM+I +PAS）。

RESULTS: Protein synthesis increased solely in muscles subjected to a combination of excitation and tension development (ECC and STIM+I +PAS). The same pattern was true for p38MAPK signaling for gene transcription as well as for gene transcription of immediate early genes FOS and JUN. In contrast, mTORC1 signaling for translation initiation increased in all muscles subjected to increased tension development (ECC and STIM+I +PAS as well as PAS).

結論:

今回の研究では、タンパク質合成や転写シグナル伝達の運動誘発性の増加は、興奮と緊張発達の同時作用に依存しているのに対し、翻訳開始のシグナル伝達は緊張発達のみに依存していることが示唆された。

CONCLUSIONS: The current study suggest that exercise-induced increases in protein synthesis as well as transcriptional signaling is dependent on the concomitant effect of excitation and tension development, whereas signaling for translation initiation is only dependent of tension development per se.

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