Гипертрофия скелетных мышц человека: Гипертрофия скелетных мышц человека. Учебное пособие | Самсонова Алла Владимировна

Рис. 1. Схематический обзор того, как филамин-C и Bag3 могут вызывать гипертрофию мышц в ответ на упражнения с отягощениями (ссылки см. В тексте). Один филамин — это белок, связанный с Z-диском, который связывается с актином и деформируется в ответ на механическую нагрузку.Два филамина связаны с Bag3, и оба филамина и Bag3 фосфорилируются неизвестными киназами во время интенсивных мышечных сокращений. Три Bag3 имеют домен WW, через который он может связывать и изолировать белки с богатыми пролином доменами PPXY, включая Tsc1, мишень млекопитающих для ингибитора комплекса рапамицина 1 (mTORC1). Four Bag3 может также изолировать ингибиторы эффектора Yap Hippo, такие как Lats1, Amotl1 и Amotl2. Альтернативно, YAP может быть важным для миоядер в результате ядерной деформации, как было продемонстрировано на немышечных клетках.Такая активация Yap может иметь отношение к гипертрофии, поскольку YAP может индуцировать ген, кодирующий переносчик лейцина Lat1. 5. Наконец, Bag3 также связывается с Synpo2, который регулирует селективную аутофагию с помощью шаперонов (CASA), которая регулирует деградацию поврежденных белков Z-диска.

Кроме того, филамины связывают несколько белков, включая рецептор андрогенов (112), который влияет на размер мышц (71), и белок Bag3, связанный с Z-диском (153), который, как было предложено, определяет механическую нагрузку филамина (152 ).Однако, как механически нагруженный димер филамина активирует Bag3, до сих пор неясно. Предполагая, что механически нагруженный филамин-C может активировать Bag3, как может Bag3 вызвать гипертрофический сигнальный ответ? BAG3 через свой WW-домен (WW означает два триптофана, разделенных примерно 20 аминокислотами; ссылка 142) соединяется с богатыми пролином мотивами (например, PPxY-мотивами) других белков, потенциально регулируя три функции, связанные с мышечной гипертрофией. обсуждается ниже.

mTORC1 сигнализация.

WW-домен Bag3 связывает богатый пролином мотив ингибитора mTORC1 TSC1. Следовательно, механизм индукции гипертрофии может заключаться в том, что Bag3 изолирует TSC1 от mTORC1, что приводит к активации mTORC1 и увеличению синтеза белка в ответ на механическую нагрузку (75).

Сигнализация Hippo.

Bag3 секвестрирует через свои белки домена WW, такие как LATS1 и AMOTL1, которые обычно ингибируют эффектор YAP Hippo (152). Как следствие, YAP будет более активным в механически нагруженных мышцах, что актуально для размера мышц, поскольку повышенная активность YAP в мышечных волокнах может вызвать гипертрофию мышечных волокон (52, 160).

Аутофагия.

Bag3 связывает синаптоподин-2 (Synpo2) для регулирования селективной аутофагии с помощью шаперонов (CASA) поврежденных белков Z-диска (7, 154). Это может способствовать усилению аутофагии (61) и скорости распада белка, наблюдаемых после упражнений с отягощениями (149), процесса, который может иметь важное значение при полной и функциональной гипертрофии мышц.

Фосфопротеомные исследования показали, что и филамин-C, и Bag3 изменяют свое фосфорилирование после высокоинтенсивных упражнений в мышцах человека (65) и после стимуляции скелетных мышц мышей максимальной интенсивности (121).Это говорит о том, что филамин-C и Bag3 дополнительно нацелены на неизвестные в настоящее время киназы и фосфатазы, которые могут в дальнейшем помочь регулировать активность Bag3 в сокращающихся скелетных мышцах.

Вышеупомянутые механизмы восприятия стимула к гипертрофии, сфокусированные на Bag3, проиллюстрированы на рис. 1.

Таким образом, сигнальный каскад филамин-Bag3-mTORC1 / YAP / аутофагия является правдоподобным, но далеко не полностью охарактеризованным механизмом, с помощью которого механическая нагрузка во время упражнения с отягощениями могут стимулировать гипертрофические сигналы и гипертрофию скелетных мышц.Однако, хотя физиологические, механические силы, вероятно, будут деформировать гомодимер филамина, неясно, как это затем активирует Bag3 и др. Передачу гипертрофических сигналов. Кроме того, в настоящее время неизвестны киназы и фосфатазы, которые фосфорилируют и дефосфорилируют филамин-C и Bag3 во время упражнений, и остается неясным, как такое фосфорилирование влияет на функцию филамина-C и Bag3 и размер мышц. Очевидно, что это еще одна важная область для будущих исследований.

Ядерная деформация и передача сигналов

В мышечных волокнах миоядра окружены толстыми тубулиновыми филаментами (17) и промежуточными десминовыми филаментами (126).Эти филаменты не только прикрепляют миоядра к цитоскелету, но и подвергают их воздействию сил, когда цитоскелет нагружен (8) либо пассивным растяжением, либо активным сокращением, либо набуханием мышечных волокон. Например, когда мышечные волокна пассивно растягиваются, миоядра деформируются (113). Интересно, что такая ядерная деформация недавно была идентифицирована как механизм, с помощью которого механическая нагрузка заставляет эффектор Hippo Yap и потенциально другие белки перемещаться из цитозоля в ядро ​​(37).Учитывая, что повышенная активность YAP может вызывать гипертрофию мышечных волокон (52, 160), это может быть механизмом, с помощью которого механическая нагрузка может способствовать росту скелетных мышц. Вместе вышеупомянутые сигнальные каскады filamin-Bag3-YAP и ядерная деформирующая-YAP-mTORC1 представляют собой вероятные механизмы, с помощью которых может ощущаться стимул механической гипертрофии и запускать передачу сигналов гипертрофии. Однако у этой гипотезы есть два предостережения. Во-первых, мышечная гипертрофия, вызванная YAP, сравнительно мала и, по-видимому, не зависит от mTORC1, поскольку может возникать, когда mTORC1 блокируется рапамицином (52).Во-вторых, миоядерная деформация до сих пор была продемонстрирована только при пассивном растяжении (113), а не при активном сокращающемся сокращении. Тем не менее, белки, которые воспринимают деформацию ядер, чтобы активировать передачу сигналов Hippo, должны быть охарактеризованы в будущем.

Другой тип механосенсора — активируемые растяжением ионные каналы, кодируемые генами PIEZO1 и PIEZO2 . Spangenburg и McBride (140) продемонстрировали, что широкое неспецифическое ингибирование ионных каналов, активируемых растяжением, у крыс in vivo с помощью стрептомицина или гадолиния может ослаблять вызванную нагрузкой активацию mTORC1.Однако экспрессия ионных каналов PIEZO1 / 2 , активируемых растяжением, является одной из самых низких в скелетных мышцах человека по сравнению с другими тканями (https://gtexportal.org/home/; см. Ссылку 97), и поэтому эффект может не зависеть от ингибирования каналов PIEZO1 / 2 в скелетных мышцах. По этой причине мы не обсуждаем далее ионные каналы, активируемые растяжением.

Таким образом, существует несколько правдоподобных, но далеко не полностью охарактеризованных. Вполне возможно, что существует несколько стимулов механической гипертрофии (например,g., сила сокращения, нагрузка цитоскелета и механические свойства внеклеточного матрикса) и сенсоры, как ранее было предложено Frey et al. (45). На сегодняшний день механизм механотрансдукции, вызывающий гипертрофию мышц, полностью не охарактеризован. Исследованию таких механизмов еще больше мешает тот факт, что отключение предполагаемых механосенсоров, таких как Bag3, не только устраняет потенциальную реакцию гипертрофии на упражнения с отягощениями, но часто приводит к тяжелым миопатиям и дистрофиям.Это означает, что исследователи во многих случаях не могут использовать глобальные модели животных с нокаутом, чтобы проверить, необходимы ли эти белки для реакции гипертрофии на упражнения.

Возможная роль вызванного физической нагрузкой мышечного повреждения (EIMD) как стимула гипертрофии обсуждалась и изучалась с момента его предложения в 1990-х годах (29, 38, 132). EIMD — это повреждение, которое возникает, когда люди занимаются новыми видами упражнений, особенно удлинением или эксцентрическими сокращениями, выполняемыми с большим диапазоном движений (115, 132).Тем не менее, когда люди, уже прошедшие тренировки с отягощениями, поднимают тяжести, EIMD обычно мало из-за «эффекта повторного боя». EIMD связан с микроскопическими структурными изменениями, такими как поток Z-линии в миофибриллах скелетных мышц. Затем обычно следует местная воспалительная реакция, нарушение регуляции Ca ²⁺ , активация распада белка и повышение уровня белков, таких как креатинкиназа, в крови, которые ускользают или секретируются из поврежденных мышечных волокон (23, 76, 115).В своем обзоре Hyldahl и Hubal (69) предлагают континуум повреждения волокон скелетных мышц после эксцентрических упражнений, который охватывает возможные ответные реакции адаптивных клеток на повреждающие мембраны и некроз тканей как наиболее тяжелую форму EIMD.

Данные исследований на людях для EIMD как стимула гипертрофии

Хотя некоторые авторы пытались проверить, способствует ли EIMD гипертрофии мышц, результаты этих вмешательств трудно интерпретировать. Это связано с тем, что изменение параметров тренировки с отягощениями для изменения EIMD также может напрямую влиять на мышечную массу, а не только на EIMD.Таким образом, трудно отделить влияние EIMD на мышечную гипертрофию от влияния мешающих факторов. Например, тренировка с длинными мышцами (то есть в растянутом положении) не только связана с большей величиной EIMD (11, 115), но также, возможно, с повышенной гипертрофией мышц по сравнению с упражнениями с короткими мышцами, по крайней мере, в некоторых случаях. мышцы (14, 107). Однако это может быть не из-за EIMD, а из-за большего производства силы при большей длине пучка (40).Точно так же эксцентрические движения мышц не только увеличивают EIMD, но также вызывают немного больший гипертрофический ответ, чем концентрические действия мышц (32, 136). Опять же, неясно, связано ли это с более высокой дозой стимула гипертрофии, связанной с EIMD, после эксцентрических упражнений (100) или просто из-за мешающего фактора, такого как увеличение тренировочной нагрузки (36, 100). В совокупности некоторые исследования предполагают связь между EIMD и мышечной гипертрофией, но это может быть связано с смешивающими факторами.

Напротив, другие исследования показывают, что степень повреждения мышц не коррелирует с синтезом мышечного белка (48) или величиной гипертрофии.Тяжелая EIMD не дает никакого дополнительного преимущества при гипертрофии, а скорее ослабляет ее (42). Flann et al. (41) сравнивали мышечную гипертрофию в группе, наивной и предварительно тренированной, с одинаковой совокупной нагрузкой. Предварительно обученная группа не испытала EIMD, судя по уровням креатинкиназы в плазме и болезненности мышц, но увеличила мышечную силу и объем в той же степени, что и наивная группа, что позволяет предположить, что EIMD не является существенным для гипертрофии (41). Однако, чтобы уменьшить EIMD, предварительно обученная группа провела дополнительные 3 недели тренировок с отягощениями, что могло иметь неоднозначные результаты.

Последний аргумент против EIMD как фактора гипертрофии заключается в том, что EIMD также возникает после упражнений, которые обычно не вызывают гипертрофию. Например, EIMD возникает после упражнений на выносливость с эксцентрическим компонентом, таких как марафонский бег (63), но повреждение в этих ситуациях само по себе не вызывает гипертрофии мышц. Во всяком случае, марафонский бег уменьшает размер мышечных волокон (150). Однако эти данные снова трудно интерпретировать, поскольку у спортсменов на выносливость может быть низкая обучаемость для мышечной гипертрофии, а их длительные упражнения в сочетании с низкой доступностью энергии могут чрезмерно активировать AMPK и, таким образом, ингибировать mTORC1 (70) в течение длительного времени.Таким образом, на основании непрямых исследований на людях сложно сделать вывод о том, способствует ли EIMD гипертрофии мышц и как именно. Основная причина этого в том, что практически невозможно отделить прямые стимулы EIMD от мешающих стимулов, которые взаимодействуют с EIMD.

Повреждение мышц или усиление регенерации в одиночку может вызвать гипертрофию мышц

Может ли травма сама по себе способствовать гипертрофии мышечных волокон? У мышей тяжелое повреждение передней большеберцовой мышцы мыши, например, путем инъекции кардиотоксина, приводит к увеличению размера мышечных волокон, но меньшему их количеству по сравнению с неповрежденными волокнами (59), что позволяет предположить, что одного повреждения достаточно, чтобы вызвать гипертрофию некоторых мышечных волокон.Предостережение заключается в том, что мы не знаем, являются ли более крупные волокна гипертрофированными, регенерированными волокнами или это новые, но мышечные волокна, которые больше, чем предыдущие мышечные волокна. Есть некоторые свидетельства того, что поврежденные мышечные волокна и их сателлитные клетки могут способствовать гипертрофии, поскольку трансплантация сателлитных клеток, связанных с мышечным волокном, в мышцу-реципиент, в то время как повреждение приводит к почти продолжительной мышечной гипертрофии (55). Вместе эти данные предполагают, что одно только повреждение и сочетание повреждения и большего количества сателлитных клеток может привести к развитию более крупных мышечных волокон или вызвать гипертрофию мышечных волокон.

Сателлитные клетки, EIMD и мышечная гипертрофия

Сателлитные клетки являются резидентными стволовыми клетками скелетных мышц (131) и добавляют ядра к мышечным волокнам взрослых после тренировки с отягощениями (24). Несмотря на то, что упражнения, не причиняющие вреда, могут активировать сателлитные клетки для пролиферации (27), активация и пролиферация сателлитных клеток сильнее после упражнений, вызывающих EIMD (26). У людей люди, которые реагировали большей гипертрофией на программу тренировок с отягощениями, также добавляли больше миоядер, предположительно полученных в основном из сателлитных клеток, чем люди, которые реагировали меньшей гипертрофией на ту же программу тренировок (118).Это говорит о том, что способность сателлитных клеток добавлять новые миоядра к мышечным волокнам может ограничивать мышечную гипертрофию. Однако сателлитные клетки могут расширяться, особенно в ответ на EIMD, чтобы играть роль в восстановлении мышц и, в меньшей степени, увеличивать количество миоядер, когда мышцы действительно гипертрофируются, по крайней мере, на ранних стадиях роста мышц (30).

Причинная роль сателлитных клеток в мышечной гипертрофии была исследована на мышах. Похоже, что начальная гипертрофия в ответ на механическую перегрузку может возникать в мышцах дикого типа и в мышцах, лишенных сателлитных клеток (95, 103).Однако первоначальная гипертрофия не может сохраняться в течение нескольких месяцев после удаления сателлитных клеток (46). Другие исследования показывают, что сателлитные клетки также необходимы для начальной гипертрофии на уровне мышечных волокон (35). В совокупности эти исследования показывают, что сателлитные клетки необходимы для полной гипертрофии скелетных мышц с течением времени и что количество сателлитных клеток и миоядер увеличивается после тренировки с отягощениями. Однако неизвестно, важна ли EIMD в долгосрочной перспективе для индукции пролиферации сателлитных клеток и, в свою очередь, запуска гипертрофической реакции мышц на тренировки с отягощениями.

Однако наш главный вопрос в настоящем обзоре заключается не в том, необходимы ли сателлитные клетки для гипертрофии, а в том, как стимулы гипертрофии активируют сателлитные клетки на первом этапе и как активированные сателлитные клетки вызывают гипертрофию мышечных волокон на втором этапе? Согласно нашему определению, стимулом к ​​гипертрофии, связанным с EIMD, будет повторяющаяся механическая нагрузка, которая вызывает повреждение чувствительной мышцы. Затем на первом этапе стимул, связанный с повреждением, активирует сателлитные клетки.Существует слишком много возможных стимулов, активирующих сателлитные клетки, чтобы их можно было эффективно осветить в этом обзоре. В настоящее время наиболее сильным каналом-кандидатом для активации покоящихся сателлитных клеток для пролиферации после травмы, а также после упражнений или механического растяжения является путь оксид азота-металлопротеиназа-фактор роста гепатоцитов (147). Неизвестно, активируют ли эти стимулы сателлитные клетки в контексте тренировки с отягощениями, особенно после EIMD.

Другие возможные стимулы гипертрофии, связанные с EIMD, и их сенсоры

EIMD связан с потенциальными стимулами гипертрофии, такими как аминокислоты, которые возникают в результате распада белка, или факторы, связанные с иммунным и воспалительным ответом на EIMD и сателлитные клетки.В результате EIMD воспалительные клетки проникают в мышцы и вырабатывают вещества, включая миокины, такие как IL-6, которые, как сообщается, способны как увеличивать (138), так и уменьшать размер мышц (10) в различных контекстах. Считается, что воспалительная реакция на EIMD также вызывает выработку циклооксигеназы, которая может способствовать гипертрофии, поскольку нестероидные противовоспалительные препараты (нацеленные на циклооксигеназу) притупляют гипертрофию после плановых тренировок с отягощениями (88). Существуют также доказательства того, что активные формы кислорода (АФК) способствуют гипертрофии, поскольку добавление антиоксидантов может ослаблять передачу сигналов гипертрофии (114) и уменьшать степень гипертрофии мышц, вызванной физическими упражнениями (12).Однако, даже если ИЛ-6 и АФК могут влиять на размер мышц, они явно являются посредниками в гипертрофическом процессе, поскольку должны присутствовать предшествующие гипертрофические стимулы и сенсоры, которые увеличивают их концентрацию в ответ на упражнения с отягощениями. Более того, ROS вызывается не только EIMD, но и бегом на выносливость (125), который обычно не вызывает гипертрофии. Таким образом, доказательства того, что EIMD связана с гипертрофией, в основном косвенные, некоторые противоречивые, а предполагаемые механизмы и сенсоры не полностью охарактеризованы.

Мы уже упоминали, что механические силы, вероятно, являются наиболее важными стимулами гипертрофии. Когда механические силы отсутствуют или уменьшены, другие сигналы обычно лишь незначительно влияют на размер мышц. Например, когда пациенты после операции на коленном суставе с иммобилизацией корсета периодически перекрывали свои бедра, их мышцы атрофировались на ≈7% в течение 14 дней, что было значительно меньше, чем ≈15% атрофии, наблюдаемой в контрольной группе без окклюзии (146). Этот эксперимент предполагает, что потенциальные гипертрофические стимулы, связанные с окклюзией, не могут компенсировать потерю механической нагрузки, но могут ограничить атрофию.Однако при сочетании окклюзии сосудов с динамическими мышечными сокращениями неизменно возникает выраженная гипертрофия, даже при использовании относительно легких нагрузок или вообще без внешних нагрузок (1, 89). В этих режимах тренировок окклюзия сосудов увеличивает метаболический стресс, о чем можно судить по падению уровня фосфокреатина (PCr) и pH (143). Точно так же мышцы гипертрофируются сильнее, если тренировки с отягощениями с относительно большой нагрузкой проводятся в условиях перемежающейся гипоксии по сравнению с нормоксией (85, 93, 106). Тот факт, что ограничение кровотока и гипоксия влияют на метаболизм, побудил некоторых исследователей предположить, что сигналы, связанные с метаболическим стрессом, такие как метаболиты (т.(например, молекулы, участвующие в метаболизме, которые обычно ниже ≈1 500 Да), могут иметь анаболический эффект и способствовать гипертрофии мышц (133). Альтернативное предложение состоит в том, что «метаболиты просто усиливают активацию мышц и вызывают каскад механотрансдукции в большей части мышечных волокон» (31). Это еще один способ сказать, что некоторые волокна утомляются во время сокращения, что связано с изменениями концентраций метаболитов, такими как снижение уровня фосфокреатина или повышение уровня лактата. Как следствие, для поддержания выходной силы необходимо задействовать дополнительные волокна, и эти дополнительные волокна затем дополнительно подвергаются гипертрофическим стимулам.Однако недавняя работа показала, что добавление тренировки с ограничением кровотока к традиционной программе тренировок с отягощениями преимущественно увеличивает площадь поперечного сечения волокон 1-го типа в когорте элитных пауэрлифтеров (13). Это, по-видимому, опровергает гипотезу о том, что гипертрофические эффекты тренировки с ограничением кровотока являются просто функцией повышенного рекрутирования высокопороговых моторных единиц, и повышает вероятность того, что связанное с этим накопление метаболитов может вызвать анаболизм через другие механизмы.В дальнейшем мы обсуждаем потенциальную роль метаболитов как стимулов к гипертрофии.

Метаболический стресс

Метаболический стресс можно определить как изменения в метаболизме энергии и метаболитов, которые происходят во время нестационарных сокращений мышц. Нестационарные сокращения — это сокращения, при которых не весь гидролизованный АТФ может быть повторно синтезирован только за счет окислительного фосфорилирования. Как следствие, концентрация PCr будет постоянно снижаться, поскольку PCr повторно синтезирует АДФ в АТФ посредством реакции Ломана (PCr + ADP↔ATP + креатин).Более того, концентрация лактата повысится, а pH упадет, поскольку АТФ дополнительно повторно синтезируется посредством гликолиза. Таким образом, низкая концентрация PCr, высокая концентрация лактата и низкий pH являются биомаркерами метаболического стресса. Что касается этих метаболитов, ограничение кровотока не изменит скорость гидролиза АТФ, но снизит доставку кислорода и окислительный ресинтез АТФ, что требует большего расщепления ПЦР и более высокой скорости гликолиза в активных мышечных волокнах (143, 144).

Метаболический стресс во время упражнений с отягощениями по сравнению с другими видами упражнений

Чем выше физическая нагрузка, тем больше АТФ гидролизуется в секунду и тем быстрее изменяются PCr, лактат и pH. Таким образом, во время упражнений с отягощениями высокой интенсивности концентрация PCr и pH будут падать в секунду больше, чем во время упражнений с отягощениями с низкой нагрузкой (143, 144, 158). Однако, поскольку метаболический стресс либо вызывает утомление, либо связан с ним (5), метаболический стресс будет выше в конце подхода с низкими нагрузками, потому что мы можем поднять меньшую нагрузку с более утомленными мышцами, чем во время подхода с высокими нагрузками. поскольку мы можем поднять большую нагрузку, только если утомляемость и метаболический стресс невысоки.

Логика, согласно которой подход с меньшими нагрузками до изнеможения вызовет больший метаболический стресс, чем подход с большими нагрузками, подтверждается экспериментальными данными. В исследовании биопсии Tesch et al. (148) измеряли внутримышечный PCr и другие метаболиты в латеральной широкой мышце бедра до и после нескольких наборов 10-ти повторных сокращений мышц ног до отказа у тренированных бодибилдеров. Внутримышечный PCr снизился с 21,3 ± 3,7 ммоль / кг перед физической нагрузкой до 10,9 ± 2,5 ммоль / кг (51% до нагрузки) после последней серии упражнений, что свидетельствует об умеренном метаболическом стрессе.Напротив, во время периодических упражнений с отягощениями с 25% от 1ПМ, что является субоптимальным для гипертрофии, PCr снизился до 17 ± 12% от концентрации перед тренировкой у взрослых женщин и 18 ± 16% от концентрации перед тренировкой у взрослых мужчин, соответственно (74 ), что свидетельствует о высоком метаболическом стрессе. Аналогичным образом, PCr снизился с 15,8 ± 1,7 до 1,7 ± 0,4 ммоль / кг (11% от нагрузки до тренировки) после бега на 400 м (64). В совокупности это показывает, что метаболический стресс обычно выше во время упражнений в нестационарном состоянии с интенсивностью, субоптимальной для гипертрофии (86), чем во время «классической» тренировки с отягощениями ≈10 повторений у тренированных людей.

Метаболиты, обладающие анаболическими сигнальными свойствами

Метаболический стресс — это расплывчатое понятие, учитывая, что ≈2700 метаболических ферментов катализируют ≈900 метаболических реакций (129) и что ≈4000 метаболитов могут быть обнаружены только в сыворотке крови человека (123). Следовательно, учитывая обилие метаболитов, существуют ли какие-либо метаболиты или другие факторы, связанные с метаболическим стрессом, которые могут действовать как стимулы к гипертрофии? Существуют ли какие-либо метаболиты, которые, согласно нашему определению, могут рассматриваться как стимулы гипертрофии?

Лактат является ключевым биомаркером метаболического стресса и одним из наиболее изученных метаболитов при физической нагрузке.Есть некоторые свидетельства того, что лактат может влиять на дифференцировку мышц и иметь некоторые анаболические эффекты (104). Согласно наиболее обширному на сегодняшний день исследованию, лактат влияет на экспрессию регуляторов дифференцировки мышц in vitro. Кроме того, авторы обнаружили, что комбинация 30-минутной программы низкоинтенсивных беговых тренировок вместе с дозой лактата и кофеина увеличивает мышечную массу и гипертрофическую передачу сигналов у крыс (111). Однако невозможно сделать вывод, какая часть гипертрофии была вызвана лактатом.Другие исследования показывают, что скелетные мышцы могут ощущать изменения внеклеточного лактата. Например, работа из лаборатории Джорджа Брукса (60) продемонстрировала, что, когда 20 мМ лактата заставляли мышечные трубки L6 крысы экспрессировать гены, связанные с лактатом, но это не показало, что лактат является стимулом гипертрофии. Совсем недавно Оно и др. (110) обнаружили, что 20 мМ лактат способен вызывать анаболические сигналы и гипертрофию в клетках C2C12, возможно, GPR81-зависимым образом. Это предполагает, что внеклеточный лактат может инициировать сигнальные события через мембраносвязанные рецепторы в скелетных мышцах.Хотя эти данные показывают, что лактат может быть модификатором мышечных сигналов и гипертрофии, концентрации лактата обычно самые высокие во время упражнений, что неоптимально для гипертрофии, такой как бег на 400 метров.

Другим энергетическим метаболитом, связанным с анаболизмом, является α-кетоглутарат, который является не только метаболитом цитратного цикла, но и поглотителем азота (163). Длительный прием питьевой воды в течение 9 недель с 2% α-кетоглутарата привел к значительной гипертрофии скелетных мышц икроножной мышцы и увеличению маркеров активности mTORC1 (19), что свидетельствует о том, что α-кетоглутарат может стимулировать гипертрофию мышц.Однако, напротив, добавление l-аргинина α-кетоглутарата не увеличивало показатели силы, такие как 1 ПМ после программы тренировок с отягощениями у людей, по сравнению с контролем плацебо (161).

Другими анаболическими метаболитами являются фосфатидная кислота и лизофосфатидная кислота, которые могут активировать передачу сигналов mTORC1 (68, 139) и Hippo (165) соответственно. Мы уже обсуждали, что эксцентрические сокращения, вызывающие гипертрофию, увеличивают концентрацию фосфатидной кислоты в передней большеберцовой мышце (109).

Еще одним потенциальным источником метаболитов, вызывающих гипертрофию, является распад мышечного белка. Активация синтеза белка скелетных мышц при выполнении упражнений с отягощениями, по-видимому, коррелирует с активацией распада белка скелетных мышц (119). Клеточные эксперименты демонстрируют, что простого увеличения внутриклеточной концентрации ключевых аминокислот, таких как лейцин, всего на 7%, достаточно для полумаксимальной активации mTORC1 (22). Кроме того, однократная тренировка с отягощениями у грызунов вызывает увеличение внутримышечной концентрации лейцина примерно на 25% (91).Предполагается, что это увеличение внутриклеточного лейцина, возможно, из-за распада белка, воспринимается аминокислотным сенсором mVPS34, что приводит к активации mTORC1 (91). Однако употребление 40 г белка может почти утроить содержание внутриклеточного лейцина в скелетных мышцах человека (92), и маловероятно, что небольшие временные изменения внутримышечного лейцина в результате упражнений с отягощениями вносят основной вклад в гипертрофический ответ на упражнения с отягощениями. .

Помимо метаболитов, метаболические ферменты также могут участвовать в передаче сигналов гипертрофии.Исследователи обнаружили в клетках и фибробластах HEK293, что гликолитический фермент GAPDH связывает Rheb и ингибирует передачу сигналов mTORC1. Однако, когда гликолитический поток высок, как это было бы в конце набора упражнений с отягощениями, тогда GAPDH больше не ингибировал mTORC1 и клетки растут (87). В этом сценарии сигналы, которые активируют гликолитические ферменты, такие как фосфорилаза и фосфофруктокиназа, будут стимулами гипертрофии, а ферменты — их сенсорами. Это показывает вероятный механизм, с помощью которого сигнал, связанный с гликолитическим потоком, может действовать как стимул гипертрофии, способный активировать mTORC1 и гипертрофию скелетных мышц.Эти и другие связи между метаболизмом, мышечной массой и регенерацией были недавно рассмотрены (78).

Исследования, которые не поддерживают энергетический стресс как стимул гипертрофии

В ходе эволюции развились механизмы, снижающие синтез белка и рост клеток при метаболическом стрессе. Например, когда крысам давали активатор AMPK, имитирующий метаболический стресс, AICAR, синтез мышечного белка значительно снижался до 55% от синтеза белка, измеренного у контрольных крыс (16).Вскоре после этого Inoki et al. (70) продемонстрировали, что датчик метаболического стресса AMPK ингибирует mTORC1 через TSC2. В соответствии с этим, синергетически удаленная подошва гипертрофировала больше при нокауте AMPKα1, чем контрольные мыши дикого типа, что позволяет предположить, что активация AMPK при энергетическом стрессе может притупить гипертрофию, по крайней мере, в некоторых моделях гипертрофии (102). Однако, хотя продолжительный метаболический стресс может работать через такие механизмы, чтобы объяснить снижение мышечной гипертрофии во время одновременных тренировок на выносливость и отягощение (9), неясно, объясняют ли эти исследования то, что происходит во время кратковременного метаболического стресса во время острых упражнений с отягощениями, которые могут оказывать влияние. эффект через различные метаболиты и сигнальные молекулы.

Хотя существует большое количество в основном косвенных свидетельств о стимулах гипертрофии и их сенсорах, эти свидетельства часто трудно интерпретировать, и, как следствие, остается много вопросов. Механические стимулы выделяются как наиболее вероятные и наиболее мощные стимулы гипертрофии, и некоторые потенциальные механочувствительные механизмы были частично охарактеризованы. Для нас ключевой вопрос заключается в том, имеют ли мышечные волокна, которые являются клетками, производящими самые высокие силы, свою собственную специфическую механочувствительную систему в дополнение к общим фокальным спайкам (т.e., costameres в мышцах), которые ощущают механическую среду большинства клеток. Z-диск — это первичная поперечно-полосатая мышца-кандидат для определения силы, специфической для мышц. Z-диски не только напрямую подвергаются воздействию сил, создаваемых саркомерами, но Z-диски дополнительно передают эти силы в продольном и поперечном направлении через костамеры (44). Более того, Z-диск становится сигнальным центром, когда мышцы сокращаются с высокой интенсивностью и генерируют большие силы. Это подтверждается результатами недавнего фосфопротеомного исследования, в котором сообщается, что большинство белков Z-диска сильно изменяют свое фосфорилирование в ответ на сокращение мышц мышей максимальной интенсивности.В частности, локализованные на Z-диске киназы обскурин и Speg изменяют свое фосфорилирование, а белки комплекса филамин-Bag3, локализованные на Z-диске, также фосфорилируются (121, 153). Таким образом, будущие исследования должны стремиться ответить на следующий вопрос: «Это в основном? Z-диск или костамеры, где ощущаются и передаются стимулы механической гипертрофии после упражнений с отягощениями? »

Данные, предполагающие и поддерживающие EIMD или стимулы гипертрофии, связанные с метаболическим стрессом, в основном являются косвенными, а связанные с ними молекулярные механизмы плохо изучены.Более того, рост может происходить при относительном отсутствии любого из этих предполагаемых сигналов, что дополнительно подтверждает гипотезу о том, что механические стимулы являются первичными стимулами гипертрофии. Тем не менее, исследования показывают, что как EIMD, так и метаболический стресс регулируют множество факторов, участвующих в гипертрофическом процессе, и существует разумное обоснование того, что их проявление, вызванное тренировками с отягощениями, может способствовать гипертрофической адаптации. Если это так, то еще предстоит определить, являются ли эти факторы добавочными к механически полученным сигналам или, возможно, избыточными при достижении заданного уровня механической силы.Более того, если эти сигналы действительно аддитивны, остается определить, существует ли верхний порог, выше которого не будут реализованы никакие дополнительные преимущества, связанные с ростом. В частности, любые гипертрофические эффекты EIMD почти наверняка будут следовать герметической кривой, с преимуществами, наблюдаемыми только до заданной точки, и в конечном итоге они подавляют гипертрофию, когда EIMD чрезмерно. К этому моменту высокая степень EIMD снижает способность мышц производить силу, что, в свою очередь, препятствует способности человека тренироваться, а также отрицательно влияет на восстановление (80, 108).Таким образом, может существовать «золотая середина», при которой комбинация механических, метаболических и связанных с повреждениями сигналов взаимодействует синергетически, способствуя максимальной гипертрофической реакции.

Наконец, как исследователи должны продвигаться к долгосрочной цели выявления всех основных стимулов гипертрофии и их сенсоров? Ясно, что ведущие исследователи должны выйти за рамки косвенных ассоциативных исследований, поскольку существует слишком много смешанных переменных, чтобы сделать обоснованные выводы. Сила, метаболизм и EIMD взаимосвязаны, и кажется невозможным изменить только одну из этих переменных во время упражнений с отягощениями, не изменяя другие, поэтому такие исследования никогда не дают окончательных результатов.Один из ключевых экспериментов — оценить, является ли предполагаемый датчик гипертрофии важным для адаптации гипертрофии мышц к упражнениям с отягощениями. Чтобы проверить это, ген, кодирующий датчик, должен быть выключен или подавлен фармакологически, чтобы оценить, препятствует ли это адаптации к упражнениям. Однако проблема этого подхода заключается в том, что предполагаемые датчики гипертрофии, такие как Bag3, необходимы для нормальной функции мышц (66). Следовательно, их глобальный нокаут обычно вызывает миопатию или дистрофию, что ограничивает полезность таких моделей для изучения их роли в передаче сигналов гипертрофии.Здесь необходимы более сложные модели трансгенных животных. Стратегии могут включать нацеливание трансгенеза только на скелетные мышцы, делая его индуцируемым и модулируя только те участки белка, которые, вероятно, являются медиаторами функции восприятия гипертрофии. Однако даже целенаправленный трансгенез может вызвать проблемы, поскольку механосенсоры уже могут быть необходимы для нормальной функции мышц. Это серьезная проблема для исследователей в этой области. Другая стратегия определения датчика гипертрофии основана на знании того, что любой белок, воспринимающий гипертрофию, должен физически взаимодействовать с белками, которые опосредуют гипертрофию дальше по течению.Здесь некоторые ответы могут дать протеомные исследования взаимодействия в скелетных мышцах в состоянии покоя и с отягощениями (3). Например, исследователи могут коиммунопреципитировать белковые комплексы mTORC1 в мышцах, тренируемых в состоянии покоя и с отягощениями, чтобы с помощью масс-спектрометрического анализа увидеть, какие белки взаимодействуют с mTORC1 под нагрузкой или метаболическим стрессом по сравнению с отдыхом. Это может выявить либо сам датчик гипертрофии, либо промежуточные белки, которые соединяют датчик гипертрофии с mTORC1 и другими нижестоящими медиаторами гипертрофии.Хотя это кажется выполнимым, в действительности это будет сложный эксперимент, поскольку интерпретация протеомных экспериментов по взаимодействию обычно затруднена из-за ложноположительных результатов.

Таким образом, окончательное определение основных стимулов гипертрофии и их сенсоров, несомненно, является одним из больших оставшихся вопросов физиологии упражнений. Однако экспериментально этого трудно достичь, что объясняет, почему, несмотря на многие исследования, все еще существует большая неопределенность. Мы надеемся, что этот обзор поможет обновить статус-кво и стимулировать будущие исследования в этой области.

(PDF) Повреждение мышц и гипертрофия скелетных мышц человека

Том 1 • Выпуск 5 • 1000e124

Biochem Pharmacol

ISSN: 2167-0501 BCPC, журнал с открытым доступом

Редакционный

ac Biology & Pharmacistry

: Открытый доступ

Ide, Biochem Pharmacol 2012, 1: 5

http://dx.doi.org/10.4172/2167-0501.1000e124

От редакции

Гипертрофия скелетных мышц — это морфологическая адаптация к

, связанная с усилением тренировок. с активацией сателлитных клеток

различных сигнальных путей, регулирующих синтез белка, и

воспалительных, гормональных реакций и ответов факторов роста [1].

В последнее время в литературе уделяется внимание роли повреждения мышц, вызванного физической нагрузкой, в продвижении

адаптации [2]. Несмотря на его

вредных краткосрочных эффектов, была выдвинута гипотеза, что повреждение

необходимо для долгосрочной гипертрофической адаптации [3].

Однако другие исследователи подвергли сомнению эту гипотезу, отметив

, что гипертрофия может возникать при относительном отсутствии повреждений [4-6].

Свидетельства против гипертрофии, вызываемой повреждением, основаны на факте

, что эффект повторной тренировки после единственного упражнения был подтвержден

, тогда как повреждение мышц было незначительным [2,7]. Это наблюдение

предполагает, что повреждение не способствует гипертрофии мышц

, так как мышцы становятся менее восприимчивыми к повреждениям, но гипертрофия

сохраняется [2]. Проблема с этой теорией

состоит в том, что повреждение мышц сохраняется даже у хорошо обученных субъектов, хотя

в меньшей степени, чем у начинающих практикантов [8].Кроме того, маркер

, используемый для оценки повреждений, представляет собой количественное определение плазматической активности миобрилярных белков, таких как креатинкиназа,

. Свидетельства в литературе

показывают, что активность креатинкиназы в плазме

считается плохим предиктором мышечного повреждения, поскольку она не представляет значимой линейной корреляции

с мышечными функциями и ультраструктурными

изменениями в мышцах после упражнений [ 8-10].

Доказательства гипертрофии, вызванной повреждением, основаны на том факте

, что эксцентрический компонент упражнения (хорошо закрепленный, вызывая гипертрофию на

больших величин, чем концентрические и изометрические

мышечных воздействий) характеризуется тем, что вызывает большие величины

повреждение мышц [11] и воспалительные реакции в острой фазе [7,12–

15].

Еще одно свидетельство состоит в том, что усиление передачи сигналов mTOR может происходить

также независимо от пути IGF-1 [16-18] из-за

PKB-независимой и механически индуцированной передачи сигналов mTOR через

фосфолипазой D, генерируемой фосфатидной кислотой. производство.Согласно предложению

Hornberger et al. [16], фосфолипаза D диссоциирует от α-актинина

во время повторяющейся механической работы, вызванной сокращением мышц,

снимает ингибирование фосфолипазы D и впоследствии способствует выработке фосфатидной кислоты

и активации mTOR. Таким образом, фосфолипаза

D может представлять собой возможную связь между мышечной структурой и внутриклеточной передачей сигналов

за счет повышения активации пути mTOR-p70S6k

независимым от PKB способом [16], что подтверждает тот факт, что

потоковая передача Z-диапазона на самом деле может быть частью ремоделирования мышц

ber, которое происходит в ответ на тренировку с отягощениями [19,20].

Принимая во внимание полемический характер актуальности темы для поля

, посвященного спортивным результатам и реабилитации, мы рекомендуем, чтобы в будущем исследовании

была поставлена ​​цель выяснить, существует ли причинно-следственная связь между повреждением мышц

и гипертрофией скелетных мышц. Мы также рекомендуем

особую осторожность с ранее обученными субъектами. Учитывая, что эффект потолка

замедляет скорость роста мышц по мере получения тренировочного опыта,

вполне возможно, что миоповреждение становится все более важным медиатором гипертрофии

у высококвалифицированных людей, но не у нетренированных.

Ссылки

1. Кади Ф., Чариу Н., Денис К., Лекселл Дж., Андерсен Дж. Л. и др. (2005) Поведение

сателлитных клеток в ответ на упражнения: что мы узнали из исследований на людях

? Pugers Arch 451: 319-327.

2. Schoenfeld BJ (2012) Играет ли повреждение мышц, вызванное физической нагрузкой, роль в гипертрофии скелетных мышц

? J Strength Cond Res 26: 1441-1453.

3. Evans WJ, Cannon JG (1991) Метаболические эффекты вызванного физической нагрузкой повреждения мышц

.Exerc Sport Sci Rev 19: 99-125.

4. ЛаСтайо П., МакДонах П., Липович Д., Наполес П., Бартоломью А. и др. (2007)

Пожилые пациенты и упражнения с отягощениями высокой силы — описательный отчет:

Может ли анаболическая реакция роста мышц произойти без повреждения мышц или воспаления

? J Geriatr Phys Ther 30: 128-134.

5. Flann KL, LaStayo PC, McClain DA, Hazel M, Lindstedt SL (2011) Мышцы

Повреждение и реконструкция мышц: нет боли, нет увеличения? J Exp Biol 214: 674-679.

6. Брентано М.А., Мартинс Круэль Л.Ф. (2011) Обзор повреждения мышц

, вызванного силовыми упражнениями: применение, механизмы адаптации и ограничения. J Sports

Med Phys Fitness 51: 1-10.

7. Носака К., Сакамото К., Ньютон М., Сакко П. (2001) Эффект повторной схватки

эксцентрических упражнений с пониженной нагрузкой на повреждение локтевого эксцентрика. Eur J Appl

Physiol 85: 34-40.

8. Манфреди Т.Г., Филдинг Р.А., О’Рейли К.П., Мередит С.Н., Ли Х.Й. и др.(1991)

Активность креатинкиназы в плазме и повреждение мышц, вызванное физической нагрузкой, у пожилых

мужчин. Медико-спортивные упражнения 23: 1028-1034.

9. Фриден Дж., Либер Р.Л. (2001) Уровень креатинкиназы в сыворотке — плохой предиктор

мышечной функции после травмы. Scand J Med Sci Sports 11: 126-127.

10. Уоррен Г.Л., Лоу Д.А., Армстронг Р.Б. (1999) Инструменты измерения, использованные в исследовании

травм, вызванных эксцентрическим сокращением. Sports Med 27: 43-59.

11. Уоррен Г.Л., Ингаллс С.П., Лоу Д.А., Армстронг Р.Б. (2001) Возбуждение-сокращение

разобщение: основная роль в мышечном повреждении, вызванном сокращением. Exerc Sport Sci

Ред. 29: 82-87.

12. Филдинг Р.А., Манфреди Т.Дж., Динг В., Фиатароне М.А., Эванс В.Дж. и др. (1993)

Острая фазовая реакция при физической нагрузке. III. Накопление нейтрофилов и ИЛ-1 бета в

скелетных мышцах. Am J Physiol 265: R166-R172.

13. Симонсон С.Р. (2001) Иммунный ответ на упражнения с отягощениями.J Strength

Cond Res 15: 378-384.

14. Simonson SR, Jackson CG (2004) Лейкоцитоз возникает в ответ на упражнения с отягощениями

у мужчин. J Strength Cond Res 18: 266-271.

15. Смит Л.Л., Анвар А., Фраген М., Рананто С., Джонсон Р. и др. (2000) Cytokines

* Автор, ответственный за переписку: Бернардо Неме Идэ, Департамент биохимии, Институт

биологии, Государственный университет Кампинаса, Университетский город — Кампинас, 13083-970, SP —

Бразилия, Тел: 19-35216148; Электронная почта: bernardo_311 @ hotmail.com

Поступила в редакцию

24.05.2012; Принята в печать 25 мая 2012 г .; Опубликовано 26 мая 2012 г.

Образец цитирования: Ide BN (2012) Повреждение мышц и гипертрофия скелетных мышц человека.

Biochem Pharmacol 1: e124. DOI: 10.4172 / 2167-0501.1000e124

Авторские права: © 2012 Ide BN. Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями

лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение

на любом носителе при условии указания автора и источника

.

Повреждение мышц и гипертрофия скелетных мышц человека

Бернардо Неме Иде *

Кафедра биохимии, Институт биологии, Государственный университет Кампинаса, Университетский город — Кампинас, SP — Бразилия

Последние достижения в понимании сопротивления …

Введение

Скелетная мышца является органом передвижения, но также вносит большой вклад в расход энергии в состоянии покоя ¹ и является крупнейшим резервуаром постпрандиального инсулино-стимулированного удаления глюкозы в крови ² .Таким образом, помимо очевидной роли скелетных мышц в передвижении и подвижности, их поддержание имеет решающее значение для метаболического здоровья. Действительно, более низкие, чем предполагалось, нормы массы и функции скелетных мышц связаны с множеством негативных последствий для здоровья, таких как сердечно-сосудистые заболевания, рак и повышенный риск инвалидности ³ . Следовательно, согласованные усилия по поддержанию, увеличению или восстановлению утраченной массы скелетных мышц (например, из-за неиспользования мышц) имеют отношение к здоровью человека ⁴ .

Скелетные мышцы демонстрируют необычайный диапазон фенотипической пластичности в ответ на изменение сократительных стимулов. Гипертрофию скелетных мышц можно определить как увеличение площади поперечного сечения мышц (CSA), оцениваемое с помощью магнитно-резонансной томографии (MRI), компьютерной томографии, ультразвука и / или биопсии, исследующей CSA мышечных волокон (fCSA). В настоящее время тренировки с хроническими упражнениями с отягощениями (RE) и достаточное количество диетического протеина обеспечивают наиболее эффективные немедикаментозные стратегии, способствующие гипертрофии скелетных мышц ⁵ .Значительное внимание было направлено на расшифровку механистических основ того, что вызывает гипертрофию скелетных мышц. Цель этого обзора — предоставить краткое актуальное описание последних достижений в нашем понимании гипертрофии скелетных мышц, вызванной RET. Примечательно, что недавно были опубликованы аналогичные тематические обзоры (см. Ссылки ^6–8 ), и с ними следует консультироваться, чтобы получить другие точки зрения по этой теме.

Экзогенные и эндогенные переменные в определении гипертрофии

На гипертрофию мышц влияют факторы, которые можно в общих чертах разделить на две категории: экзогенные и эндогенные переменные.Экзогенные факторы включают переменные, связанные с RE (нагрузка, количество повторений, время под напряжением, объем и т. Д.), Переменные, связанные с диетой, такие как протеиновые добавки, потребление энергии и потребление анаболических добавок (например, креатина), а также прием анаболических гормонов. Гипертрофический ответ на RET может быть незначительно увеличен за счет потребления большего количества белка, чем рекомендовано, но реакция насыщается при потреблении ~ 1,6 г белка / кг массы тела / день, о котором сообщают сами пациенты. ⁵ ; однако у людей, тренирующихся с отягощениями, может потребоваться большее потребление белка (~ 2.0–2,2 г белка / кг массы тела / день) для максимального усиления анаболизма всего тела ^5,9 . В частности, неоднократно было показано, что лейцин является наиболее сильным и, возможно, исключительно в отношении скелетных мышц человека ¹⁰ , аминокислотным агонистом, который индуцирует синтез мышечного белка (MPS) ^10–12 .

Эндогенные переменные, а именно геномные, эпигенетические, транскриптомные и протеомные переменные ¹³ , являются детерминантами мышечной гипертрофии. Важно отметить, что на каждую из этих переменных в конечном итоге могут влиять экзогенные переменные, такие как парадигмы питания и RET, на которые они могут давать разные ответы.Существующая литература демонстрирует, что манипулирование некоторыми переменными RET имеет, в лучшем случае, статистически значимые, но относительно небольшие эффекты, которые по большей части связаны с большей механической работой (хотя и у этого тоже есть потолок) и наиболее легко внешне проявляются высоким (er ) степени усилия ¹⁴ . Совершенно очевидно, что кратковременное повышение системных концентраций различных анаболических гормонов (тестостерона, гормона роста и инсулиноподобного фактора роста 1 [IGF-1]) после тренировки не связано с гипертрофией мышц ^15,16 .

Хотя экзогенные переменные важны, все более широко признается, что эндогенные молекулярные ответы на RE имеют первостепенное значение при определении гипертрофического ответа. Внутримышечные механочувствительные сигнальные пути и внеклеточные поддерживающие структуры (т.е. внеклеточный матрикс и капилляры), по-видимому, играют важную роль в гипертрофии ¹⁷ . Хотя доказательства сомнительны ^18,19 , наша лаборатория продемонстрировала, что люди, демонстрирующие большую гипертрофию в ответ на RET, по-видимому, имеют большее содержание рецепторов андрогенов в состоянии покоя ¹⁶ , и изменение содержания рецепторов андрогенов положительно коррелирует с увеличением fCSA после RET ²⁰ .Более того, усиленная пролиферация сателлитных клеток (SC) в ответ на нагрузку ²¹ отличается от более низких гипертрофированных «ответчиков» на RET. Более того, вышеупомянутые эндогенные переменные — более высокое содержание рецепторов андрогенов и усиленная пролиферация SC — сообщалось, что они больше у «высоких» по сравнению с «низкими» ответчиками на RET ^22–24 . Стимуляция MPS также может происходить из-за повышенной эффективности трансляции, с большим количеством транслируемой мРНК на рибосомную единицу ²⁵ , или за счет увеличения трансляционной способности, которая происходит за счет добавления большего количества рибосом для трансляции существующей мРНК.Следовательно, рибосомный биогенез также рассматривается как эндогенная переменная, связанная с гипертрофией мышц ^6,26 . Более подробно эта концепция обсуждается далее в обзоре. Схема этих взаимосвязей представлена ​​на рисунке 1. Принцип, проиллюстрированный на этом рисунке, заключается в том, что в ответ на механическую нагрузку есть степени гипертрофической реакции, которые люди могут, но не могут улучшить. Таким образом, подобно вариабельности реакции на любой внешний стимул, существует вариабельность реакции на гипертрофию, вызванную физической нагрузкой, которая продвигается внешними переменными, но преимущественно транслируется в рост мышц через эндогенные переменные.Очевидно, что у нас нет полной картины гипертрофического процесса, вызванного нагрузкой, и необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить взаимосвязь между экзогенными переменными и их влиянием на эндогенные переменные, которые непосредственно опосредуют пути, ведущие к гипертрофии мышц.

Рис. 1. Текущее понимание взаимосвязи между экзогенными и эндогенными переменными гипертрофии скелетных мышц.

Соответствующие экзогенные стимулы необходимы для модуляции эндогенных переменных, связанных с синтезом мышечного белка, и индукции гипертрофии скелетных мышц.Упражнения с отягощениями и переменные питания, такие как диетический белок (особенно лейцин), а также анаболические добавки, считаются наиболее надежными экзогенными переменными для гипертрофии скелетных мышц. Однако красная линия со стрелкой и красная пунктирная линия показывают, что экзогенные переменные не вызывают гипертрофию скелетных мышц независимо от модуляции эндогенных переменных. Следовательно, на эндогенные переменные влияют экзогенные переменные, такие как модификация гистонов, факторов транскрипции, сателлитных клеток и / или содержания рецепторов андрогенов, которые являются ключевыми детерминантами гипертрофии скелетных мышц.Синяя линия со стрелкой описывает экзогенные стимулы, которые должны действовать через эндогенные переменные, представленные тонкими синими линиями, чтобы вызвать гипертрофию скелетных мышц. Кроме того, в зависимости от степени реакции эндогенных переменных на экзогенные стимулы, у лиц с более высоким ответом может быть более выраженная гипертрофия скелетных мышц по сравнению с участниками с более низким ответом.

Оборот белка и его роль в гипертрофии скелетных мышц

Гипертрофия скелетных мышц возникает в результате повторяющихся периодов положительного чистого белкового баланса (NPB), когда скорость MPS превышает скорость распада мышечного белка (MPB).В постабсорбционном (т.е. голодном) состоянии показатели MPB превышают MPS, что приводит к отрицательному NPB ²⁷ . Важно отметить, что питание и сократительная активность являются мощными модуляторами MPS и, в меньшей степени, MPB как у тренированных ^28–30 , так и у нетренированных людей ³¹ . В частности, в постабсорбционном состоянии RE стимулирует увеличение как MPS, так и MPB, и хотя MPS стимулируется в большей степени, NPB остается отрицательным ³⁰ . Прием диетического белка, содержащего достаточное количество незаменимых аминокислот ³⁰ , в непосредственной близости от RE, увеличивает MPS и ослабляет вызванное физическими упражнениями увеличение MPB.Следовательно, только когда RE сочетается с протеиновым питанием, NPB становится положительным, облегчая небольшие периоды накопления мышечного протеина с RET, что в сумме приводит к возможной гипертрофии ²⁷ .

Изменения в MPS после поглощения модифицируются с помощью RET (для обзора см. 32). Повышенный постабсорбционный МПС был предложен в качестве основного фактора гипертрофии мышц с RET (> 6 недель) ⁶ . Действительно, ранние наблюдения на людях показывают, что MPS после поглощения повышается в обученном состоянии ^30,33,34 .Однако, как и у нетренированных людей, NPB в состоянии после абсорбции всегда отрицательный из-за сопутствующего повышения MPB у обученных людей ^30,32 . Таким образом, тренированное состояние отличается повышенной общей скоростью оборота белка — повышенными показателями MPS и MPB — что способствует только чистому приросту белка, что многократно продемонстрировано ^26,32,35 в состоянии сытости. Повышение MPB в тренированном состоянии также подтверждается молекулярными данными ³⁶ .Острые периодические повышения MPS в ответ на и при постоянной практике RE в сочетании с достаточным питанием белком, несомненно, являются основными движущими силами наращивания мышечного белка и гипертрофии скелетных мышц ³⁷ . Мы предполагаем, что общий повышенный обмен белка (в результате кумулятивного более острых периодов положительного NPB), наблюдаемый при хроническом RET, является преимуществом и отражает общее увеличение обмена мышечных белков (т. Е. Повышенную регуляцию MPS и MPB), что способствует эффективному ремоделирование белка, которое приводит к постепенному накоплению мышечного белка, проявляющемуся в виде гипертрофии ³² ; эти концепции схематически изображены на рисунке 2.

Рис. 2. Текущее понимание изменений в обмене мышечного белка при хронических тренировках с отягощениями.

Гипертрофия скелетных мышц может происходить только в периоды положительного белкового баланса: то есть, когда относительная скорость синтеза мышечного белка (MPS) (синяя линия) превышает скорость распада мышечного белка (MPB) (красная линия). В состоянии натощак уровни MPB превышают таковые MPS, что приводит к отрицательному чистому белковому балансу (NPB). По сравнению с нетренированными людьми ( A ), тренированные люди ( B ) демонстрируют более высокие показатели MPS натощак; однако белковый баланс остается отрицательным из-за сопутствующего повышения MPB в тренированном состоянии.Независимо от тренировочного статуса, пищевые и сократительные стимулы являются мощными регуляторами MPS и, в меньшей степени, MPB. Упражнения с отягощениями (RE) стимулируют увеличение как MPS, так и MPB, а NPB остается отрицательным. Прием диетического белка, в частности незаменимых аминокислот, в непосредственной близости от RE увеличивает MPS и ослабляет вызванное физическими упражнениями увеличение MPB, что приводит к временному положительному белковому балансу. Хроническая тренировка RE (RET) модулирует временной ход увеличения MPS после тренировки RE.В частности, первоначальное увеличение MPS после тренировки RE менее выражено в нетренированном состоянии, чем в тренированном состоянии; однако он живет дольше и достигает пика позже в нетренированном, чем в тренированном состоянии. MPS, MPB и NPB в периоды ( B ) RE + Fasted и ( C ) RE + Fed в нетренированном и тренированном состоянии.

На молекулярном уровне RE и белковое питание увеличивают MPS за счет механистической мишени рапамицинового комплекса 1 (mTORC1) -зависимых ³⁸ и -независимых ^38,39 механизмов.Обычно фосфорилирование mTORC1 активирует несколько нижестоящих киназ, увеличивая эффективность трансляции (т. Е. Увеличение скорости трансляции мРНК за счет постоянного пула рибосом) и, с помощью RET, способность к трансляции (т. Е. Общее количество доступных рибосом) ^26,38 . Недавно было высказано предположение, что увеличение трансляционной способности является центральным для изменений постабсорбтивного MPS с хроническим RET ⁶ . Несколько групп продемонстрировали, что хроническая RET приводит к увеличению общей РНК ^19,40–42 и содержания рибосомальной РНК (рРНК) ^24,40 в дополнение к увеличению регуляторов синтеза рРНК ^24,40–42 .Напротив, другие группы сообщили о снижении биомаркеров рибосомного биогенеза ⁴³ или отсутствии изменений после 12 недель RET ¹⁹ . Повышение содержания РНК — через 16 недель ^44,45 и 6 недель ¹⁸ RET — было одинаковым у лиц, у которых не было изменений (т.е. ”) В большой мышце латеральной мышцы бедра fCSA. Напротив, Stec и его коллеги ⁴¹ сообщили, что только у «экстремальных» респондентов на 4 недели RET было увеличение общего содержания РНК и рРНК.Противоречивые результаты могут быть связаны с различиями в характеристиках участников, дизайне экспериментов и аналитических методах ²⁶ ; однако текущие данные не демонстрируют четкой связи между трансляционной способностью и гипертрофией скелетных мышц у людей ³⁷ . Мы предполагаем, что на ранних этапах программы RET емкость рибосом может быть увеличена как общий ответ на потребность в более высоких скоростях глобального синтеза белка ⁴⁶ . Однако при постоянной практике RET после того, как белковые синтетические ответы и программы транскрипции становятся «уточненными» и более специфичными для стимула RET ³⁴ , а также становятся короче по продолжительности ³² , дальнейшее увеличение емкости рибосом не требуется. либо стабилизировать ^40,42 , либо, возможно, снизить ^43,47 .Этот тезис может служить обоснованием того, почему в начале боя RET очень краткосрочная реакция MPS не совпадает с возможной гипертрофией ⁴⁸ , но это не относится к дальнейшим RET, где MPS разделяет общую дисперсию с гипертрофией ⁴⁶ . Следует также отметить, что стабилизация рибосомальной емкости после хронического RET ^40,42 не указывает на потерю мышечных рибосом per se ; вместо этого это, вероятно, отражает уменьшение рибосомной емкости более крупными гипертрофированными миофибриллами.

Понимание изменений в возможностях перевода с помощью RET ограничено из-за ряда методологических ограничений. В частности, изучение рибосомного биогенеза в значительной степени опирается на статические измерения (т. Е. Иммуноблоттинг и количественная оценка общего содержания РНК и предполагается, что за это отвечает содержание рРНК), а традиционные исследования с использованием индикаторов стабильных изотопов позволяют получить представление только об острых (т.е.часовых) метаболических колебаниях ⁴⁹ . Последние достижения в области масс-спектрометрии привели к повторному введению оксида дейтерия (D ₂ O) ^50,51 , который позволяет оценивать метаболический поток в ответ на различные стимулы, такие как нагрузка на скелетные мышцы ^{11, 12,42,46} , разгрузка ^52–54 и кормление ^28,42,46 в долгосрочных условиях «свободного проживания» (т.е. интегрированы от нескольких дней до недель). Брук и его коллеги ⁵⁰ недавно подтвердили использование D ₂ O для мониторинга синтеза рибонуклеотидов, обеспечивая первое динамическое измерение синтеза РНК в скелетных мышцах человека в ответ на RET. Особо следует отметить, что в этом исследовании синтез РНК увеличивался по сравнению с базовыми темпами в течение 0–6-недельного периода при непрерывном RET ⁵⁰ . Важно отметить, что миофибриллярный MPS у этих людей не был значительно выше базальных уровней в течение этого периода ⁴² , показывая несоответствие между трансляционной способностью и MPS с долговременной адаптацией мышц.Будущие исследования, включающие динамические измерения синтеза РНК и интегральные скорости MPS в сочетании с измерениями на уровне омического уровня, должны предоставить платформу для выяснения относительного вклада и динамики трансляционной эффективности и способности к изменениям MPS и гипертрофии в ответ на хронические заболевания. RET.

Наука, основанная на Omic, и гипертрофия скелетных мышц

Наше нынешнее механистическое понимание гипертрофии мышц в значительной степени основано на использовании «целевых» аналитических подходов, обеспечивающих статические снимки (т.е. КПЦР и иммуноблоттинг). Однако более широкое использование «омических» технологий может предложить беспристрастное и комплексное понимание процессов, регулирующих мышечную гипертрофию. Протеомное профилирование имеет огромный потенциал для улучшения нашего понимания роста мышц; однако в настоящее время он ограничен относительно ограниченным охватом белков с высоким содержанием в протеоме по сравнению с гораздо большим охватом РНК: надежно обнаружено <500 белков ^55,56 против ~ 30 000 видов РНК ⁵⁵ .Это низкое соотношение белок: РНК приводит к неполному пониманию последующей онтологии / анализа путей ⁵⁷ , но также может маскировать важную роль менее распространенных регуляторных белков в мышечной гипертрофии (т.е. сигнальные молекулы ⁵⁷ или рецепторы интегрина ⁵⁸ ) . Эти ограничения можно обойти, изучая экспрессируемый РНК-комплемент клетки (с помощью транскриптомики) или трансатома клетки (с помощью полисомной РНК и транскриптомики), учитывая тесную связь между мРНК и обилием белка в большинстве условий ^59,60 и, в частности, глобальный трансатом в скелетных мышцах ^61,62 .

Раннее применение транскриптомики показало, что пожилые люди и лица с более низкой гипертрофией в целом ⁶³ экспрессируют профиль провоспалительного гена в состоянии покоя и реагируют на острый приступ RE усиленной воспалительной реакцией ⁶⁴ , связывая воспаление. с ослабленным ответом мышечного роста на RET. У пожилых людей также повышена экспрессия p21 ⁶⁵ , ингибитора клеточного цикла, который влияет на пролиферацию SC ⁶⁶ и, следовательно, может нарушать рост мышц после RET ²¹ .Напротив, люди с более высокой гипертрофией, отвечающие на RET, экспрессируют более высокие уровни нескольких хорошо известных генов роста и ремоделирования до тренировки по сравнению с лицами, отвечающими на более низкую реакцию, что наводит на мысль о «примированном» базальном состоянии белкового обмена ⁶³ . Ответчики с более высоким RET также экспрессируют более высокие уровни генов окислительного, ангиогенного и внеклеточного ремоделирования матрикса после RET ^65,67 . Два заслуживающих внимания, но плохо охарактеризованных гена, которые также активируются у лиц с высоким ответом в базальном состоянии, включают NAP1L1 и DGKZ ⁶³ , которые кодируют связанный с нуклеосомой белок и диацилглицеринкиназу дзета (DGKζ), соответственно.Белок, кодируемый NAP1L1 , контролирует уплотнение хроматина, но также было показано, что он связывается и регулирует ядерно-цитоплазматическое перемещение DGKζ ⁶⁸ . Важно, что недавно было показано, что DGKζ играет ключевую роль в индуцированной механической перегрузкой мышечной гипертрофии у грызунов, но только если сигнал ядерной локализации DGKζ был интактным ⁶⁹ . Хотя природа этого взаимодействия у людей требует дальнейшего изучения, этот пример свидетельствует о способности профилирования транскриптомов генерировать гипотезы и присущем ему потенциале для биологических открытий.

Постоянной проблемой в транскриптомике является использование онтологии генов (например, DAVID ⁷⁰ ) и сетевых аналитических инструментов (анализ пути изобретательности [IPA] ⁷¹ ), которые обычно используются для выявления функциональных взаимосвязей из больших списков RET- регулируемые гены. Эти инструменты полагаются на известные функции генного продукта ⁵⁶ . Однако сети, управляемые данными (DDN), представляют собой сети, построенные на основе экспериментально полученных сходств коэкспрессии генов, без a priori знания функции генов.Кларк и его коллеги ⁷² использовали подход DDN для построения генных сетей из образцов пре- и пост-мышечного транскриптома, полученных из исследования HERITAGE ⁷³ (тренировка, основанная на выносливости), и определили EIF6 как реагирующий на упражнения высоко взаимосвязанный « hub »ген. Таким образом, было предсказано, что EIF6 на основании его тесной связи с другими регулируемыми генами будет играть важную роль в адаптации к тренировкам на выносливость. Действительно, последующее развитие мутантной модели EIF6 на мышах, как было показано, влияет на многие из тех же сигнальных путей, предсказанных в исследовании HERITAGE ^72,73 , которые влияют на фенотип.Более широкое использование DDN и сетевого моделирования может быть применено к изучению гипертрофии мышц с помощью RET с, как мы предполагаем, большим потенциалом.

SC и их роль в RET-индуцированной гипертрофии

У людей обычно сообщается об увеличении размера мышечных волокон с сопутствующим увеличением числа миоядер ⁷⁴ , наблюдение, которое подтверждает теорию роста мышц в миоядерном домене. ⁷⁵ . Эта теория предполагает, что каждое миоядро управляет заданным объемом мышечного волокна и, когда достигается предел объема мышечного волокна, достигается транскрипционная способность существующего миоядра, и для поддержания (или восстановления) необходимо добавлять новые миоядра. транскрипционный контроль над определенным миоядерным доменом.Скелетная мышца — это постмитотическая ткань; следовательно, добавление новых миоядер должно происходить из нового источника, который происходит за счет донорства стволовых клеток скелетных мышц, то есть SC.

Активация SC происходит после различных стимулов, таких как травма, повреждение и физическая нагрузка. После активации SCs прогрессируют от пролиферации до терминальной дифференцировки, в конечном итоге сливаясь и отдавая свои ядра существующим миофибриллам, процесс, названный миогенной программой. Хотя общепринятая догма долгое время ассоциировала СК с гипертрофией скелетных мышц ^76,77 , эта концепция недавно подверглась сомнению.McCarthy et al. ⁷⁸ были первыми, кто использовал линию мышей Pax7-DTA, которая приводит к условной абляции SC, чтобы продемонстрировать, что значительная гипертрофия, вызванная перегрузкой, через синергистическую абляцию, может происходить в скелетных мышцах грызунов с истощенным SC. Та же группа подкрепила эти данные с помощью подвешивания задних конечностей для индукции атрофии с последующей перезагрузкой и возобновлением роста мышц, на которые не повлияло истощение SC, у мышей Pax7-DTA ⁷⁹ . Важно отметить, что, хотя и интересны, эти результаты подчеркивают, что SC не являются необходимыми для гипертрофии в краткосрочных экстремальных моделях гипертрофии, но не решают вопрос о том, вовлечены ли SC в более физиологически релевантную гипертрофическую ситуацию (т.е. после RET). Это представление было дополнительно оспорено исследованием Egner et al. ⁸⁰ , в котором они описали нарушение гипертрофии с 2 неделями перегрузки посредством синергетической абляции с использованием того же штамма мышей Pax7-DTA ^78,79 . В дополнение к этому, работа Murach et al. ⁸¹ продемонстрировала, что миоядерная аккреция через SC необходима для поддержки гипертрофии, вызванной перегрузкой, у более молодых растущих мышей, подчеркивая, что потребность в SCs для поддержки гипертрофии зависит от возраста.Примечательно, что степень гипертрофии снижается через 8 (против 2) недель гипертрофии, вызванной перегрузкой, у мышей Pax7-DTA ⁸² , что позволяет предположить, что SC участвуют в росте мышц. Важно отметить, что исследователи описали накопление внеклеточного матрикса у мышей с истощенным SC после 8 недель перегрузки, что привело к нарушению гипертрофической реакции ⁸² . Эти данные подтверждают, что SCs способны поддерживать рост мышц не только за счет слияния с существующими волокнами, приводящего к миоядерной аккреции, но также за счет их взаимодействия с другими типами клеток, чтобы регулировать отложение внеклеточного матрикса ⁸³ .Хотя работа на моделях грызунов была важна для понимания основных клеточных и молекулярных механизмов, которые приводят к гипертрофии мышц, эти результаты не всегда легко перенести на людей. Например, церебральный паралич, двигательное расстройство развития, характеризующееся уменьшением размера мышечных волокон, также связан со снижением содержания SC ^84,85 , и предполагается, что снижение содержания SC может способствовать нарушению рост мышц ⁸⁶ .По очевидным причинам невозможно изучить эффекты истощения SC у людей, и наблюдение SC на модели человека с пониженным (хотя и не удаленным) содержанием SC часто затрудняется наличием хронического заболевания, когда факторы кроме содержания SC, может способствовать неспособности мышцы к гипертрофии.

Важно отметить, что большинство доказательств, полученных в результате исследований на людях, указывает на роль SCs в увеличении размера мышечных волокон. Несколько исследований описали положительную взаимосвязь между размером мышечных волокон и количеством миоядер в мышцах человека ^{19,21,47,87–92} .Кроме того, исследования также описали увеличение миоядерного числа с гипертрофией волокон, вызванной тренировкой, сопровождающееся увеличением содержания SC ^80,87–90 . Однако важно отметить, что несколько групп сообщили об увеличении fCSA без увеличения содержания SC / миоядер ^92–94 . Это может быть связано с несколькими факторами, одним из которых является способность существующих миоядер увеличивать свою транскрипционную способность, чтобы поддерживать увеличение размера мышечных волокон ⁹⁵ .

Интересно, что люди, классифицированные как «крайние» (гипертрофические) респонденты на RET, имели большее базальное содержание SC по сравнению с «низкими» и «умеренными» респондентами, что приводило к большему расширению пула SC с тренировкой и сопровождалось увеличением в миоядерном содержимом; однако миоядерный домен также увеличился ²¹ . Таким образом, подобно наблюдениям за транскрипцией, базальные характеристики скелетных мышц (то есть содержание SC) могут играть роль в пластичности ответа на гипертрофический стимул.В соответствии с предыдущей работой ²¹ , мы продемонстрировали, что острая реакция SC на приступ непривычной RE связана с увеличением объема четырехглавой мышцы, наблюдаемым после тренировки ⁸⁷ . Хотя SCs, вероятно, вносят вклад в гипертрофическую адаптацию через миоядерную аккрецию, важно признать способность резидентных миоядер реагировать на различные стимулы, такие как RET, и присущую им способность поддерживать рост. Концепция мышечной «памяти», проявляющаяся в возможных эпигенетических изменениях, также, вероятно, вносит важный вклад в способность скелетных мышц к гипертрофии.Сиборн и его коллеги ⁹⁶ продемонстрировали, что предшествующая гипертрофия, индуцированная RE, усиливала последующую реакцию на тренировку с отягощениями после периода детренированности, что может быть следствием широко распространенного гипометилирования, происходящего во время первого адаптивного ответа. В совокупности данные о людях, сообщающие об увеличении размера мышечных волокон с сопутствующим увеличением миоядер ^{19,21,47,87–92} , подчеркивают, что SCs, вероятно, играют роль в опосредовании гипертрофии скелетных мышц.Однако, как показано Кирби и соавторами ⁹⁵ , используя эксперимент с временными рамками после абляции синергиста на мышиной модели Pax7-DTA, нельзя игнорировать способность существующих резидентных миоядер поддерживать периоды роста волокон.

Заключение и направления на будущее

Скелетные мышцы играют незаменимую роль во множестве механических и метаболических функций ⁹⁷ . Обычно с возрастом количество и качество скелетных мышц ухудшаются из-за инфильтрации немышечной ткани, включая жировую и соединительную ткань ⁹⁸ .Поэтому согласованные усилия по увеличению и поддержанию массы скелетных мышц должны быть предприняты целым рядом людей, от тех, кто стремится улучшить спортивные результаты, до тех, кто сосредоточен на продлении срока здоровья. RE и диетический белок действуют синергетически и в настоящее время обеспечивают наиболее эффективную стратегию увеличения массы скелетных мышц ³⁷ . Гипертрофия скелетных мышц — это сложный процесс с множеством регуляторных узловых генов / белков, которым в последнее время уделяется значительное внимание, помогая расшифровать механические основы, которые диктуют адаптивный ответ скелетных мышц.В результате был идентифицирован ряд экзогенных факторов, влияющих на эндогенные пути, которые играют важную роль в гипертрофии скелетных мышц.

MPS является основным локусом контроля, который влияет на наращивание мышечного белка в ответ на анаболические стимулы, в отличие от MPB ^28–31 . Однако относительный вклад повышенной трансляционной эффективности и трансляционной способности в влияние на гипертрофию остается неясным. Периодическое повышение частоты MPS в ответ на экзогенные стимулы (т.е. RE и белковое питание) стимулируют гипертрофию мышц ^28–31 . Тем не менее, исследования, сфокусированные на трансляционной способности, находятся в зачаточном состоянии, и предполагаемое значение ⁶ биогенеза рибосом еще предстоит подтвердить.

Совершенно очевидно, что гипертрофия мышц — это многогранный процесс. Однако целевые подходы, которые исследуют определенные гены и белки, дадут только неполную картину роста мышц. Беспристрастные, глобальные «омические» технологии могут обеспечить более полное понимание основных предпосылок для роста мышц, но имеют присущие им ограничения, которые необходимо учитывать.

Миоядерная аккреция из-за нагрузочного стимула — это средство, с помощью которого может быть увеличена транскрипционная способность скелетных мышц. Добавление новых миоядер происходит из-за активации и последующего слияния SC с мышечными волокнами, и существенные доказательства показывают роль SC в мышечной гипертрофии у людей. Хотя это предположение, мы предполагаем, что резидентные миоядра, вероятно, обладают способностью, возможно, посредством эпигенетических модификаций, увеличивать транскрипционную способность до определенной степени, в конечном итоге поддерживая рост мышц.

Хотя был достигнут значительный прогресс, еще предстоит проделать значительную работу, чтобы углубить наше понимание процессов, которые управляют индуцированной RET гипертрофией мышц. Будущие исследования, включающие динамические измерения синтеза РНК, интегральные скорости MPS и оценки SC / миоядер в сочетании с «омическими» технологиями и DDN, предоставят платформу для выяснения относительного вклада и динамики трансляционной эффективности и способности к изменениям. при МПС и гипертрофии в ответ на хронический RET.

Ссылки

• 1. Зурло Ф., Ларсон К., Богардус С., et al. : метаболизм скелетных мышц является основным фактором, определяющим расход энергии в состоянии покоя. J Clin Invest. 1990; 86 (5): 1423–7. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
• 2. Thiebaud D, Jacot E, DeFronzo RA, et al. : Влияние градуированных доз инсулина на общее поглощение глюкозы, окисление глюкозы и хранение глюкозы у человека. Диабет. 1982; 31 (11): 957–63. PubMed Аннотация | Publisher Full Text
• 3. Маклеод Дж. К., Стоукс Т., Филлипс С. М.: Тренировки с отягощениями как основная мера противодействия возрастным хроническим заболеваниям. Front Physiol. 2019; 10 : 645. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Free Full Text
• 4. Филлипс С.М., МакГлори К.: Предложение перекрестного разговора: Доминирующим механизмом, вызывающим атрофию мышц при неиспользовании, является снижение синтеза белка. J. Physiol. 2014; 592 (24): 5341–3. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
• 5. Morton RW, Murphy KT, McKellar SR, et al. : Систематический обзор, мета-анализ и мета-регрессия влияния протеиновых добавок на прирост мышечной массы и силы у здоровых взрослых, вызванный тренировками с отягощениями. Br J Sports Med. 2018; 52 (6): 376–84. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
• 6.Фигейредо В.К.: Пересмотр роли синтеза белка во время гипертрофии скелетных мышц, вызванной упражнениями. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2019; 317 (5): R709 – R718. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | F1000 Рекомендация
• 7. Лавин К.М., Робертс Б.М., Фрай С.С., et al. : Важность тренировок с отягощениями в борьбе с нервно-мышечным старением. Физиология (Bethesda). 2019; 34 (2): 112–22. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст | F1000 Рекомендация
• 8.Робертс, доктор медицины, Хаун, CT, Mobley CB, и др. : Физиологические различия между гипертрофическими ответчиками скелетных мышц с низким и высоким уровнем при тренировках с отягощениями: текущие перспективы и направления будущих исследований. Front Physiol. 2018; 9 : 183. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст | F1000 Рекомендация
• 9. Мацзулла М., Саван С.А., Уильямсон Э., et al. : Потребление белка для максимального усиления анаболизма всего тела во время восстановления после упражнений у тренирующихся с отягощениями мужчин с высокими привычными потребностями в несколько раз больше, чем текущая рекомендуемая диета. J Nutr. 2019. pii: nxz249. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | F1000 Рекомендация
• 10. Атертон П.Дж., Смит К., Этеридж Т., et al. : отчетливые анаболические реакции передачи сигналов на аминокислоты в клетках скелетных мышц C2C12. Аминокислоты. 2010; 38 (5): 1533–9. PubMed Аннотация | Publisher Full Text
• 11. Devries MC, McGlory C, Bolster DR, et al. : Содержание лейцина в белке является определяющим фактором более коротких и долгосрочных реакций синтеза мышечного белка в состоянии покоя и после упражнений с отягощениями у здоровых пожилых женщин: рандомизированное контролируемое исследование. Am J Clin Nutr. 2018; 107 (2): 217–26. PubMed Аннотация | Publisher Full Text
• 12. Devries MC, McGlory C, Bolster DR, et al. : Лейцин, а не общий белок, содержание добавки является основным фактором, определяющим анаболический ответ мышечного белка у здоровых пожилых женщин. J Nutr. 2018; 148 (7): 1088–1095. PubMed Аннотация | Publisher Full Text
• 13. Тернер Д.К., Сиборн Р.А., Шарплс А.П.: Сравнительный анализ транскриптома и метилома в анаболизме, гипертрофии и эпигенетической памяти скелетных мышц человека. Научный доклад 2019; 9 (1): 4251. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст | F1000 Рекомендация
• 14. Мортон Р.В., Коленсо-Семпл Л., Филлипс С.М.: Тренировка силы и гипертрофии: научно-обоснованный подход. Curr Opin Physiol. 2019; 10 : 90–5. Publisher Full Text
• 15. Morton RW, Oikawa SY, Wavell CG, et al. : Ни нагрузка, ни системные гормоны не определяют гипертрофию, опосредованную тренировками с отягощениями, или прирост силы у молодых мужчин, тренирующихся с отягощениями. J Appl Physiol. 2016; 121 (1): 129–38. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
• 16. Morton RW, Sato K, Gallaugher MPB, et al. : Содержание рецепторов андрогенов в мышцах, но не системные гормоны, связано с гипертрофией скелетных мышц, вызванной тренировками с отягощениями, у здоровых молодых мужчин. Front Physiol. 2018; 9 : 1373. Реферат PubMed | Издатель Полный текст | Free Full Text
• 17. Goodman CA: Роль mTORC1 в механически индуцированном увеличении трансляции и массы скелетных мышц. J Appl Physiol (1985). 2019; 127 (2): 581–90. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | F1000 Рекомендация
• 18. Haun CT, Vann CG, Mobley CB, et al. : Размер волокон скелетных мышц перед тренировкой и преобладающий тип волокон лучше всего предсказывают гипертрофические реакции на 6 недель тренировок с отягощениями у ранее тренированных молодых мужчин. Front Physiol. 2019; 10 : 297. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст | F1000 Рекомендация
• 19.Mobley CB, Haun CT, Roberson PA, et al. : Биомаркеры, связанные с низкой, умеренной и высокой гипертрофией широкой мышцы бедра после 12 недель тренировок с отягощениями. PLoS One. 2018; 13 (4): e0195203. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст | F1000 Рекомендация
• 20. Mitchell CJ, Churchward-Venne TA, Bellamy L, et al. : Мышечные и системные корреляты гипертрофии мышц, вызванной тренировками с отягощениями. PLoS One. 2013; 8 (10): e78636. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
• 21. Петрелла Дж. К., Ким Дж. С., Мэйхью Д. Л., et al. : Мощная гипертрофия миофибрилл во время тренировок с отягощениями у людей связана с миоядерным добавлением, опосредованным сателлитными клетками: кластерный анализ. J Appl Physiol (1985). 2008; 104 (6): 1736–42. PubMed Аннотация | Publisher Full Text
• 22. Ahtiainen JP, Hulmi JJ, Kraemer WJ, et al.: Тренировки с отягощениями и экспрессия рецепторов андрогенов в скелетных мышцах у молодых и пожилых мужчин. Стероиды. 2011; 76 (1-2): 183–92. PubMed Аннотация | Publisher Full Text
• 23. Damas F, Libardi CA, Ugrinowitsch C, et al. : Ранние и поздние фазы реакции сателлитных клеток и миоядерное содержимое при тренировках с отягощениями у молодых мужчин. PLoS One. 2018; 13 (1): e01. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
• 24.Фигейредо В.К., Калдов М.К., Масси В., и др. : Адаптация биогенеза рибосом при гипертрофии скелетных мышц человека, вызванной тренировками с отягощениями. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2015; 309 (1): E72–83. PubMed Аннотация | Publisher Full Text
• 25. Chaillou T, Kirby TJ, McCarthy JJ: Биогенез рибосом: новые доказательства центральной роли в регуляции массы скелетных мышц. J. Cell Physiol. 2014; 229 (11): 1584–94. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
• 26.МакГлори К., Деврис М.К., Филлипс С.М.: Тренировка скелетных мышц и силовых упражнений; Роль синтеза белка в восстановлении и ремоделировании. J Appl Physiol. 2017; 122 (3): 541–8. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
• 27. Стокс Т., Гектор А.Дж., Мортон Р.В., et al. : Последние перспективы относительно роли диетического белка в развитии мышечной гипертрофии при тренировках с отягощениями. Питательные вещества. 2018; 10 (2): pii: E180.PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
• 28. Дэвис Р. У., Басс Дж. Дж., Карсон Б. П., и др. : Дифференциальная стимуляция синтеза миофибриллярных белков после тренировки у людей после изонитрогенного изокалорийного кормления перед тренировкой. Питательные вещества. 2019; 11 (7): pii: E1657. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст | F1000 Рекомендация
• 29. McKendry J, Shad BJ, Smeuninx B, et al. : Сопоставимые показатели интегрированного синтеза миофибриллярных белков у подготовленных на выносливость профессиональных спортсменов и нетренированных пожилых людей. Front Physiol. 2019; 10 : 1084. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
• 30. Филлипс С.М., Париз Дж., Рой Б.Д., et al. : Адаптация, вызванная тренировками с отягощениями, в обмене белков в скелетных мышцах в штате ФРС. Can J Physiol Pharmacol. 2002; 80 (11): 1045–53. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст
• 31. Тан Дж. Э., Перко Дж. Г., Мур Д. Р., et al. : Тренировки с отягощениями изменяют реакцию синтеза смешанного мышечного белка в состоянии сытости у молодых мужчин. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2008; 294 (1): R172 – R178. PubMed Аннотация | Publisher Full Text
• 32. Damas F, Phillips S, Vechin FC, et al. : Обзор вызванных тренировками с отягощениями изменений в синтезе белков скелетных мышц и их вклада в гипертрофию. Sports Med. 2015; 45 (6): 801–7. PubMed Аннотация | Publisher Full Text
• 33. Ким П.Л., Старон Р.С., Филлипс С.М.: Синтез белка скелетных мышц натощак после упражнений с отягощениями изменяется с тренировкой. J. Physiol. 2005; 568 (Pt 1): 283–90. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
• 34. Wilkinson SB, Phillips SM, Atherton PJ, et al. : Дифференциальное влияние упражнений на сопротивление и выносливость в государстве сытости на фосфорилирование сигнальных молекул и синтез белка в мышцах человека. J. Physiol. 2008; 586 (15): 3701–17. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст | F1000 Рекомендация
• 35.Кумар В., Атертон П., Смит К., и др. : Синтез и распад мышечного белка человека во время и после тренировки. J Appl Physiol (1985). 2009; 106 (6): 2026–39. PubMed Аннотация | Publisher Full Text
• 36. Сиборн Р.А., Хьюз, округ Колумбия, Тернер, округ Колумбия, et al. : UBR5 — это новая убиквитинлигаза E3, участвующая в гипертрофии скелетных мышц и восстановлении после атрофии. J. Physiol. 2019; 597 (14): 3727–49. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | F1000 Рекомендация
• 37.Brook MS, Wilkinson DJ, Smith K, et al. : Дело не только в обороте белка: в роли рибосомного биогенеза и сателлитных клеток в регуляции гипертрофии скелетных мышц. Eur J Sport Sci. 2019; 19 (7): 952–63. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | F1000 Рекомендация
• 38. Hodson N, West DWD, Philp A, et al. : Молекулярная регуляция синтеза белка скелетных мышц человека в ответ на упражнения и питательные вещества: компас для преодоления возрастной анаболической резистентности. Am J Physiol Cell Physiol. 2019; 317 (6): C1061 – C1078. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
• 39. You JS, McNally RM, Jacobs BL, et al. : Роль хищника в индуцированной механической нагрузкой регуляции передачи сигналов mTOR, синтеза белка и гипертрофии скелетных мышц. FASEB J. 2019; 33 (3): 4021–34. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст | F1000 Рекомендация
• 40.Hammarström D, Øfsteng S, Koll L, et al. : Преимущества увеличения объема тренировок с отягощениями связаны с биогенезом рибосом. J. Physiol. 2020; 598 (3): 543–65. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | F1000 Рекомендация
• 41. Stec MJ, Kelly NA, Many GM, et al. : Биогенез рибосом может увеличивать гипертрофию миофибрилл, вызванную тренировкой с отягощениями, и необходим для роста мышечной трубки in vitro . Am J Physiol Endocrinol Metab. 2016; 310 (8): E652 – E661. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст | F1000 Рекомендация
• 42. Brook MS, Wilkinson DJ, Mitchell WK, et al. : Синхронный дефицит совокупного синтеза мышечного белка и рибосомного биогенеза лежит в основе возрастной анаболической резистентности человека к упражнениям. J. Physiol. 2016; 594 (24): 7399–417. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
• 43. Файф Дж. Дж., Бишоп Д. Д., Бартлетт Дж. Д., et al.: усиление биогенеза рибосом скелетных мышц, но ослабление mTORC1 и передачи сигналов, связанных с биогенезом рибосом, после краткосрочной одновременной тренировки с отягощениями по сравнению с одномодовой тренировкой с отягощениями. Научный доклад 2018; 8 (1): 560. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст | F1000 Рекомендация
• 44. Бамман М.М., Петрелла Дж. К., Ким Дж. С., et al. : Кластерный анализ проверяет важность экспрессии миогенных генов во время гипертрофии миофибрилл у людей. J Appl Physiol. 2007; 102 (6): 2232–9. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст
• 45. Ким Дж. С., Петрелла Дж. К., Кросс Дж. М., и др. : Опосредованное нагрузкой подавление мРНК миостатина недостаточно для стимулирования гипертрофии миофибрилл у людей: кластерный анализ. J Appl Physiol (1985). 2007; 103 (5): 1488–95. PubMed Аннотация | Publisher Full Text
• 46. Damas F, Phillips SM, Libardi CA, et al. : Изменения интегрированного синтеза миофибриллярного белка, вызванные тренировкой с отягощениями, связаны с гипертрофией только после ослабления мышечного повреждения. J. Physiol. 2016; 594 (18): 5209–22. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
• 47. Кади Ф., Шерлинг П., Андерсен Л.Л., et al. : Влияние тяжелых тренировок с отягощениями и ослабления на сателлитные клетки в скелетных мышцах человека. J. Physiol. 2004; 558 (Pt 3): 1005–12. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
• 48. Митчелл К.Дж., Черчвард-Венне Т.А., Париз Г., и др. : Острый синтез миофибриллярного белка после тренировки не коррелирует с гипертрофией мышц, вызванной тренировкой с отягощениями, у молодых мужчин. PLoS One. 2014; 9 (2): e89431. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
• 49. Mitchell CJ, Churchward-Venne TA, Cameron-Smith D, et al. : Какая связь между острой реакцией синтеза мышечного белка и изменениями мышечной массы? J Appl Physiol (1985). 2015; 118 (4): 495–7. PubMed Аннотация | Publisher Full Text
• 50. Brook MS, Wilkinson DJ, Mitchell WK, et al. : новый индикаторный метод D ₂ O для количественной оценки оборота РНК как биомаркера биогенеза рибосом de novo, in vitro, , на животных моделях и в скелетных мышцах человека. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2017; 313 (6): E681 – E689. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст | F1000 Рекомендация
• 51. Wilkinson DJ, Franchi MV, Brook MS, et al. : Подтверждение применения методов индикатора стабильного изотопа D ₂ O для мониторинга ежедневных изменений в синтезе субфракций мышечного белка у людей. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2014; 306 (5): E571–9. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
• 52.McGlory C, Gorissen SHM, Kamal M, и др. : Добавка омега-3 жирных кислот ослабляет атрофию неиспользования скелетных мышц в течение двух недель односторонней иммобилизации ног у здоровых молодых женщин. FASEB J. 2019; 33 (3): 4586–97. PubMed Аннотация | Publisher Full Text
• 53. McGlory C, von Allmen MT, Stokes T, et al. : Неудачное восстановление гликемического контроля и синтеза миофибриллярных белков после 2 недель отсутствия физической активности у пожилых людей с избыточным весом и предиабетом. J Gerontol A Biol Sci Med Sci. 2018; 73 (8): 1070–7. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
• 54. Оикава С.Ю., МакГлори К., Д’Суза Л.К., et al. : рандомизированное контролируемое испытание влияния протеиновых добавок на мышечную массу ног и интегрированный синтез мышечного протеина у пожилых людей во время бездействия и ограничения энергии. Am J Clin Nutr. 2018; 108 (5): 1060–8. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст
• 55.Тиммонс Дж. А., Атертон П. Дж., Ларссон О. и др. : кодирующая и некодирующая транскриптомная перспектива геномики метаболических заболеваний человека. Nucleic Acids Res. 2018; 46 (15): 7772–92. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Free Full Text
• 56. Тиммонс Дж. А., Шкоп К. Дж., Галлахер И. Дж.: Множественные источники систематической ошибки мешают функциональному анализу обогащения данных глобальной комики. Genome Biol. 2015; 16 : 186. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
• 57.Potts GK, McNally RM, Blanco R, et al. : Карта фосфопротеомных изменений, которые происходят после приступа сокращений максимальной интенсивности. J. Physiol. 2017; 595 (15): 5209–5226. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст | F1000 Рекомендация
• 58. Boppart MD, Mahmassani ZS: Передача сигналов интегрина: связь механической стимуляции с гипертрофией скелетных мышц. Am J Physiol Cell Physiol. 2019; 317 (4): C629 – C641.PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Free Full Text
• 59. Li JJ, Bickel PJ, Biggin MD: Общесистемный анализ недооценил содержание белка и важность транскрипции у млекопитающих. PeerJ. 2014; 2 : e270. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
• 60. Ли Дж. Дж., Биггин, доктор медицины: Экспрессия генов. Статистика требует центральной догмы. Наука. 2015; 347 (6226): 1066–7. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст
• 61.Чен Ю.В., Надер Г.А., Баар К.Р., и др. : Ответ мышцы крысы на упражнения с отягощениями, определенный с помощью транскрипционного и трансляционного профилей. J. Physiol. 2002; 545 (1): 27–41. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
• 62. Робертс М.Д., Чайлдс Т.Э., Браун Д.Д., et al. : Ранняя депрессия мРНК Ankrd2 и Csrp3 во фракциях полирибосом и цельной ткани скелетных мышц с уменьшением произвольного бега. J Appl Physiol (1985). 2012; 112 (8): 1291–9. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст
• 63. Thalacker-Mercer A, Stec M, Cui X, et al. : Кластерный анализ показывает дифференциальные профили транскриптов, связанные с гипертрофией скелетных мышц человека, вызванной тренировками с отягощениями. Physiol Genomics. 2013; 45 (12): 499–507. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
• 64. Thalacker-Mercer AE, Dell’Italia LJ, Cui X, et al. : Дифференциальные геномные ответы у старых и старых животных.молодые люди, несмотря на аналогичные уровни умеренного мышечного повреждения после нагрузки с отягощением. Physiol Genomics. 2010; 40 (3): 141–9. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
• 65. Raue U, Trappe TA, Estrem ST, et al. : Сигнатура транскриптома адаптации к упражнениям с отягощениями: профили смешанных типов мышц и волокон у молодых и пожилых людей. J Appl Physiol (1985). 2012; 112 (10): 1625–36. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
• 66.Ли Дж., Хан С., Кузен В., и др. : Возрастные функциональные эпигенетические изменения в p21 и p16 в активированных повреждением сателлитных клетках. стволовых клеток. 2015; 33 (3): 951–61. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
• 67. Дамас Ф., Угринович С., Либарди Калифорния, et al. : Тренировки с отягощениями у молодых мужчин вызывают изменения мышечного транскриптома, связанные со структурой мышц и метаболизмом, улучшая реакцию на стресс, вызванный физической нагрузкой. Eur J Appl Physiol. 2018; 118 (12): 2607–2616. PubMed Аннотация | Publisher Full Text
• 68. Okada M, Hozumi Y, Ichimura T, et al. : Взаимодействие белков сборки нуклеосом устраняет ядерную локализацию DGKζ, ослабляя его ассоциацию с импортином. Exp Cell Res. 2011; 317 (20): 2853–63. PubMed Аннотация | Publisher Full Text
• 69. You JS, Dooley MS, Kim CR, et al. : протеолитическая ось DGKζ-FoxO-убиквитин контролирует размер волокна во время ремоделирования скелетных мышц. Sci Signal. 2018; 11 (530): pii: eaao6847. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст | F1000 Рекомендация
• 70. Хуанг да В., Шерман Б.Т., Чжэн Х, и др. : Извлечение биологического значения из больших списков генов с помощью DAVID. Curr Protoc Bioinformatics. 2009; Глава 13 : Раздел 13.11. PubMed Аннотация | Publisher Full Text
• 71. Krämer A, Green J, Pollard J Jr, et al. : Подходы к причинно-следственному анализу в анализе пути изобретательности. Биоинформатика. 2014; 30 (4): 523–30. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
• 72. Кларк К., Риккарди С., Пирсон Т., и др. : Роль Eif6 в гомеостазе скелетных мышц, выявленная сетями коэкспрессии тренировки на выносливость. Cell Rep. 2017; 21 (6): 1507–1520. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст | F1000 Рекомендация
• 73. Тиммонс Дж. А., Кнудсен С., Ранкинен Т., et al.: Использование молекулярной классификации для прогнозирования прироста максимальной аэробной способности после тренировок на выносливость у людей. J Appl Physiol (1985). 2010; 108 (6): 1487–96. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
• 74. Мурач К.А., Фрай С.С., Кирби Т.Дж., et al. : главная или второстепенная роль? Клетки-сателлиты и регулирование размера волокон скелетных мышц. Физиология (Bethesda). 2018; 33 (1): 26–38. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст | F1000 Рекомендация
• 75.Аллен Д.Л., Рой Р.Р., Эдгертон В.Р.: Миоядерные домены в адаптации и заболеваниях мышц. Мышечный нерв. 1999; 22 (10): 1350–60. PubMed Аннотация | Publisher Full Text
• 76. Adams GR, Caiozzo VJ, Haddad F, et al. : Клеточные и молекулярные ответы на увеличенную нагрузку на скелетные мышцы после облучения. Am J Physiol Cell Physiol. 2002; 283 (4): C1182–95. PubMed Аннотация | Publisher Full Text
• 77. Rosenblatt JD, Parry DJ: Гамма-облучение предотвращает компенсаторную гипертрофию перегруженной мышцы длинного разгибателя пальцев. J Appl Physiol (1985). 1992; 73 (6): 2538–43. PubMed Аннотация | Publisher Full Text
• 78. McCarthy JJ, Mula J, Miyazaki M, et al. : Эффективная гипертрофия волокон в скелетных мышцах, лишенных сателлитных клеток. Разработка. 2011; 138 (17): 3657–66. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст | F1000 Рекомендация
• 79. Джексон Дж. Р., Мула Дж., Кирби Т. Дж., et al. : Истощение сателлитных клеток не препятствует возобновлению роста скелетных мышц взрослых после атрофии, вызванной разгрузкой. Am J Physiol Cell Physiol. 2012; 303 (8): C854 – C861. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Free Full Text
• 80. Эгнер И.М., Брюусгаард Дж. К., Гундерсен К. Истощение сателлитных клеток предотвращает гипертрофию волокон в скелетных мышцах. Разработка. 2016; 143 (16): 2898–906. PubMed Аннотация | Publisher Full Text
• 81. Murach KA, White SH, Wen Y, et al. : Дифференциальная потребность в клетках-сателлитах во время гипертрофии мышц, вызванной перегрузкой, у растущих по сравнению со зрелыми мышами. Скелетная мышца. 2017; 7 (1): 14. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст | F1000 Рекомендация
• 82. Фрай С.С., Ли Дж. Д., Джексон Дж. Р., et al. : Регулирование микросреды мышечных волокон активированными сателлитными клетками во время гипертрофии. FASEB J. 2014; 28 (4): 1654–65. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
• 83. Фрай С.С., Кирби Т.Дж., Космак К., и др. : Миогенные клетки-предшественники контролируют продукцию внеклеточного матрикса фибробластами во время гипертрофии скелетных мышц. Cell Stem Cell. 2017; 20 (1): 56–69. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст | F1000 Рекомендация
• 84. Смит Л. Р., Чемберс Г. Г., Либер Р. Л.: Уменьшение популяции сателлитных клеток может привести к контрактурам у детей с церебральным параличом. Dev Med Child Neurol. 2013; 55 (3): 264–70. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
• 85. Даяниди С., Дыкстра ПБ, Любасюк В., и др. : Уменьшение количества сателлитных клеток in situ при мышечных контрактурах у детей с церебральным параличом. J Orthop Res. 2015; 33 (7): 1039–45. PubMed Аннотация | Publisher Full Text
• 86. Даяниди С., Либер Р.Л .: Сателлитные клетки скелетных мышц: медиаторы роста мышц во время развития и последствия для нарушений развития. Мышечный нерв. 2014; 50 (5): 723–32. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
• 87. Беллами Л.М., Жоанисс С., Грабб А., et al. : острый ответ сателлитных клеток и гипертрофия скелетных мышц после тренировки с отягощениями. PLoS One. 2014; 9 (10): e109739. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
• 88. Farup J, Rahbek SK, Riis S, et al. : Влияние режима сокращения упражнений и протеиновых добавок на содержание сателлитных клеток в скелетных мышцах человека и рост мышечных волокон. J Appl Physiol (1985). 2014; 117 (8): 898–909. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Free Full Text
• 89. Kadi F, Thornell LE: Сопутствующее увеличение содержания миоядерных и сателлитных клеток в трапециевидной мышце у женщин после силовых тренировок. Histochem Cell Biol. 2000; 113 (2): 99–103. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст
• 90. Лендерс М, Вердейк Л.Б., ван дер Хувен Л, и др. : Пожилые мужчины и женщины в равной степени выигрывают от длительных тренировок с отягощениями. J Gerontol A Biol Sci Med Sci. 2013; 68 (7): 769–79. PubMed Аннотация | Publisher Full Text
• 91. Olsen S, Aagaard P, Kadi F, et al. : добавка креатина увеличивает количество сателлитных клеток и миоядер в скелетных мышцах человека, вызванное силовыми тренировками. J. Physiol. 2006; 573 (Pt 2): 525–34. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
• 92. Петрелла Дж. К., Ким Дж. С., Кросс Дж. М., et al. : Эффективность миоядерного добавления может объяснять дифференцированный рост миофибрилл среди молодых и пожилых мужчин и женщин, тренирующихся с отягощениями. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2006; 291 (5): E937–46. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст
• 93. Фрай С.С., Ноерен Б., Мула Дж., и др.: реакция сателлитных клеток, специфичных для типа волокон, на аэробную тренировку у взрослых, ведущих малоподвижный образ жизни. J. Physiol. 2014; 592 (12): 2625–35. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
• 94. Мурач К.А., Уолтон Р.Г., Фрай С.С., et al. : Циклическая тренировка модулирует реакцию сателлитных клеток и транскрипцию на серию упражнений с отягощениями. Physiol Rep. 2016; 4 (18): pii: e12973. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
• 95.Кирби Т.Дж., Патель Р.М., МакКлинток Т.С., и др. : миоядерная транскрипция реагирует на механическую нагрузку и содержание ДНК, но не зависит от размера клетки во время гипертрофии. Mol Biol Cell. 2016; 27 (5): 788–98. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
• 96. Сиборн Р.А., Штраус Дж., Кокс М., et al. : Скелетные мышцы человека обладают эпигенетической памятью гипертрофии. Научный доклад 2018; 8 (1): 1898.PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст | F1000 Рекомендация
• 97. Frontera WR, Ochala J: Скелетные мышцы: краткий обзор структуры и функций. Calcif Tissue Int. 2015; 96 (3): 183–95. PubMed Аннотация | Publisher Full Text
• 98. Nilwik R, Snijders T, Leenders M, et al. : Уменьшение массы скелетных мышц с возрастом в основном связано с уменьшением размера мышечных волокон типа II. Exp Gerontol. 2013; 48 (5): 492–8.PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | F1000 Рекомендация

Необходимость слияния стволовых клеток, опосредованного миомакером, для гипертрофии скелетных мышц

Существенные изменения:

1) В идеале влияние блокады слияния за счет удаления миомакера в мышечных клетках-предшественниках должно быть дополнительно подтверждено оценкой сократительной функции мышц. Это важно для установления существенного вклада опосредованного миомакером слияния стволовых клеток во время физиологической гипертрофии мышц.Ранее сообщалось о функциях цельномышечных и отдельных волокон для систем MOV (Fry et al., 2014 FASEB journal), и включение одного из этих типов анализов значительно укрепило бы статью. Однако рецензенты признают, что эти исследования могут оказаться трудными для своевременного завершения, и поэтому, если авторы не могут включить их в исправленную рукопись, они должны вместо этого добавить комментарий к обсуждению статьи, указывающий, что такие исследования физиологии будут важно оценить в будущих исследованиях.

Мы полностью согласны с тем, что анализ сократительной функции мышц целиком и / или отдельных волокон будет ценным для установления большей физиологической значимости опосредованного миомакером слияния стволовых клеток во время гипертрофии мышц, вызванной перегрузкой. Однако, как упоминалось авторами обзора, мы не можем своевременно завершить такие эксперименты, но включили в наше Обсуждение комментарий о необходимости оценки сократительной функции в последующих исследованиях (четвертый абзац).

2) На рис. 1C, D и E, как авторы распознают мононуклеарные клетки и полностью дифференцированные миоциты? Как они различают расположение синего цвета в день 3, 7, 10 и 14 на Рисунке 1C? Много синего цвета появляется внутри клеток, а не на мембране. Означает ли это, что миомакер не является мембранным белком в мышечных трубках? Это критические моменты, которые следует объяснить и задокументировать с помощью четких экспериментов.

Мы согласны с рецензентами, что более подробные исследования оправданы для различения различных ячеек LacZ ⁺ .Мы выполнили больше экспериментов для решения этих проблем, а также выяснили природу мыши Tmem8c ^{LacZ / +} , которая содержит кассету LacZ в интроне 1 локуса миомакера. Непосредственно перед LacZ находится сильный акцепторный сайт сплайсинга, который делает возможным сплайсинг экзона 1 myomaker и LacZ , а также последовательность IRES, которая обеспечивает независимую трансляцию LacZ . Этот аллель не приводит к образованию слитого белка миомакер-LacZ и, следовательно, не функционирует как считывающее устройство для локализации миомакера.Мы используем этот аллель только в качестве суррогата транскрипции миомакера. Мы подробно объяснили эти проблемы в разделе «Результаты» (подраздел «Динамическое выражение миомейкера во время мышечной перегрузки совпадает со слиянием», первый абзац).

Авторы обзора отмечают, что наше первоначальное описание клеток LacZ ⁺ не позволяло точно различить мононуклеарные клетки и полностью дифференцированные миоциты. В частности, мы наблюдаем различные типы структур LacZ ⁺ после MOV, и в этой пересмотренной рукописи мы попытались более четко сформулировать основную идею этой фигуры — что после MOV экспрессия миомакера сначала происходит в MPs, а затем на более поздних стадиях в миофибриллах.Чтобы решить эту проблему, мы попытались очертить миогенное состояние этих клеток LacZ ⁺ , определив, были ли эти клетки myh4 ⁺ (эмбриональный миозин), известным маркером дифференцированных миоцитов. Путем окрашивания серийных срезов MOV на 7 день с помощью x-gal или myh4 мы смогли классифицировать структуры LacZ ⁺ . Эти результаты показаны на рисунке 1 — приложение к рисунку 1 и объяснены в разделе «Результаты» (подраздел «Динамическое выражение миомейкера во время мышечной перегрузки совпадает со слиянием», первый абзац).На основании этих наблюдений мы идентифицировали следующие популяции клеток x-gal ⁺ : a) Миофибриллы, которые проявляют точечный LacZ и являются myh4-. Мы интерпретируем эти клетки как существующие миофибриллы, которые слились с LacZ ⁺ MP, и причина того, что точечный LacZ состоит в том, что после слияния LacZ распространяется по большому миофибру.

б) Миофибры, которые являются LacZ ⁺ и myh4 ⁺ , которые представляют собой волокна de novo, поскольку они экспрессируют эмбриональный миозин.Эти миофибриллы демонстрируют более сильную экспрессию LacZ по сравнению с миофибриллами LacZ ⁺ myh4 ^— , потому что они образуются в результате слияния множества MP LacZ ⁺ и, следовательно, образуют структуру с концентрированными LacZ. C) Маленькие клетки LacZ ⁺ это были либо myh4 ⁺ , либо myh4 ^— . Маленькие клетки LacZ ⁺ myh4 ⁺ представляют собой дифференцированные миоциты, но они не были достаточно большими, чтобы их можно было классифицировать как миофибриллы, как в (b). Мы интерпретируем маленькие клетки LacZ ⁺ myh4 ^— как MP, учитывая, что миомакер специфичен для мышц.

Для количественных целей мы классифицировали клетки LacZ ⁺ в (a) и (b) выше как «миофибры», а маленькие клетки LacZ ⁺ , описанные в (c), как «немиофибры». Мы признаем, что может возникнуть гораздо больше вопросов по поводу этих данных, касающихся динамики экспрессии миомакеров в прогрессии миогенного клона, однако это не центральный пункт нашей рукописи, и мы думаем, что пересмотренные данные более эффективно подтверждают общий смысл рисунка.

3) Авторы широко полагаются на экспрессию репортерного гена и мРНК () для отслеживания белка Myomaker; однако, поскольку сейчас доступны коммерческие антитела, они должны подтвердить эти данные путем прямого окрашивания на белок миомакер в SC и миофибриллах.

Мы действительно проанализировали экспрессию миомакера исключительно с помощью кПЦР и нашей репортерной мыши LacZ. Авторы обзора также правы в том, что доступны коммерческие антитела, и мы также создали два пользовательских антитела, которые распознают независимые эпитопы миомакера. Мы протестировали несколько коммерческих антител, а также наши собственные антитела, и они работают для вестерн-блоттинга и иммуноокрашивания культивируемых миобластов. Однако функциональность антител для обнаружения миомакера in vivo на срезах неясна, поскольку мы наблюдаем окрашивание в образцах myomakerscKO, которые, как мы окончательно показали, отрицательны для мРНК миомакера.Более того, мы также наблюдаем широко распространенное окрашивание в контрольных фиктивных образцах, что является проблематичным, поскольку ранее мы продемонстрировали, что неповрежденная мышца имеет отрицательный результат на миомакер с помощью количественной ПЦР и анализа LacZ. Поэтому нам неудобно использовать эти реагенты для окончательного отслеживания белка миомакера в SC и миофибриллах. В то время как мы пытаемся оптимизировать антитела для иммуноокрашивания, нет никаких гарантий успеха, и мы думаем, что наших генетических данных у мышей myomakerscKO и myomakermKO достаточно для того, чтобы сделать вывод о том, что миомакер не транскрибируется с миоядра существующего миофибра во время MOV.

4) Анализ совместной локализации Pax7 и lacz ⁺ в модели MOV с использованием существующих последующих мышечных секций необходим, чтобы оценить, влияет ли направление / локализация сателлитных клеток в модели гипертрофии.

Здесь рецензенты поднимают важный вопрос. Первоначально мы не проводили иммуноокрашивание на Pax7 в контрольной или myomakerscKO мышце после MOV. В нашей отредактированной рукописи мы показываем, что количество и локализация клеток Pax7 не претерпевают серьезных изменений в мышце myomakerscKO по сравнению с контролем (Рисунок 2 — рисунок в приложении 2).Возможно небольшое уменьшение количества клеток Pax7 в образцах myomakerscKO, это вряд ли будет основным фактором, способствующим наблюдаемому дефекту гипертрофии. Более того, наши данные о том, что потеря миомакера в SCs ингибирует слияние во время MOV, предполагают, что нарушение слияния является центральным механизмом, с помощью которого мышцы myomakerscKO не могут гипертрофироваться.

5) В подошвенной мышце присутствует несколько типов мышечных волокон, включая типы I, IIa, IIb, IIa / b и IIx. Известно, что разные типы волокон имеют разные CSA, и сдвиг относительной частоты типов волокон между разными экспериментальными и контрольными группами может потенциально затруднить количественный анализ CSA и количества волокон (рис. 3D, E, F), особенно когда только часть секции анализируется.В частности, фигура 3D не показала заметной разницы между CSA волокон myomakerscKO MOV и Sham контролей, но явный сдвиг в сторону больших размеров миофибр myomakerscKO MOV наблюдается в 3E. Анализ относительной частоты типа волокна и CSA каждого типа волокна необходим для уточнения и подтверждения количественных заявлений и достижим путем повторного окрашивания слайдов текущего сечения.

Мы благодарим рецензентов за эти замечания, которые побудили нас более внимательно проанализировать наши данные CSA, показанные на исправленном Рисунке 3C.Среднее значение CSA миофибры в myomakerscKO MOV по сравнению с фиктивным myomakerscKO действительно увеличилось примерно на 10% (рис. 3C), однако это не было статистически значимым. Это потенциально является причиной перехода к более крупным миофибриллам, хотя ни одна из этих точек данных не является статистически значимой. В целом, эти данные могут свидетельствовать о том, что мышца с дефектом сращения имеет незначительную способность к гипертрофии, и теперь мы включили параграф в Обсуждение (второй параграф), посвященный этой возможности.

Кроме того, на основе предложений рецензентов мы проанализировали CSA различных типов волокон. Мы окрашивали наши мышечные срезы для определения мышечных волокон типа I, типа IIa, типа IIb и типа IIx, а также количественно определяли CSA и относительную частоту для каждого типа волокон (рисунок 3 — приложение к рисунку 1). Наш анализ CSA для типов гликолитических волокон (типы IIa, IIb и IIx) соответствует нашим основным выводам о значительном увеличении роста миофибрилл в перегруженных контрольных мышцах, одновременно с нарушением размера миофибрилл, проявляемым мышцами, неспособными к слиянию, в этих типах волокон.Кроме того, поскольку мы наблюдаем не более 2% окислительных волокон типа 1 как в контрольных мышцах, так и в мышцах myomaker ^scKO после перегрузки, мы делаем вывод, что большинство миофибрилл в подошвенной мышце не могут эффективно гипертрофироваться в отсутствие слияния сателлитных клеток. , независимо от конкретных типов волокон. Несмотря на заметные различия в типах волокон CSA, анализ относительного частотного распределения не выявил значительного сдвига в сторону какого-либо определенного типа волокон после 2 недель мышечной перегрузки.

6) На рис. 2С показано увеличение на 7 день, а затем резкое уменьшение lacz ⁺ мононуклеарных клеток на 10 день после MOV. Авторы эффективно показывают, что накопленные клетки lacz ⁺ не сливаются в волокна, но они не объяснили почти 10-кратное сокращение, которое происходит всего за 3 дня. Есть ли доказательства апоптоза клеток-предшественников мышц lacz ⁺ (или lacz ^— ) в течение этого интервала, или клетки просто подавляют экспрессию миомакера? Разъяснение этого момента важно для интерпретации результатов и может быть получено с помощью (1) анализа скоростей апоптоза lacz ⁺ MP в нескольких временных точках после MOV (дни 3, 7, 10 и 14) и (2 ) анализ количества MP-клеток и скорости апоптоза в дополнительные моменты времени после MOV с использованием модели mTmG, в которой клетки постоянно помечены GFP, поэтому их следует отслеживать независимо от того, подавляют ли они миомакер.Соответственно, неотъемлемое предположение при обсуждении авторами контрастирующих результатов в модели абляции DTA и модели делеции миомакера состоит в том, что делеция миомакера не влияет на частоту появления мышечных стволовых клеток (сателлитных клеток) в мышцах MOV; однако прямо это не демонстрируется. Авторы должны количественно определить количество сателлитных клеток в scKO по сравнению с контрольными мышцами MOV, чтобы напрямую оценить эффекты потери миомакера в модели MOV на поддержание регенеративных клеток мышц.

Благодарим рецензентов за эти ценные комментарии.Мы оценили наличие мышечных предшественников в контроле и myomakerscKOmuscle после MOV, используя два независимых подхода. Во-первых, мы использовали FAC для количественной оценки процента mGFP ⁺ MP, как было предложено составителями обзора, и не обнаружили существенных различий на 7-й или 10-й день после MOV между контрольными образцами и образцами myomakerscKO (рисунок 2 — приложение к рисунку 2A). Во-вторых, мы выполнили иммуноокрашивание Pax7 и также не наблюдали значительных различий в клетках Pax7 ⁺ во время MOV (Рисунок 2 — приложение к рисунку 2B).Эти данные демонстрируют, что МП присутствуют в аналогичных количествах, что исключает возможность, которая может лежать в основе дефекта гипертрофии.

Авторы обзора также подвергают сомнению механизмы, с помощью которых клетки LacZ ⁺ уменьшаются через 10 дней после MOV по сравнению с 7 днями. Мы включили новый параграф в Обсуждение (шестой параграф), посвященный этим вопросам.

Авторов обзора особенно интересовало, подвергаются ли клетки myomakerscKO LacZ ⁺ апоптозу между 7 и 10 днями MOV.Мы оценили эту возможность с помощью окрашивания TUNEL, а также подхода гибели клеток на основе FAC. Мы предоставили эти данные рецензентам (ниже), но предпочли бы не включать их в рукопись. Данные не указывают на то, что гибель клеток является механизмом уменьшения количества клеток LacZ ⁺ , хотя наблюдается незначительное увеличение% мертвых GFP ⁺ myomakerscKOMP. Ранее мы также показали увеличение количества клеток TUNEL ⁺ в развивающихся конечностях мышей myomaker KO, что в сочетании со скромным увеличением% мертвых клеток GFP ⁺ , приведенным ниже, может свидетельствовать о том, что дефектные слияния клетки более склонны к гибели клеток.Поскольку существует множество способов гибели клеток, которые следует анализировать с помощью независимых стратегий, наша работа по изучению этого процесса является слишком предварительной, чтобы включать ее даже в качестве дополнительной цифры. Мы думаем, что судьба депутатов, дефектных по слиянию, является чрезвычайно важным вопросом, который потребует более обширного анализа, прежде чем будет сделан окончательный вывод. Другая причина нашего желания опустить данные состоит в том, что основная мысль рукописи состоит в том, что SC-опосредованное слияние необходимо для гипертрофии, вызванной перегрузкой, а не для судьбы дефектных по слиянию MPs.

Анализ гибели клеток после MOV.

( A ) Репрезентативные изображения ядер TUNEL ⁺ в срезах подошвы демонстрируют сходные скорости апоптоза в контрольных мышцах и мышцах myomaker ^scKO после MOV. ( B ) Проточная цитометрия для различения живых и мертвых предшественников mGFP ⁺ с использованием красителя, который связывается с поврежденными мембранами (LIVE / DEAD Fixable Stain, Invitrogen) в обработанных тамоксифеном Pax7 ^{CreERT2 / +} ; Rosa ^mTmG (контроль) и myomaker ^{LacZ / loxP} ; Pax7 ^{CreERT2 / +} ; Мыши Rosa ^mTmG (myomaker ^scKO ) выделяют небольшую популяцию мертвых клеток GFP ⁺ через 7 и 10 дней после MOV.Количественный анализ показывает умеренный (хотя и незначительный) уровень гибели клеток в MP между контролем и мышцами myomaker ^scKO через 7 и 10 дней MOV (n = 3 мыши / группа). Масштабная линейка: 10 мкм.