Analysis of the Role of Piezo1 Channels in Mechano-Anabolic Coupling in Rat Soleus Muscle

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

It is known that mTORC1-dependent pathway is involved in the activation of muscle protein synthesis and hypertrophy in response to mechanical stress. However, mechanosensors that mediate sensing and transmission of mechanical signals to the mTORC1 signaling pathway (mechanotransduction) are not yet identified. Mechanically activated (MA) ion channels are viewed as potential candidates for the role of such sarcolemmal mechanosensors. The aim of our work was to investigate the potential role of MA channels (Piezo1) in the activation of the mTORC1 pathway in the isolated rat soleus muscle in response to mechanical stress. Wistar rats were divided into 3 groups: 1) “Control” (isolated muscles were not exposed to MA channel inhibitor or Piezo1 channel activator); 2) “Gadolinium” (muscles were incubated with MA channel inhibitor, gadolinium chloride); 3) “Yoda” (muscles were incubated with Yoda1, Piezo1 activator). In rats from each group, the soleus from the left limb was incubated in the appropriate solution without mechanical stress in the form of a passive stretching, and the soleus from the right limb was subjected to passive stretching and then incubated in the appropriate solution. Phosphorylation of mTORC1 targets (p70S6K, rpS6, 4E-BP1) in rat soleus was determined by PAGE and immunoblotting. After passive stretching of the isolated soleus muscle there was an increase in phosphorylation of p70S6K, its substrate, rpS6, as well as 4E-BP1, by 38.5%, 168%, and 112%, respectively, compared to the soleus muscle that was not subjected to stretching. Incubation of the muscles with gadolinium completely prevented the activation of mTORC1 markers caused by stretching. Incubation of the soleus muscle in the solution with Yoda1 resulted in a decrease in the mechano-dependent phosphorylation of p70S6K, rpS6, and 4E-BP1 compared to a muscle that was not exposed to Yoda1. Thus, Piezo1 channels do not appear to play a role in the activation of mTORC1 signaling in rat soleus muscle in response to passive stretching.

Авторлар туралы

K. Sergeeva

Institute of Biomedical Problems, Russian Academy of Sciences

Email: tmirzoev@yandex.ru
Russia, 123007, Moscow

S. Tyganov

Institute of Biomedical Problems, Russian Academy of Sciences

Email: tmirzoev@yandex.ru
Russia, 123007, Moscow

V. Kalashnikov

Institute of Biomedical Problems, Russian Academy of Sciences

Email: tmirzoev@yandex.ru
Russia, 123007, Moscow

B. Shenkman

Institute of Biomedical Problems, Russian Academy of Sciences

Email: tmirzoev@yandex.ru
Russia, 123007, Moscow

T. Mirzoev

Institute of Biomedical Problems, Russian Academy of Sciences

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: tmirzoev@yandex.ru
Russia, 123007, Moscow

Әдебиет тізімі

  1. Srikanthan P., Karlamangla A.S. 2014. Muscle mass index as a predictor of longevity in older adults. Am. J. Med. 127 (6), 547–553.
  2. Phillips B.E., Hill D.S., Atherton P.J. 2012. Regulation of muscle protein synthesis in humans. Curr. Opin. Clin. Nutr. Metab. Care. 15 (1), 58–63.
  3. Atherton P.J., Greenhaff P.L., Phillips S.M., Bodine S.C., Adams C.M., Lang C.H. 2016. Control of skeletal muscle atrophy in response to disuse: Clinical/preclinical contentions and fallacies of evidence. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 311 (3), E594–E604.
  4. Damas F., Phillips S., Vechin F.C., Ugrinowitsch C. 2015. A review of resistance training-induced changes in skeletal muscle protein synthesis and their contribution to hypertrophy. Sports Med. 45 (6), 801–807.
  5. Goldberg A.L., Etlinger J.D., Goldspink D.F., Jablecki C. 1975. Mechanism of work-induced hypertrophy of skeletal muscle. Med. Sci. Sports. 7 (3), 185–198.
  6. Bodine S.C., Stitt T.N., Gonzalez M., Kline W.O., Stover G.L., Bauerlein R., Zlotchenko E., Scrimgeour A., Lawrence J.C., Glass D.J., Yancopoulos G.D. 2001. Akt/mTOR pathway is a crucial regulator of skeletal muscle hypertrophy and can prevent muscle atrophy in vivo. Nat. Cell Biol. 3 (11), 1014–1019.
  7. Drummond M.J., Fry C.S., Glynn E.L., Dreyer H.C., Dhanani S., Timmerman K.L., Volpi E., Rasmussen B.B. 2009. Rapamycin administration in humans blocks the contraction-induced increase in skeletal muscle protein synthesis. J. Physiol. 587 (Pt 7), 1535–1546.
  8. Goodman C.A., Frey J.W., Mabrey D.M., Jacobs B.L., Lincoln H.C., You J.S., Hornberger T.A. 2011. The role of skeletal muscle mTOR in the regulation of mechanical load-induced growth. J. Physiol. 589 (Pt 22), 5485–5501.
  9. Goodman C.A. 2019. Role of mTORC1 in mechanically induced increases in translation and skeletal muscle mass. J. Appl. Physiol (1985). 127 (2), 581–590.
  10. Hornberger T.A., Stuppard R., Conley K.E., Fedele M.J., Fiorotto M.L., Chin E.R., Esser K.A. 2004. Mechanical stimuli regulate rapamycin-sensitive signalling by a phosphoinositide 3-kinase-, protein kinase B- and growth factor-independent mechanism. Biochem. J. 380 (Pt 3), 795–804.
  11. Hornberger T.A., Chu W.K., Mak Y.W., Hsiung J.W., Huang S.A., Chien S. 2006. The role of phospholipase D and phosphatidic acid in the mechanical activation of mTOR signaling in skeletal muscle. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 103 (12), 4741–4746.
  12. You J.S., Lincoln H.C., Kim C.R., Frey J.W., Goodman C.A., Zhong X.P., Hornberger T.A. 2014. The role of diacylglycerol kinase zeta and phosphatidic acid in the mechanical activation of mammalian target of rapamycin (mTOR) signaling and skeletal muscle hypertrophy. J. Biol. Chem. 289 (3), 1551–1563.
  13. Graham Z.A., Gallagher P.M., Cardozo C.P. 2015. Focal adhesion kinase and its role in skeletal muscle. J. Muscle Res. Cell Motil. 36 (4–5), 305–315.
  14. Spangenburg E.E., McBride T.A. 2006. Inhibition of stretch-activated channels during eccentric muscle contraction attenuates p70S6K activation. J. Appl. Physiol. (1985). 100 (1), 129–135.
  15. Bosutti A., Giniatullin A., Odnoshivkina Y., Giudice L., Malm T., Sciancalepore M., Giniatullin R., D’Andrea P., Lorenzon P., Bernareggi A. 2021. “Time window” effect of Yoda1-evoked Piezo1 channel activity during mouse skeletal muscle differentiation. Acta. Physiol. (Oxf). 233 (4), e13702.
  16. Rindom E., Kristensen A.M., Overgaard K., Vissing K., de Paoli F.V. 2019. Activation of mTORC1 signalling in rat skeletal muscle is independent of the EC-coupling sequence but dependent on tension per se in a dose-response relationship. Acta. Physiol. (Oxf). 227 (3), e13336.
  17. O’Neil T.K., Duffy L.R., Frey J.W., Hornberger T.A. 2009. The role of phosphoinositide 3-kinase and phosphatidic acid in the regulation of mammalian target of rapamycin following eccentric contractions. J. Physiol. 587 (Pt 14), 3691–3701.
  18. Tyganov S., Mirzoev T., Shenkman B. 2019. An anabolic signaling response of rat soleus muscle to eccentric contractions following hindlimb unloading: A potential role of stretch-activated ion channels. Int. J. Mol. Sci. 20 (5), 1165.
  19. Gehlert S., Suhr F., Gutsche K., Willkomm L., Kern J., Jacko D., Knicker A., Schiffer T., Wackerhage H., Bloch W. 2015. High force development augments skeletal muscle signalling in resistance exercise modes equalized for time under tension. Pflügers Arch. 467 (6), 1343–1356.
  20. Rahbek S.K., Farup J., Moller A.B., Vendelbo M.H., Holm L., Jessen N., Vissing K. 2014. Effects of divergent resistance exercise contraction mode and dietary supplementation type on anabolic signalling, muscle protein synthesis and muscle hypertrophy. Amino Acids. 46 (10), 2377–2392.
  21. Mirzoev T.M., Tyganov S.A., Petrova I.O., Shenkman B.S. 2019. Acute recovery from disuse atrophy: The role of stretch-activated ion channels in the activation of anabolic signaling in skeletal muscle. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 316 (1), E86–E95.
  22. Yeung E.W., Allen D.G. 2004. Stretch-activated channels in stretch-induced muscle damage: Role in muscular dystrophy. Clin. Exp. Pharmacol. Physiol. 31 (8), 551–556.
  23. Coste B., Mathur J., Schmidt M., Earley T.J., Ranade S., Petrus M.J., Dubin A.E., Patapoutian A. 2010. Piezo1 and Piezo2 are essential components of distinct mechanically activated cation channels. Science. 330 (6000), 55–60.
  24. Tsuchiya M., Hara Y., Okuda M., Itoh K., Nishioka R., Shiomi A., Nagao K., Mori M., Mori Y., Ikenouchi J., Suzuki R., Tanaka M., Ohwada T., Aoki J., Kanagawa M., Toda T., Nagata Y., Matsuda R., Takayama Y., Tominaga M., Umeda M. 2018. Cell surface flip-flop of phosphatidylserine is critical for PIEZO1-mediated myotube formation. Nat. Commun. 9 (1), 2049.
  25. Syeda R., Xu J., Dubin A.E., Coste B., Mathur J., Huynh T., Matzen J., Lao J., Tully D.C., Engels I.H., Petrassi H.M., Schumacher A.M., Montal M., Bandell M., Patapoutian A. 2015. Chemical activation of the mechanotransduction channel Piezo1. Elife. 4, e07369.
  26. Tyganov S.A., Mirzoev T.M., Rozhkov S.V., Shenkman B.S. 2019. Role of the focal adhesion kinase in the anabolic response to the mechanical stimulus in rat’s atrophied postural muscle. Aviakosm. Ekolog. Med. 53 (4), 74–79.
  27. Sbrana F., Sassoli C., Meacci E., Nosi D., Squecco R., Paternostro F., Tiribilli B., Zecchi-Orlandini S., Francini F., Formigli L. 2008. Role for stress fiber contraction in surface tension development and stretch-activated channel regulation in C2C12 myoblasts. Am. J. Physiol. Cell Physiol. 295 (1), C160–C172.
  28. Martino F., Perestrelo A.R., Vinarsky V., Pagliari S., Forte G. 2018. Cellular mechanotransduction: From tension to function. Front. Physiol. 9, 824.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
2.

Жүктеу (352KB)
3.

Жүктеу (185KB)
4.

Жүктеу (176KB)
5.

Жүктеу (191KB)

© The Russian Academy of Sciences, 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».