The Effect of Spontaneous Neuromuscular Activity on the Development of Atrophy of the Functionally Unloaded m. soleus

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

It is well known that the inactivity of mammalian skeletal muscles leads to the cessation of their electrical activity and is accompanied by atrophic changes in muscle fibers. However, it has been repeatedly noted that starting from the 3rd day of functional unloading, spontaneous rhythmic neuromuscular activity appears, which is the result of a decrease in the expression of the potassium chloride co-transporter KCC-2 in neurons of the lumbar spinal cord. A decrease in the expression of KCC-2 and the onset of autonomous electrical activity of the unloaded muscle can be prevented by the administration of the neuroleptic prochlorperazine. Thus, the aim of this study was to evaluate the structural and signaling effects of the reduced spontaneous activity of the unloaded m.soleus. It was found that daily administration of prochlorperazine to rats under conditions of 7-day simulated gravitational unloading prevented a decrease in the content of the main markers of ribosome biogenesis (c-Myc, 18S rRNA and 28S rRNA), and also partially prevented a decrease in the cross-sectional area of fast and slow muscle fibers in the m.soleus. Morphofunctional changes caused by a decrease of spontaneous activity of the unloaded muscle were accompanied by complete or partial prevention of activation of key proteolytic markers expression (MuRF-1, MAFbx/atrogin-1, ubiquitin). Thus, we assume that spontaneous neuromuscular activity may be a factor that augments muscle atrophy during the first week of functional unloading.

Sobre autores

K. Sergeeva

Institute of Biomedical Problems, Russian Academy of Sciences

Autor responsável pela correspondência
Email: Sergeeva_xenia@mail.ru
Russia, Moscow

K. Sharlo

Institute of Biomedical Problems, Russian Academy of Sciences

Email: Sergeeva_xenia@mail.ru
Russia, Moscow

V. Kalashnikov

Institute of Biomedical Problems, Russian Academy of Sciences

Email: Sergeeva_xenia@mail.ru
Russia, Moscow

O. Turtikova

Institute of Biomedical Problems, Russian Academy of Sciences

Email: Sergeeva_xenia@mail.ru
Russia, Moscow

S. Tyganov

Institute of Biomedical Problems, Russian Academy of Sciences

Email: Sergeeva_xenia@mail.ru
Russia, Moscow

B. Shenkman

Institute of Biomedical Problems, Russian Academy of Sciences

Email: Sergeeva_xenia@mail.ru
Russia, Moscow

Bibliografia

  1. Hodgson JA, Roy RR, Higuchi N, Monti RJ, Zhong H, Grossman E, Edgerton VR (2005) Does daily activity level determine muscle phenotype? J Exp Biol 208 (Pt 19): 3761–3770. https://doi.org/10.1242/jeb.01825
  2. Alford EK, Roy RR, Hodgson JA, Edgerton VR (1987) Electromyography of rat soleus, medial gastrocnemius, and tibialis anterior during hind limb suspension. Exp Neurol 96(3): 635–649. https://doi.org/10.1016/0014-4886(87)90225-1
  3. Kawano F, Nomura T, Ishihara A, Nonaka I, Ohira Y (2002) Afferent input-associated reduction of muscle activity in microgravity environment. Neuroscience 114(4): 1133–1138. https://doi.org/10.1016/s0306-4522(02)00304-4
  4. Morey-Holton ER, Globus RK (2002) Hindlimb unloading rodent model: technical aspects. J Appl Physiol 92(4): 1367–1377. https://doi.org/10.1152/japplphysiol.00969.2001
  5. De-Doncker L, Kasri M, Picquet F, Falempin M (2005) Physiologically adaptive changes of the L5 afferent neurogram and of the rat soleus EMG activity during 14 days of hindlimb unloading and recovery. J Exp Biol 208(Pt 24): 4585–4592. https://doi.org/10.1242/jeb.01931
  6. Baltina TV, Eremeev AA, Pleshchinskii IN (2006) The state of the contralateral neuromotor apparatus of the rat in conditions of unilateral tenotomy. Neurosci Behav Physiol 36(4): 385–389. https://doi.org/10.1007/s11055-006-0029-5
  7. Boulenguez P, Liabeuf S, Bos R, Bras H, Jean-Xavier C, Brocard C, Stil A, Darbon P, Cattaert D, Delpire E, Marsala M, Vinay L (2010) Down-regulation of the potassium-chloride cotransporter KCC2 contributes to spasticity after spinal cord injury. Nat Med 16(3): 302–307. https://doi.org/10.1038/nm.2107
  8. Hubner CA, Stein V, Hermans-Borgmeyer I, Meyer T, Ballanyi K, Jentsch TJ (2001) Disruption of KCC2 reveals an essential role of K-Cl cotransport already in early synaptic inhibition. Neuron 30(2): 515–524. https://doi.org/10.1016/s0896-6273(01)00297-5
  9. Kalashnikov VE, Tyganov SA, Turtikova OV, Kalashnikova EP, Glazova MV, Mirzoev TM, Shenkman BS (2021) Prochlorperazine Withdraws the Delayed Onset Tonic Activity of Unloaded Rat Soleus Muscle: A Pilot Study. Life 11(11): 1161. https://doi.org/10.3390/life11111161
  10. Nair AB, Jacob S (2016) A simple practice guide for dose conversion between animals and human. JBCP 7(2): 27–31. https://doi.org/10.4103/0976-0105.177703
  11. Sharlo KA, Lvova ID, Tyganov SA, Sergeeva KV, Kalashnikov VY, Kalashnikova EP, Mirzoev Kh M, Kalamkarov GR, Shevchenko TF, Shenkman BS (2023) A Prochlorperazine-Induced Decrease in Autonomous Muscle Activity during Hindlimb Unloading Is Accompanied by Preserved Slow Myosin mRNA Expression. Curr Issues Mol Biol 45(7): 5613–5630. https://doi.org/10.3390/cimb45070354
  12. Ohira Y, Yoshinaga T, Ohara M, Kawano F, Wang XD, Higo Y, Terada M, Matsuoka Y, Roy RR, Edgerton VR (2006) The role of neural and mechanical influences in maintaining normal fast and slow muscle properties. Cells Tissues Organs 182(3–4): 129–142. https://doi.org/10.1159/000093963
  13. Mahoney SJ, Dempsey JM, Blenis J (2009) Cell signaling in protein synthesis ribosome biogenesis and translation initiation and elongation. Prog Mol Biol Transl Sci 90: 53–107. https://doi.org/10.1016/S1877-1173(09)90002-3
  14. Mirzoev T, Tyganov S, Vilchinskaya N, Lomonosova Y, Shenkman B (2016) Key Markers of mTORC1-Dependent and mTORC1-Independent Signaling Pathways Regulating Protein Synthesis in Rat Soleus Muscle During Early Stages of Hindlimb Unloading. Cell Physiol Biochem 39 (3): 1011–1020. https://doi.org/10.1159/000447808
  15. Chibalin AV, Benziane B, Zakyrjanova GF, Kravtsova VV, Krivoi, II (2018) Early endplate remodeling and skeletal muscle signaling events following rat hindlimb suspension. J Cell Physiol 233(10): 6329–6336. https://doi.org/10.1002/jcp.26594
  16. Rozhkov SV, Sharlo KA, Shenkman BS, Mirzoev TM (2022) The Role of Glycogen Synthase Kinase-3 in the Regulation of Ribosome Biogenesis in Rat Soleus Muscle under Disuse Conditions. Int J Mol Sci 23(5): 2751. https://doi.org/10.3390/ijms23052751
  17. Hu D, Bi X, Fang W, Han A, Yang W (2009) GSK3beta is involved in JNK2-mediated beta-catenin inhibition. PloS One 4(8): e6640. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0006640
  18. Sui Y, Liu Z, Park SH, Thatcher SE, Zhu B, Fernandez JP, Molina H, Kern PA, Zhou C (2018) IKKbeta is a beta-catenin kinase that regulates mesenchymal stem cell differentiation. JCI Insight 3(2): e96660. https://doi.org/10.1172/jci.insight.96660
  19. Bodine SC, Latres E, Baumhueter S, Lai VK, Nunez L, Clarke BA, Poueymirou WT, Panaro FJ, Na E, Dharmarajan K, Pan ZQ, Valenzuela DM, DeChiara TM, Stitt TN, Yancopoulos GD, Glass DJ (2001) Identification of ubiquitin ligases required for skeletal muscle atrophy. Science 294(5547): 1704–1708. https://doi.org/10.1126/science.1065874
  20. Kachaeva EV, Shenkman BS (2012) Various jobs of proteolytic enzymes in skeletal muscle during unloading: facts and speculations. J Biomed & Biotechnol 2012: 493618. https://doi.org/10.1155/2012/493618
  21. Zhang BT, Whitehead NP, Gervasio OL, Reardon TF, Vale M, Fatkin D, Dietrich A, Yeung EW, Allen DG (2012) Pathways of Ca2+ entry and cytoskeletal damage following eccentric contractions in mouse skeletal muscle. J Appl Physiol 112(12): 2077–2086. https://doi.org/10.1152/japplphysiol.00770.2011

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
2.

Baixar (583KB)
3.

Baixar (87KB)
4.

Baixar (68KB)
5.

Baixar (162KB)
6.

Baixar (74KB)
7.

Baixar (196KB)

Declaração de direitos autorais © К.В. Сергеева, К.А. Шарло, В.Е. Калашников, О.В. Туртикова, С.А. Тыганов, Б.С. Шенкман, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».