Nature Communications 14권, 기사 번호: 4675(2023) 이 기사 인용
5 알트메트릭
측정항목 세부정보
건강한 노화를 위해서는 골격근량과 기능을 유지하고 회복하는 것이 필수적입니다. 우리는 마이오넥틴이 심장을 보호하는 마이오카인으로 작용한다는 것을 발견했습니다. 여기에서는 근육 기능 장애가 있는 다양한 수컷 마우스 모델에서 골격근 위축에 대한 myonectin의 효과를 조사합니다. 마이오넥틴의 파괴는 연령 관련, 좌골 탈신경 유발 또는 덱사메타손(DEX) 유발 근육 위축 모델에서 골격근 위축을 악화시킵니다. 미오넥틴 결핍은 또한 미토콘드리아 기능 장애 악화에 기여하고 탈신경 근육에서 PGC1α를 포함한 미토콘드리아 생합성 관련 유전자의 발현을 감소시킵니다. Myonectin 보충은 AMPK의 활성화를 통해 탈신경 유발 근육 위축을 약화시킵니다. Myonectin은 또한 AMPK/PGC1α 신호 전달을 통해 배양된 근관의 DEX 유발 위축을 역전시킵니다. 또한, myonectin 치료는 노화가 가속화되는 노화 가속 마우스 경향(SAMP) 8 마우스 모델 또는 Duchenne 근이영양증의 mdx 마우스 모델에서 근육 위축을 억제합니다. 이러한 데이터는 마이오넥틴이 AMPK/PGC1α 의존 메커니즘을 통해 골격근 기능 장애를 개선할 수 있음을 나타내며, 이는 마이오넥틴이 근육 위축의 치료 표적이 될 수 있음을 시사합니다.
평균수명과 건강수명의 격차는 전 세계적으로 고령사회의 심각한 사회문제이다. 근육감소증이라고도 알려진 연령 관련 근육량 및 기능 상실은 신체 장애의 결정 요인 중 하나이며, 이로 인해 삶의 질 저하와 사망을 포함한 부정적인 결과를 초래합니다1. 운동 훈련은 근육량과 기능을 향상시키고 근육감소증에 도움이 됩니다. 그러나 뇌졸중, 골절, 암 관련 악액질 등 연령 관련 합병증으로 인한 장애로 인해 노인 환자에게는 운동 훈련이 비실용적이거나 비효율적입니다. 따라서 골격근량과 기능을 유지하고 회복하기 위한 치료적 접근법의 개발은 건강한 노화를 위해 필수적일 수 있습니다.
C1q/TNF 관련 단백질 15/에리스로페론으로도 알려진 미오넥틴은 골격근 조직에서 풍부하게 발현되는 미오카인이라고도 불리는 근육 유래 분비 인자 역할을 합니다2,3. 미오넥틴은 지방산 대사, 철 대사, 조골세포 및 파골세포 분화 및 지방생성을 조절하는 것으로 보고되었습니다4,5,6,7,8. 최근 우리는 미오넥틴이 허혈-재관류 손상으로부터 심장을 보호하는 운동 유발 미오카인이라고 보고했습니다9. 이러한 발견은 마이오넥틴이 내분비 방식으로 근처 또는 원격 기관에 영향을 주어 전신 항상성을 유지한다는 것을 나타냅니다. 그러나 마이오넥틴이 자가분비 방식으로 골격근 기능 및 질병에 미치는 영향은 명확하지 않습니다. 여기에서는 myonectin이 연령 관련 근육 감소증을 포함한 근육 기능 장애의 다양한 마우스 모델에서 골격근 기능을 조절하는지 여부를 조사했습니다.
우리는 근육 미오넥틴 발현이 노화 과정에 의해 조절되는지 여부를 조사했습니다. 가자미근 및 비복근 근육 조직의 myonectin (Fam132b)의 mRNA 및 단백질 수준은 20 주 된 (젊은) WT 마우스보다 80 주 된 (노인) WT 마우스에서 유의하게 낮았습니다 (그림 1a 및 보충 그림 1). 1). myonectin이 노화된 생쥐의 골격근 질량과 기능에 기여하는지 여부를 조사하기 위해 젊고 노화된 myonectin-knockout(KO) 생쥐의 근육 무게와 근력을 평가했습니다. 체중으로 나눈 비복근과 가자미근 조직의 무게는 나이 든 WT 마우스보다 나이 든 myonectin-KO 생쥐에서 유의하게 낮았지만 젊은 WT와 젊은 myonectin-KO 생쥐 사이의 근육 무게에는 유의 한 차이가 없었습니다 (그림 1b) . 노화된 myonectin-KO 생쥐는 노화된 WT 생쥐에 비해 체중이 증가한 반면, 젊은 WT와 젊은 myonectin-KO 생쥐 간에는 체중이 다르지 않았습니다 (보충 그림 2a). 비복근 근육 무게는 노화 된 WT 마우스보다 노화 된 myonectin-KO 생쥐에서 유의하게 낮았습니다 (보충 그림 2a). Soleus 근육 무게는 노화된 WT 마우스보다 노화된 myonectin-KO 마우스에서 더 낮은 것으로 보였지만 이는 통계적으로 유의하지 않았습니다. 젊은 WT와 젊은 myonectin-KO 생쥐 사이의 비복근과 가자미근의 무게에는 유의미한 차이가 없었습니다.
0.5 identified 1,399 upregulated and 573 downregulated genes in myonectin-KO mice compared with WT mice (Fig. 3a). Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) pathway enrichment analysis revealed that myonectin-dependent gene changes were associated with Pathway in cancer, Proteoglycans in cancer, Focal adhesion, Adipocytokine signaling pathway, AMP-activated protein kinase (AMPK) signaling pathway and Apelin signaling pathway (Fig. 3a). Among these differentially regulated gene sets, AMPK signaling pathway is known to regulate skeletal muscle function. Because PGC1α is a crucial downstream target of AMPK which prevents muscle dysfunction in muscle atrophy models10,11,12,13, the expression levels of PGC1α are evaluated in denervated and non-denervated gastrocnemius muscle of WT and myonectin-KO mice by quantitative real time PCR methods. The mRNA levels of Pgc1α in denervated gastrocnemius muscles were significantly reduced in myonectin-KO mice compared with WT mice (Fig. 3b). Notably, the expression levels of Pgc1α4, which specifically relates to muscle hypertrophy14, was also downregulated in myonectin-KO mice compared with WT mice (Fig. 3b). Likewise, protein levels of PGC1α and PGC1α4 in denervated gastrocnemius muscle were reduced in myonectin-KO mice compared with WT mice (Fig. 3c). In addition, phosphorylation levels of AMPK were reduced in denervated gastrocnemius muscle in myonectin-KO mice compared with WT mice (Fig. 3c). Furthermore, protein levels of insulin-like growth factor (IGF1), which is upregulated by PGC1α414, were reduced in denervated gastrocnemius muscle in myonectin-KO mice compared with WT mice (Fig. 3c). By contrast, the expression levels of ubiquitin ligase related genes including F-box only protein (Fbxo) 32 and tripartite motif-containing (Trim) 63, myostatin (Mstn) and myogenic genes including Myod1 and Myog in denervated muscles were not different between WT and myonectin-KO mice (Fig. 3d). These results indicate that myonectin deficiency could exacerbate muscle atrophy due to the downregulation of AMPK/PGC1α pathways./p> 0.5. Right panel shows KEGG pathway enrichment analysis for significantly differentially regulated genes. N = 4 in each group. b The mRNA levels of Pgc1α and Pgc1α4 are evaluated by quantitative PCR analysis. N = 6 in non-denervated and denervated WT mice. N = 5 in non-denervated and denervated KO mice. c Left panels show representative Western blot analyses of pAMPK, AMPK, PGC1α, PGC1α4, IGF1 and tubulin. Right panels show quantitative analyses of PGC1α, PGC1α4, pAMPK and IGF1 signals normalized to tubulin signal. N = 5 in each group. d The mRNA levels of ubiquitin ligase and myogenic genes. N = 6 in non-denervated and denervated WT mice. N = 5 in non-denervated and denervated KO mice. Data are presented as means ± SEM. One-way ANOVA with a post-hoc analysis for b–d was performed./p>20) using TrimGalore! (0.6.4). Trimmed sequenced reads were aligned to the mouse genome assembly (GRCm39 GENCODE vM30) using STAR (2.7.3a)42. Aligned reads were used to quantify mRNA with HTSeq-count(version 0.11.2)43. Differential gene expression analysis across samples was performed using DESeq2 package (1.32.0) on protein-coding genes44. Genes were selected as differentially expressed when the FDR-adjusted p value was below 0.05 and an absolute log2 fold change was above 0.5. Analysis were conducted using R (4.1.0). Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) pathway enrichment analysis was performed using the online bioinformatic tool, Database for Annotation, Visualization and Integrated Discovery (DAVID, v6.8) for differentially expressed genes at an FPKM (Fragments Per Kilobase of Kilobase of exon per Million fragments mapped) value of ≥1 in at least three of the samples./p>
한국어
English
Français
Deutsch
Español
Italiano
Português
日本語
Русский