Светлана П. Белова

Екатерина П. Мочалова

Татяна Й. Костроминова

2 Катедра по анатомия, клетъчна биология и физиология, Медицински факултет на Университета в Индиана-Северозапад, Гари, IN 46408, САЩ; ude.nui@mortsokt

сигналното

Борис С. Шенкман

Татяна Л. Немировская

Резюме

За да тестваме хипотезата, че p38α-MAPK играе критична роля в регулацията на експресията на E3 лигаза и атрофията на скелетните мускули по време на разтоварването, използвахме VX-745, селективен p38α инхибитор. Бяха използвани три групи плъхове: нетретиран контрол (С), 3 дни разтоварване/суспензия на задните крайници (HS) и 3 дни HS с инхибитор VX-745 (HSVX; 10 mg/kg/ден). Общото тегло на мускула на солеуса в HS групата е намалено в сравнение с C (72,3 ± 2,5 срещу 83,0 ± 3 mg, съответно), докато мускулното тегло в HSVX групата се поддържа (84,2 ± 5 mg). Експресията на иРНК на мускулен RING-пръст протеин-1 (MuRF1) беше значително увеличена в HS групата (165%), но не и в групата HSVX (127%), в сравнение с групата С. Експресията на мускулно-специфични E3 убиквитин лигази мускулна атрофия F-box (MAFbx) mRNA беше увеличена както в HS, така и в HSVX групи (съответно 294% и 271%) в сравнение със С групата. Експресията на mRNA на убиквитин е значително по-висока в HS (423%), отколкото в групите C и HSVX (200%). Лечението с VX-745 блокира индуцираното от разтоварване повишаване на експресията на калпаин-1 иРНК (HS: 120%; HSVX: 107%). Тези резултати показват, че p38α-MAPK сигнализирането регулира MuRF1, но не и MAFbx E3 експресията на лигаза и инхибира атрофията на скелетните мускули по време на ранните етапи на разтоварване.

1. Въведение

Скелетните мускули имат голямо количество пластичност, реагирайки на намаляването на активността, причинено от различни състояния (обездвижване, микрогравитация, продължителна почивка в леглото, денервация и др.) Чрез атрофия, намален диаметър на мускулните влакна, загуба на съдържание на протеин, намалена специфичност сила и повишена умора [1,2,3]. Атрофията на скелетните мускули се причинява от ускорено разграждане на протеини и намален синтез на протеини [4,5]. За да се предотврати мускулната атрофия, е критично важно да се разберат молекулярните механизми, регулиращи инициирането на мускулна атрофия. Експресията на мускулно специфични E3 убиквитин лигази мускулна атрофия F-box (MAFbx) и мускулен RING-пръстен протеин-1 (MuRF1) се регулира чрез активността на пътя убиквитин-протеазома. По-голямата част от предишни проучвания се фокусираха върху ролята на фоксфорилирането/дефосфорилирането на протеин на Forkhead box O (FoxO) чрез Akt в регулирането на експресията на E3 убиквитин лигаза [6]. Независимо от това, нашите предишни проучвания показват, че по време на разтоварването пътищата на FoxO3 и NF-κB не контролират неизбежно повишаването на регулирането на MuRF1 [7,8,9]. В някои случаи различни регулаторни механизми могат да играят най-критичната роля в регулирането на експресията на MuRF1.

Повишената експресия на E3 убиквитинови лигази по време на разтоварването може да бъде открита през първия ден и тя достига своя пик до третия ден [16]. Предишни проучвания обаче изследваха по-късни моменти в активирането на p38 MAP киназа по време на разтоварване. Единственото изключение е изследването на Kawamoto и негови колеги, което показва повишено фосфорилиране на p38 MAP киназа на 6 часа след разтоварване на плъховия мускул на плъха [17]. Експресията на E3 убиквитин лигази не е тествана в това проучване.

В настоящото проучване изследвахме дали активирането на p38α MAP киназа в ранните етапи на разтоварване регулира експресията на мускулно специфични E3 убиквитинови лигази MAFbx и MuRF1. Използвахме VX-745, специфичен инхибитор на p38α MAP киназа, и тествахме неговия ефект върху регулирането на пътеката убиквитин-протеазома и върху атрофията на скелетните мускули по време на разтоварването. Ние предположихме, че блокирането на активирането на p38α MAP киназата ще предотврати повишаването на регулацията на Е3 убиквитин лигази и мускулната атрофия по време на ранните етапи на разтоварване.

2. Резултати

2.1. Ефектът от лечението с VX-745 върху мускулната атрофия и предизвиканите от разтоварване протеинови пътища за разграждане на протеина в мускула на плъховия солеус

За да оценим ефективността на инхибитора VX-745 в нашите експерименти, първо определихме нивото на фосфорилиране на р38 в мускулите на солеуса при нетретиран контрол (C), 3 дни разтоварване/суспензия на задните крайници (HS) и 3 дни HS с VX -745 инхибитор (HSVX) плъхове (Фигура 1). Разтоварването значително увеличи съдържанието на фосфо-р38 (Фигура 1). Това увеличение беше блокирано от лечението с VX-745 (Фигура 1). Тези резултати потвърждават специфичността и ефективността на VX-745 инхибитора в нашите експериментални условия.