1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова
  4. T. 109, № 10, 2023

Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова, 2023, T. 109, № 10, стр. 1430-1442

Влияние спонтанной нервно-мышечной активности на развитие атрофии камбаловидной мышцы в условиях функциональной разгрузки

К. В. Сергеева 1, *, К. А. Шарло 1, В. Е. Калашников 1, О. В. Туртикова 1, С. А. Тыганов 1, Б. С. Шенкман 1

1 Институт Медико-биологических проблем Российской академии наук
Москва, Россия

* E-mail: Sergeeva_xenia@mail.ru

Поступила в редакцию 27.07.2023
После доработки 04.09.2023
Принята к публикации 04.09.2023

Аннотация

Хорошо известно, что бездействие скелетных мышц млекопитающих приводит к прекращению их электрической активности и сопровождается атрофическими изменениями мышечных волокон. Однако неоднократно отмечалось, что начиная с 3-х суток функциональной разгрузки появляется спонтанная ритмическая нервно-мышечная активность, являющаяся результатом снижения экспрессии калий-хлоридного котранспортера KCC-2 в нейронах поясничного отдела спинного мозга. Снижение экспрессии KCC-2 и возникновение автономной электрической активности мышцы в условиях разгрузки может быть предотвращено введением нейролептика прохлорперазина. Таким образом, целью настоящего исследования было оценить структурные и сигнальные эффекты снижения спонтанной активности разгруженной камбаловидной мышцы крыс. Обнаружено, что ежедневное введение крысам прохлорперазина на фоне 7-суточного антиортостатического вывешивания предотвратило снижение содержания основных маркеров биогенеза рибосом (c-Myc, 18S рРНК и 28S рРНК), а также частично предотвратило уменьшение площади поперечного сечения быстрых и медленных мышечных волокон в камбаловидной мышце. Морфофункциональные изменения, вызванные снижением спонтанной активности разгруженной мышцы, сопровождались полным или частичным предотвращением активации экспрессии ключевых маркеров протеолитических систем (MuRF-1, MAFbx/atrogin-1, убиквитин). Таким образом, мы предполагаем, что именно спонтанная нервно-мышечная активность может являться фактором, углубляющим атрофические процессы в течение первой недели функциональной разгрузки.

Ключевые слова: скелетная мышца, гравитационная разгрузка, прохлорперазин, спонтанная активность, распад белка, убиквитинлигазы

Список литературы

  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

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал