solubil

  • abstract
  • Fundal:
  • rezultatele:
  • concluzie:
  • introducere
  • Materiale și metode
  • Animale și tratament
  • Piste de alergare și studii musculare
  • Hiperinsulinemic - Clemă euglicemică
  • chimie
  • analize statistice
  • Rezultatul
  • Tratamentul pe termen scurt cu RAP-031 crește masa musculară, forța și contracțiile
  • Tratamentul pe termen lung cu RAP-031 crește masa musculară, reduce grăsimile și crește sensibilitatea la insulină
  • discuţie
  • Conflict de interese

abstract

Fundal:

Miostatina, cunoscută și sub numele de factor de creștere și diferențiere 8, este o proteină secretată care inhibă creșterea musculară. Întreruperea semnalizării miostatinei mărește masa musculară și scade glucoza, dar nu este clar dacă aceste modificări sunt legate. Am tratat șoareci pe o dietă bogată în grăsimi cu un receptor de activină solubil tip IIB (ActRIIB, RAP-031), un receptor de semnalizare endogenă putativ pentru miostatină și alți liganzi ai superfamiliei TGF-β.

rezultatele:

După 4 săptămâni, RAP-031 a crescut masa musculară și masa musculară, rezistența la aderență și forța de contracție. RAP-031 a îmbunătățit capacitatea insulinei de a suprima producția de glucoză în condiții de prindere la șoareci cu conținut ridicat de grăsimi, dar nu a modificat semnificativ clearance-ul glucozei mediat de insulină. Efectul sensibilizant la insulina hepatică al tratamentului RAP-031 a fost asociat cu niveluri crescute de adiponectină. Tratamentul cu RAP-031 timp de 10 săptămâni a crescut în continuare masa musculară și a redus drastic grăsimile la șoareci pe o dietă cu conținut scăzut de grăsimi sau cu conținut ridicat de grăsimi. RAP-031 a suprimat producția hepatică de glucoză și a crescut absorbția periferică de glucoză la șoarecii hrăniți. În schimb, RAP-031 a suprimat producția de glucoză fără nicio modificare aparentă în stocarea glucozei la șoarecii cu conținut ridicat de grăsimi.

concluzie:

Descoperirile noastre indică faptul că întreruperea semnalizării ActRIIB este o abordare farmacologică viabilă a tratamentului obezității și diabetului.

Miostatina este un membru al superfamiliei TGF-β, care este exprimată și secretată predominant de mușchiul scheletic. 1 Mutațiile în pierderea funcției genei miostatinei duc la o creștere masivă a masei musculare la șoareci, bovine, câini și oameni. 1, 2, 3, 4 Biologia miostatinei a fost investigată farmacologic prin injectarea de anticorpi neutralizanți sau propeptidă de miostatină care măresc masa musculară la șoareci. 5, 6, 7 Proteinele care se leagă de miostatină, cum ar fi fololitatina, gena legată de folistatină și proteinele serice-1 asociate cu factorii de creștere și diferențiere, duc la inhibarea activității miostatinei și creșterea creșterii musculare. În plus față de efectele sale asupra mușchilor, sa raportat că miostatina promovează sau inhibă adipogeneza. 9, 10, 11

S-a demonstrat că proteina de fuziune ActRIIB/Fc solubilă (RAP-031) crește masa și forța musculară într-un model de șoarece de scleroză laterală amiotrofică. 19 În acest studiu, am tratat șoareci pe o dietă bogată sau bogată în grăsimi cu acest compus și am studiat relațiile de timp dintre compoziția corpului și sensibilitatea la insulină.

Materiale și metode

Animale și tratament

Piste de alergare și studii musculare

Șoarecii tratați cu RAP-031 sau vehicul au fost aclimatizați la o bandă de alergare modulară conectată la un calorimetru indirect cu circuit deschis (CLAMS, Columbus Instruments, Columbus, OH, SUA). După 4 săptămâni de tratament, șoarecii au fost lipsiți de hrană timp de 5 ore și calorimetria indirectă a fost efectuată în repaus timp de 1 oră, urmată de exercițiu forțat de rulare (10 ° 15 min la 10 m min-1 și apoi 2 h la 15 m min - 1).

Rezistența musculară la nivelul membrelor anterioare a fost măsurată folosind un contor de aderență (EST; Bad, Hamburg, Germania). Șoarecii au fost instruiți să prindă o tijă metalică orizontală în timp ce erau trase de cozile lor, iar forța a fost detectată de un senzor. Zece măsurători au fost determinate pentru fiecare șoarece și au fost mediate. Șoarecii au fost sacrificați cu dioxid de carbon, mușchii au fost excizați și cântăriți și contracția musculară extensor digitorum longus (EDL) a fost analizată ex vivo. Răspunsurile la Twitch și tetanos au fost evaluate așa cum s-a descris anterior. 5, 23, 24 La sfârșitul studiilor fiziologice, mușchii au fost înghețați rapid în izopentan răcit în azot lichid și tăiați la -80 ° C înainte de tăiere. Secțiuni înghețate în serie (10 μm) au fost tăiate în mijlocul mușchiului EDL abdomen, fixat cu 100% metanol rece ca gheața. (5 minute) și depozitat în recipiente etanșe la -80 ° C. Secțiunile au fost examinate după colorare cu hematoxilină și eozină sau ATPază. Fotografiile au fost realizate cu ajutorul unui microscop Olympus BX51 echipat cu o cameră Magnafire. Măsurătorile morfometrice au fost efectuate pe imagini digitalizate utilizând software-ul Scion Image 4.02 (Frederick, MD, SUA) așa cum s-a descris anterior. 5

Hiperinsulinemic - Clemă euglicemică

chimie

RAP-031 sau șoareci tratați cu vehicule pe o dietă normală sau bogată în grăsimi timp de 4 sau 10 săptămâni, alimentele au fost îndepărtate de la 0800 la 1300 ore și apoi sacrificate cu dioxid de carbon. Sângele cardiac a fost colectat și serul a fost stocat la -20 ° C. Glucoza și lipidele serice au fost măsurate prin teste enzimatice colorimetrice (Stanbio, Boerne, TX, SUA). Insulina, leptina și adiponectina au fost măsurate prin imunoanalize enzimatice (Crystal Chem, Evanston, IL, SUA; Linco, St Charles, MO, SUA).

analize statistice

Efectul tratamentului RAP-031 asupra diferiților parametri din fiecare grup de dietă a fost evaluat folosind un test t nepereche. P 1 ip de două ori pe săptămână) a crescut semnificativ greutatea corporală la șoarecii cu o dietă normală (31 ± 0,8 vs. 27,1 ± 1,25 g) sau cu conținut ridicat de grăsimi (35,5 ± 1,34 vs. 29,8 ± 1,42 g) după 4 săptămâni (Figura 1a). La șoarecii tratați cu RAP-031, a existat o creștere semnificativă a aportului alimentar dietetic (12, 8 ± 0,46 comparativ cu 11,7 ± 0,39 kcal pe șoarece pe zi, P = 0,036) și o ușoară creștere a unei diete bogate în grăsimi (14, 6 ±) 0,69 vs 13 ± 0,57 kcal pe șoarece pe zi; P = 0,11). Masa slabă a fost crescută cu RAP-031, dar conținutul de grăsime nu a diferit semnificativ (Figurile 1b, c). Tratamentul RAP-031 a crescut masa musculară gastrocnemie, cvadricepsă și EDL (Figurile 1d-f). Analiza morfometrică a arătat că RAP-031 nu a crescut semnificativ numărul de fibre musculare EDL în comparație cu tratamentul vehiculului (dieta pentru dietă: 807, 5 ± 76, 1 vs. 848, 6 ± 99, 7, P = 0,75; dieta bogată în grăsimi: 1044 ± 60, 2 vs. 982, 7 ± 27, 4)., P = 0,38). Anterior, aria secțiunii transversale a fibrelor EDL s-a deplasat spre dreapta și aria medie a fibrelor a crescut ca răspuns la tratamentul RAP-031, în concordanță cu hipertrofia musculară (Figurile 2a-d).

Efectele tratamentului de 4 săptămâni cu RAP-031 (stick alb) sau vehicul (stick negru) pe A ) greutate corporala, b ) sărac și c ) masa grasa. ( d - f ) masa musculara scheletica. Datele sunt medii ± sem, N = 10; * P ** P *** P

Efectele tratamentului de 4 săptămâni cu RAP-031 (bara albă) sau vehicul (bara neagră) asupra secțiunilor transversale ale fibrelor musculare EDL la șoareci pe o dietă normală de hrănire ( A, b ) sau o dietă bogată în grăsimi ( c, d ). Datele sunt medii ± sem N = 5; * P

Efectele tratamentului de 4 săptămâni cu RAP-031 (bare albe) sau vehicul (bare negre) asupra consumului de oxigen (VO 2) A ) a condițiilor de bază și b ) a condițiilor de exercițiu de rulare de top, c ) rezistența la aderență și d, e ) contracție EDL ex vivo. Datele sunt medii ± sem N = 5; * P ** P 1 min-1, P = 0,03) la șoareci cu o dietă bogată în grăsimi, în concordanță cu o îmbunătățire a sensibilității la insulină (Figura 4c). Capacitatea insulinei de a suprima HGP (25, 3 ± 2, 9 vs. 33, 7 ± 2, 1 ml kg -1 -1 min-1, P = 0,047) a fost crescută cu RAP-031, dar nu am găsit un efect semnificativ statistic RAP-031 asupra Rd (69, 2 ± 2, 35 vs 60, 7 ± 4, 48 ml kg-1 min-1, P = 0, 12) (Figura 4c) sau absorbția glucozei de către WAT sau mușchi (Figura 4d).

Tabel în dimensiune completă

Producerea bazală de glucoză și clemă hiperinsulinemică-euglicemică la șoareci hrăniți cu hrană (NC) sau cu conținut ridicat de grăsimi (HF) tratați cu RAP031 (bare albe) sau vehicule (bare negre) timp de 4 săptămâni. A ) cinetica glucozei în condiții bazale și animale în dieta NC; b ) WAT și aportul de glucoză musculară în dieta NC; c ) cinetica glucozei în condiții bazale și animale pe o dietă de înaltă frecvență; d ) WAT și aportul de glucoză musculară într-o dietă cu frecvență ridicată. Datele sunt medii ± sem N = 5. * P -1 -1 min -1, P = 0,03) și Rd (118 ± 15,3 versus 62,6 ± 5,5 ml kg -1 -1-1, P = 0,009), în timp ce HGP a fost suprimat (5,67 ± 0,63 vs 16,9 ± 3,17 ml kg-1 min-1, P = 0,008) (Figura 6a). Absorbția glucozei stimulată de insulină în WAT și mușchi a fost crescută cu RAP-031 (Figura 6b). La o dietă bogată în grăsimi, RAP-031 a crescut GIR (43, 3 ± 3, 9 vs 27, 8 ± 2, 7 ml kg -1 min-1, P = 0,03) și a suprimat HGP (6,7 78 ± 0, 5 versus 22, 3 ± 4, 8 ml kg -1 min- 1, P = 0, 008) (Figura 6c), dar nu a schimbat Rd (50, 2 ± 3, 5 vs 51, 1 ± 3, 3 ml kg - 1 min-1, P = 0, 12) sau absorbția glucozei de către WAT sau mușchi (Figura 6d).

Efectele a 10 săptămâni de tratament cu RAP-031 (stick alb) sau vehicul (stick negru) asupra A ) greutate corporala, b ) materie slabă, c ) masa grasa. Datele sunt medii ± sem N = 5; * P ** P

Mai multe linii de dovezi ne-au făcut să credem că inhibarea postnatală a semnalizării ActRIIB ar crește masa musculară, ar reduce grăsimile și ar duce la îmbunătățirea homeostaziei glucozei. Expresia miostatinei și ActRIIB este modificată în țesutul adipos și în mușchiul scheletic la șoarecii obezi. 13 șoareci Mstn -/- au crescut masa musculară, au scăzut conținutul de grăsime și au îmbunătățit sensibilitatea la insulină. 16, 17 În mod similar, șoarecii transgenici care supraexprimă propeptida de miostatină care blochează semnalizarea miostatinei dezvoltă o toleranță îmbunătățită la glucoză și sensibilitate la insulină pe o dietă bogată în grăsimi. Cu toate acestea, tratamentul in vivo cu miostatină a produs efecte inconsistente asupra masei musculare și a grăsimilor. Zimmers și colab. 32 afirmă că injecția subcutanată a 2 μg de miostatină timp de 7 zile a redus grăsimea corporală la șoarecii femele. Aceste rezultate nu au putut fi reproduse într-un alt studiu. 33 În schimb, 120 μg de miostatină administrată timp de 21 de zile au redus masa musculară fără modificări de grăsime la șoarecii de tip sălbatic sau obezi genetic. 33

Studiul nostru a relevat o dinamică interesantă între compoziția corpului și homeostazia glucozei după tratamentul RAP-031. Așa cum era de așteptat, RAP-031 a crescut rapid masa slabă și musculară. Cu toate acestea, acest lucru nu a dus la o creștere semnificativă a clearance-ului glucozei mediat de insulină în mușchiul sau grăsimea șoarecilor, pe o dietă bogată în grăsimi sau bogată în grăsimi. În schimb, 4 săptămâni de tratament RAP-031 la șoareci cu dietă bogată în grăsimi au dus la o creștere semnificativă a efectului insulinei de suprimare a glucozei. Interesant este că efectul RAP-031 asupra sensibilizării hepatice la insulină a fost asociat cu niveluri crescute de adiponectină. Adiponectina este exprimată în țesutul adipos, circulă sub formă de complexe cu greutate moleculară mică și mare și s-a demonstrat că crește sensibilitatea la insulină. 34 Similar rezultatelor noastre, supraexpresia transgenică a propeptidei miostatinei la șoarecii hrăniți cu o dietă bogată în grăsimi a dus la creșterea nivelului de adiponectină. 7 Exprimarea ARNm-ului adiponectinei în grăsimea epididimală a șoarecilor transgenici de miostatin propeptidă a fost de 12 ori mai mare decât la puieturile de tip sălbatic, sugerând că creșterea musculară crescută stimulează într-un fel expresia adiponectinei. 7

Credem că primul nostru studiu a arătat că afectarea farmacologică a semnalizării ActRIIB duce la reducerea conținutului de grăsimi, la sensibilitatea crescută la insulină și la creșterea masei musculare scheletice. Aceste rezultate indică faptul că inhibarea semnalizării ActRIIB este o strategie viabilă pentru a preveni sau trata obezitatea, rezistența la insulină și diabetul. Mecanismele de semnalizare prin care RAP-031 reglează masa musculară și sensibilitatea la insulină nu au fost încă determinate. Un studiu recent a arătat că atrofia musculară indusă de miostatină prin factorii de transcripție Smad 2 și Smad3. În contrast, inhibarea Smad2/3 a favorizat parțial hipertrofia musculară prin semnalizarea mTOR și Akt. 37 Aceste rezultate au fost confirmate de un alt studiu care a arătat că miostatina a inhibat diferențierea mioblastelor prin suprimarea activității kinazei Akt/TORC1/p70S6. Sunt necesare lucrări suplimentare pentru a determina dacă aceste căi mediază efectele ActRIIB asupra sensibilității la insulină, adipozității și a altor procese metabolice.

Conflict de interese

Jeffrey Ucran și Jennifer Lachey sunt angajați ai Acceleron Pharma, care a furnizat studiul RAP-031.