Adaptations of structural proteins in skeletal muscle

Effect of diabetes and exercise
Lehti, Maarit
978-951-790-241-0; 0357-2498
LIKES Research Center for Sport and Health Sciences / Liikunnan ja kansanterveyden edistämissäätiö LIKES.
LIKES Research Reports on Sport and Health / Liikunnan ja kansanterveyden julkaisuja (201)
2007

Maarit Lehden väitöstutkimuksessa selvisi, että kestävyysharjoittelulla voidaan todennäköisesti vaimentaa tyypin 1 diabeteksen aiheuttamia muutoksia lihassolun eheyttä ylläpitävissä proteiinirakenteissa. Muutoksilla saattaa olla yhteys diabeteksen yhteydessä havaittavaan neuropatiaan (hermoston toimintahäiriö) tai atrofiaan (lihaksen surkastuminen). Tutkitut proteiinirakenteet toimivat tukirakenteina solussa lihassupistusten aikana ja osallistuvat lihasvoiman välitykseen.

Tyypin 1 diabetes aiheuttaa muutoksia monien sidekudosproteiinien lähetti-RNA:n ilmenemisessä. Lähetti-RNA:n määrästä ja koostumuksesta voidaan karkeasti arvioida, mitä proteiineja solussa ollaan valmistamassa. Havaitut muutokset esim. tyvikalvon rakenneproteiinien ilmenemisessä saattavat muuttaa niiden keskinäistä suhdetta ja siten tyvikalvon rakennetta.

Lehden tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää fyysisen kuormituksen ja kokeellisen, hoitamattoman tyypin 1 diabeteksen aiheuttamia muutoksia raajalihassolussa. Aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet soluntukirangan proteiinien olevan herkkiä äkillisen fyysisen rasituksen aiheuttamille vaurioille ja niiden ilmenemisen lisääntyvän vaurion jälkeen. Lehden tutkimus osoittaa solutukirangan proteiinien lähetti-RNA:n ilmenemisen kiihtyvän myös toistetun kuormituksen jälkeen, jolloin vauriota ei havaita.

Suurelta osin tutkimustulokset ovat lähetti-RNA tason tuloksia, jotka eivät välttämättä suoraan heijastu proteiinitasolle. Toisaalta käytössämme olivat eläinmallit, joista saatuja tuloksia ei voi suoraan soveltaa ilmiöihin ihmisen lihaksissa. Mielestäni tutkimus kuitenkin paljasti uusia mahdollisia diabetekseen ja kuormitusvaurioon liittyviä ilmiöitä, joiden tutkimusta kannattanee jatkaa proteiinitasolla ja mallein, jotka paremmin vastaavat lääkehoidossa olevan diabeetikon fysiologista tilaa.

Abstract

Unaccustomed physical exercise may induce damage to certain myofibres. Adaptation enables skeletal muscle to maintain its viability in changing conditions. Among skeletal muscle adaptations are increased aerobic capacity (endurance training) and decreased myofibre size and number (atrophy) within immobilisation or some diseases such as diabetes.

The structures that stabilise myofibres during muscle contractions are located inside sarcomeres (e.g. titin), between sarcomeres (e.g. desmin), adjacent to the sarcolemma (e.g. dystrophin), and in the extracellular matrix (ECM). This study was conducted to find out what changes are induced by experimental diabetes (resembling type 1) and exercise in the localisation and mRNA expression of the intra sarcomeric stretch-sensing proteins and intracellular as well as extracellular proteins that stabilise the contractile system.

The types of physical loading used in this study were repeated downhill running, electrostimulated intermittent concentric contractions (ICC), and endurance running training. Whereas a single bout of downhill running or ICC induced typical histopathological signs of myofibre damage while no such changes were observed after repeated bouts, thus showing the protective effect of prior training.

The changes in mRNA levels of desmin and dystophin after acute exercise are obviously the result of the repair process, while changes after repeated bouts may reflect continuing adaptation to the increased exercise. Titin mRNA level increased only after the repeated exercise. In addition, ICC activated the mRNA expression of muscle LIM protein (MLP) and cardiac ankyrin repeat protein (CARP) that may affect myofibre remodelling or hypertrophy. Exper