基因删除Kvβ2 (AKR6)导致肌肉功能的损失,提高了小鼠的炎症
Ravikumar Manickam
Jazmine Virzi
西班牙波提
冯程
大卫·w·拉斯
斯m . Tipparaju- 1希夫药学院制药科学系的,南佛罗里达大学,美国佛罗里达州坦帕市
- 2学校的物理治疗和康复科学Morsani医学院,南佛罗里达大学,美国佛罗里达州坦帕市
电压门控钾通道(Kv)是复杂的离子通道在神经传递不同的角色,心脏的导电性,光滑和横纹肌的功能。以前,我们表明,删除老鼠Kvβ2结果Pax7蛋白质含量下降,下肢肌肉和身体重量、纤维类型转换。在目前的研究中,我们测试的假设Kvβ2调节小鼠骨骼肌功能。年轻人和老Kvβ2淘汰赛(KO)和野生型小鼠(WT)被用来测试老化的表型和骨骼肌功能。符合我们之前的发现,我们发现了一个显著减少下肢骨骼肌质量和年轻Kvβ2 KO小鼠体重,也大大降低了在旧Kvβ2 KO小鼠相比同龄WT老鼠。前肢握力,后腿仍趾长伸肌肌腱牵向前(EDL)肌肉force-frequency关系显著降低年轻和年老Kvβ2 KO小鼠相比同龄WT老鼠。透射电子显微镜图像分析EDL年轻老鼠的肌肉显示显著减少的肌节长度Kvβ2 KO和WT。苏木精和因此eosin-stained前侧肌肉cryosections显示显著降低中等(2000 - 4000年µm的数量2)和最大(> 4000µm2年轻Kvβ2 KO)肌纤维面积与WT老鼠。我们还发现显著增加纤维组织地区年轻Kvβ2 KO小鼠相比同龄WT老鼠。腓肠肌肌肉的RNA Seq数据的分析(气)确定显著增加骨骼肌基因参与开发、增殖和细胞命运的决心,萎缩,能量代谢,肌肉可塑性,炎症,减少生理核心生物钟基因年轻Kvβ2 KO和WT老鼠。几个基因显著调节(384个基因)和表达下调基因(40)年轻Kvβ2 KO小鼠相比同龄WT老鼠。此外,RT-qPCR分析气体的肌肉显示显著增加白细胞介素6炎性标志物表达年轻Kvβ2 KO小鼠相比同龄WT老鼠。总体而言,目前的研究表明,删除Kvβ2导致肌肉强度降低,增加炎症。
介绍
电压门控钾通道(Kv)跨膜通道的选择性K+和属于较大的离子通道的家庭(古特曼et al ., 2003)。Kv通道调节动作电位形状和持续时间在各种各样的组织,包括骨骼和心脏肌肉(Nerbonne 2016;Kilfoil et al ., 2019)。人类基因组编码40 Kv通道分为12组根据他们的氨基酸序列同源性(Kv1-12)与多样的生理功能(伍尔夫et al ., 2009)。α-subunits形式人类——或者,也可以形成与细胞质β-subunits (长et al ., 2005)。电压门控Kv渠道(Kv1 4 7)影响动作电位阈值和数字的生成在去极化或兴奋性突触的潜力。而Kv2和Kv3调节动作电位的持续时间和放电模式。Kv动力学通道也影响产生的动作电位。Kv渠道也扮演一个角色在钙信号、细胞增殖、迁移、分化、细胞死亡和细胞体积的维护(巴赫曼et al ., 2020)。Kv渠道不足导致神经和代谢紊乱,心血管疾病和自身免疫性疾病,癌症,耳聋(Glasscock等。论文,2010年;莱特纳et al ., 2011;安德森et al ., 2019;Trosclair et al ., 2021)。治疗,Kv频道活化剂或阻滞剂改变动作电位的放电模式(Vyas以及et al ., 2019)。
骨骼肌是一个主要的组织包括体重在人类总数的40%左右。骨骼肌也是一个活跃的代谢器官,帮助通过收缩和舒张运动肌纤维蛋白在神经刺激。高组织可塑性适应不同条件如运动、病理生理状态和老化(Manickam Wahli, 2017)。Sarcopenia,与年龄有关的肌肉质量和机械功能下降,发生在慢性炎症的背景下,线粒体功能障碍,代谢放松管制,干细胞的数量减少和功能,改变基因表达(拉尔森et al ., 2019)。在先前的研究中,我们表明,Kvβ2导致损失减少肌肉大小和质量,因此在目前的研究中,我们评估了Kvβ2删除对肌肉力量的影响和影响在年轻和衰老的老鼠。
Kvβ亚基1 - 3 / KCNAB Kv家族的通道属于NADPH-dependent aldo-keto还原酶(AKR)和绑定到NADPH-cofactors。这些Kvβ亚基形成复合物和Kv1 Kv4频道α-subunits和调节的控制和动力学Kv通道,膜定位,他们的氧化还原敏感性(巴尔et al ., 2001;麦科马克et al ., 2002;Tipparaju et al ., 2008)。Kvβ不同亚基的表达如kvβ1.1 - 1.3,和Kvβ2扮演重要的角色在骨骼肌发展和生理学格兰德et al ., 2003)。有趣的是,删除老鼠Kvβ2导致寿命缩短,增加癫痫和诱使震动(麦科马克et al ., 2002)。以前,我们报道,删除老鼠Kvβ2导致减少体重,后肢肌肉质量和大小,和减少肌肉干细胞标记Pax7蛋白质水平,增加Nedd4,磷酸酶,MHC1 MHC2a蛋白质水平(格兰德et al ., 2003;Chapalamadugu et al ., 2018)。我们还表明,Kvβ2参与心肌细胞复极化和新陈代谢(Kilfoil et al ., 2019),删除老鼠Kvβ2 isoproterenol-induced减少心肌损伤和生物钟基因(病重et al ., 2021)。因此,我们假设删除Kvβ2老鼠不仅影响骨骼肌质量,而且其收缩功能和握力。
材料和方法
动物
的半合Kvβ2+ /−零老鼠慷慨的礼物从杰弗里·墨菲博士(美国密歇根大学MI)。的Kvβ2+ /−零老鼠杂交生成与野生型(WT)和Kvβ2−−/敲除小鼠(KO)如前所述(麦科马克et al ., 2002)。所有的老鼠食物和水随意,并保持在Morsani医学院,美国南佛罗里达大学,佛罗里达州。年轻(14到20周)老(1 - 2年)WT和KO雄性小鼠被用于这项研究。所有动物的工作开始之前批准的研究机构动物保健和使用委员会(IACUC)南佛罗里达大学,美国佛罗里达州。
握力
14 - 16周的前翼控制优势和58周大WT KO小鼠用Chatillon力测量DFE II握力测量仪(美国Ametek,哥伦布仪器,哦,)如前所述(Manickam et al ., 2022)。五个人测量记录每只老鼠,表示为平均握力表示为KGF /公斤体重,n6 - 15 =老鼠/组。
肌纤维力频率关系
的体外收缩性和force-frequency关系(FFR)测量如前所述(Manickam et al ., 2022)。短暂,趾长伸肌肌腱牵向前(EDL)两后肢骨骼肌肉后收集安乐死老鼠按照南佛罗里达大学,IACUC指南。解剖后立即反伊斯兰教英国防御联盟自由,与外科手术缝合的测力传感器包含137毫米氯化钠的缓冲区,0.4毫米不2阿宝4氯化钾,5.1毫米,1.05毫米MgCl2,2.0毫米CaCl2在pH值为7.4,10毫米葡萄糖浴保持在22°C和不断充气O为95%2/ 5%股份有限公司2。平衡后的最佳肌肉长度(l0)计算每一块肌肉和受到刺激列车(500毫秒)的频率范围从1到125 Hz,每分钟1确定force-frequency关系。S48的刺激是刺激器(草制品、RI、美国),和所有脉冲在时间1毫秒。每个收缩的峰值力在不同刺激频率被用来FFR的阴谋。FFR表达绝对(mN)和归一化(mN / mg肌肉),n= 4 - 7老鼠/组。
透射电子显微镜法
透射电子显微镜(TEM)图像得到如前所述(Manickam et al ., 2022)。短暂,后肢EDL肌肉解剖和固定立即用2.5%戊二醛在0.1 M磷酸钠缓冲2 h在室温下(RT),并在4°C在一夜之间。随后在磷酸盐缓冲溶液进行冲洗,然后用1%锇酸固定在磷酸缓冲2 h在4°C。在磷酸缓冲冲洗后,肌肉被脱水在乙醇和丙酮在RT和渗透在丙酮:纯树脂4 h,然后嵌入在嵌入蜡。混合嵌入的聚合进行了一夜之间在70°C。1µm和70纳米薄片切割Reichert Ultracut切片机、沾2%醋酸双氧铀,按标准协议与柠檬酸铅。获得的图像在x15,000×30000×50000与JOEL1400透射电子显微镜的放大。肌纤维肌小节长度进行了分析×30000放大图像和量化使用ImageJ软件,在哪里n= 3老鼠/组。每只老鼠共有7 - 14图像分析了184年和191年为年轻WT KO小鼠肌原纤维,分别。量化,黄线是来自一个z轴的下一个z线我乐队用NIH ImageJ软件测量观察的肌原纤维的长度。
范Gieson染色
因此下肢前侧(TA)肌肉解剖从年轻和年老WT KO小鼠和嵌入在最佳切削温度(10月)介质和冻结在异戊烷在液态氮冷冻和储存在−80°C。10µm厚横向连续cryosections mid-belly地区被削减时使用徕卡(CM1860)低温恒温器机器和沾Weigert 10分钟的铁苏木精在rt,用自来水冲洗后,剩下的部分在picrofuchsin解决方案在rt,洗20分钟完成分级与苦味酸乙醇,最后用100%的乙醇,直到清晰。部分被清除与二甲苯为5分钟两次RT和安装DPX mountant。蒙太奇图像得到×10倍的放大与奥林巴斯IX73倒置显微镜使用CellSens标准软件(奥林巴斯软成像解决方案,美国)。量化的纤维化组织区(红色)进行了与ImageJ软件(国家卫生研究院、美国),在哪里n= 3老鼠/组。代表图像在×20放大。
定量实时聚合酶链反应
总RNA是孤立于下肢腓肠肌(气)肌肉的老少WT KO小鼠使用Exiqon miRCURY RNA隔离设备(Exiqon,妈,美国)按照制造商的建议。互补脱氧核糖核酸合成使用iScript cDNA从孤立的总RNA合成装备(Bio-Rad实验室、CA、美国)。白细胞介素6表达测量与iTaq普遍SYBR绿色Supermix CFX96实时C1000触摸热循环系统(Bio-Rad实验室、CA、美国)。互补脱氧核糖核酸合成和qPCR程序进行如前所述(Chapalamadugu et al ., 2018)。鼠标GAPDH是作为内部控制参考基因n= 5 - 8老鼠/组。
全转录组测序(RNA seq)
下肢气体肌肉全转录组测序进行了如前所述(Manickam et al ., 2022)。总RNA从天然气中提取肌肉的年轻WT KO小鼠,测定和RNA质量和完整性。RNA Seq图书馆然后准备。互补脱氧核糖核酸库质量决定前与Illumina公司PE150测序平台。之间的数据分析了生成WT、KO小鼠n= 3 /组小鼠进行生物信息学分析。
生物信息学
RNA-Seq数据分析利用两个开源软件项目:大礼帽和袖扣(杰尔et al ., 2012)。原始读取映射到老鼠GRCm38基因组通过使用大礼帽。袖扣量化基因在WT和KO组发现差异表达基因(问这两组之间值< 0.05)。差异表达基因注释,然后进入数据库可视化、发现和集成(大卫)(谢尔曼et al ., 2022)来探索KEGG富含这些基因的基因通路。
统计分析
统计分析与GraphPad棱镜9.5.1或者SigmaPlot软件。一个未配对的学生的t- - - - - -只测试是利用当比较两组。我家的方差分析,两个主题之间的因素(年龄和基因型)和一个重复的因素(频率)被用来测试FFR。数据被表示为平均±标准差。统计学意义是p< 0.05为所有的数据分析与GraphPad棱镜9.5.1或者SigmaPlot软件事后测试。
结果
小鼠基因消融Kvβ2导致体重下降
符合我们之前的出版物,年轻人(20周)Kvβ2 KO小鼠显示显著(p= 0.0215)相比,体重的降低同窝出生仔畜WT老鼠(Chapalamadugu et al ., 2018)。在目前的研究中,我们证明了一个类似的意义p= 0.0161)减少体重是注意到老(1.5 - 2年)Kvβ2 KO小鼠相比同龄WT老鼠(图1 a, B)。老鼠在一起这表明删除Kvβ2导致产后体重下降和在衰老。
图1。小鼠基因消融Kvβ2导致体重下降。(一)体重的年轻人(20周)和(B)老(1.5 - 2年)野生型(WT)和Kvβ2淘汰赛(KO)雄性老鼠在g (g)。数据表示为平均数±标准差;*p< 0.05。
删除老鼠Kvβ2导致物理性能下降和肌肉force-frequency关系
以前,我们表明,删除老鼠Kvβ2导致减少下肢肌肉大小和质量,和肌肉干细胞标记Pax7蛋白质水平(Chapalamadugu et al ., 2018)。然而,还不知道是否这些变化导致任何改变骨骼肌收缩功能和握力。因此,在目前的研究中,我们评估了前肢握力体外骨骼肌force-frequency关系(FFR)下肢肌肉EDL的测量功能与WT KO小鼠。年轻(14 - 16周)Kvβ2-KO老鼠显示显著(p= 0.0446)相比,前肢握力的降低与WT老鼠(图2一个)。类似的意义p= 0.0417)减少前肢握力也注意到在老化- 58周大Kvβ2 KO小鼠相比同龄WT老鼠(图2 b)。此外,年轻的(运- 20周)老(O-2yr) Kvβ2 KO小鼠显示减少下肢EDL肌肉绝对和规范化FFR相比年龄WT老鼠。有一个显著的基因型效应(p< 0.001),和一个年龄x基因型(p= 0.006)交互(图2 c, D)。在一起,这些数据表明,删除老鼠Kvβ2导致受损的肌肉功能在活的有机体内和体外。
图2。物理性能和降低肌纤维力Kvβ2 KO小鼠的频率。(一)前肢的年轻(14 - 16周)和握力(B)老(58周)野生型(WT)和Kvβ2淘汰赛(KO)雄性老鼠。数据表示为平均数±标准差;*p< 0.05。(C)频率的绝对力量,(D)规范化力的频率(20周)和老少(2年)WT和KO雄性小鼠后肢EDL的肌肉。肌纤维的F统计力量重复频率与频率测量显示显著的正面效应基因型(p年龄< 0.001)和x基因型的相互作用(p= 0.006)。数据表示为平均数±标准差;Y,年轻的时候;啊,老老鼠。
Kvβ2 KO小鼠后肢骨骼肌质量下降
以前,我们在年轻小鼠显示删除的Kvβ2导致质量降低下肢肌肉:股二头肌、腓肠肌和比目鱼肌(Chapalamadugu et al ., 2018)。这里我们展示类似的显著下降不仅在年轻人(20周)Kvβ2 KO小鼠后肢肌肉EDL (p= 0.0343),气体(p= 0.0056),股四头肌(四)(p= 0.0001)还在旧Kvβ2 KO小鼠EDL (p= 0.0213),气体(p= 0.0021),四(p= 0.0003)相比,肌肉与WT老鼠(图3 f)。此外,直接比较老(2年)WT和青年(20周)Kvβ2 KO小鼠后肢肌肉EDL (p= 0.4146),气体(p= 0.1065),四(p= 0.1169)没有任何明显的差异在他们的重量(补充数据S1A-C)。这清楚地表明,减少肌肉Kvβ2 KO小鼠导致减少下肢肌肉控制的优势在年轻和年老的老鼠。
图3。老鼠缺乏Kvβ2导致减少下肢肌肉的重量。(一)年轻的后肢EDL肌肉重量(20周)和(B)旧(2年)WT KO雄性老鼠在毫克(毫克)。(C)气体(20周)和肌肉重量的年轻(D)旧(2年)WT KO雄性老鼠在毫克(毫克)。(E)年轻的四肌肉重量(20周)和(F)旧(2年)WT KO雄性老鼠在毫克(毫克)。数据表示为平均数±标准差;*p< 0.05。
Kvβ2调节骨骼肌纤维的大小
透射电子显微镜图像分析的纵向的后肢EDL肌肉显示显著(p= 0.0086)肌原纤维减少肌节长度的年轻人(20周)Kvβ2 KO小鼠相比同龄WT老鼠(图4 a - c)。此外,显著减少的肌纤维横截面积(2000 - 4000年µm媒介2)(p= 0.0016)和最大(> 4000µm2)(p= 0.0009)大小的肌纤维领域也观察到的年轻人(20周)Kvβ2 KO小鼠后肢肌肉TA cryosections苏木精和伊红染色(圆))与WT老鼠相比(图4 d, E),这些结果进一步确认删除老鼠Kvβ2导致减少下肢肌肉质量。
图4。减少肌节长度和肌纤维Kvβ2 KO小鼠的大小。代表图像的透射电子显微镜后肢EDL肌肉的年轻(20周)(一)WT和(B)KO雄性老鼠。(C)量化的反伊斯兰教英国防御联盟肌原纤维肌节长度(标记为黄线在z轴的下一个z线(红色箭头)i带(红线)肌节)WT、KO小鼠n= 184年和191年,分别。(D, E)量化的250个随机苏木精和eosin-stained TA肌肉的肌纤维横截地区,在那里n老鼠= 3 /鼠标/组x 3部分。数据表示为平均数±标准差;*p< 0.05;ns,非重要。
年轻的Kvβ2 KO小鼠拟表型inflammaging表现型
然后,我们评估了inflammaging表型的骨骼肌(20周)和老少(2年)老鼠通过范Gieson染色(纤维化)下肢TA肌肉cryosections并通过RT-qPCR表达白细胞介素6的炎性标记。删除Kvβ2显示显著(p= 0.0103)纤维组织区域增加年轻人(20周)小鼠相比同龄WT老鼠,而它被发现与(p= 0.3081)之间的小鼠基因型(图5 a - c)。这是伴随着显著(p白细胞介素6 = 0.0008)增加促炎标记表达式的年轻人(20周)Kvβ2 KO小鼠相比同龄WT老鼠(图5 d)。然而,白细胞介素6的表达水平被发现与(p= 0.1699)的2岁WT和KO小鼠(图5 e)。
图5。删除Kvβ2导致增加骨骼肌组织纤维化在年轻的老鼠。(一)代表×20后肢TA肌肉横断面图的放大图像mid-belly地区的年轻人(20周)和老年人(2年)WT KO雄性老鼠沾Van Gieson污渍。(B)量化的纤维化组织区(红色)的年轻(20周)和(C)旧(2年)WT KO雄性老鼠沾Van Gieson污点,n= 3 /组小鼠整体部分。(D)RT-qPCR分析青年(20周)和白细胞介素6的表达水平(E)老(2年)WT KO雄性老鼠,n= 5−8老鼠/组。数据表示为平均数±标准差;*p< 0.05,ns,非重要。
删除老鼠Kvβ2导致增强骨骼肌萎缩、炎症、代谢改变,生物钟基因的表达
评估的差异基因表达年轻Kvβ2 KO和WT老鼠,RNA在下肢Seq分析气体的肌肉。火山的情节显示关键差异表达基因的数量(图6明显的)(p< 0.05)调节(384个基因)和表达下调的基因(40)年轻Kvβ2 KO小鼠相比同龄WT老鼠。随后的热图分析差异表达的关键基因在年轻Kvβ2 KO和WT老鼠显示显著(p< 0.05)增加骨骼肌发育相关基因的表达,细胞增殖和决心(Myo1d, Notch1,新的高度)、肌肉萎缩(Trim54、Hdac5 Sumo2 Acvr1b,和N4bp3)、能量代谢和肌肉可塑性(Irs2, Akt1, Ucp2 Fndc5、Plin3 Plin4, Ppara,和Ppard)和炎症(Il6ra和Il34),减少生理时钟(核心时钟和Arntl)基因与增加负反馈循环时钟基因阻遏蛋白等Per1, Per2和Cry2年轻Kvβ2 KO小鼠相比同龄WT老鼠。然而,也有减少Acvr2a, Cry1和Il1r1基因表达在年轻Kvβ2 KO小鼠相比同龄WT老鼠(图6 b)表明微分调节各种信号通路参与肌肉萎缩,外围昼夜节律和炎症之间的基因型(图6 c, D)。
图6。RNA Seq数据分析气体后肢肌肉的年轻(20周)WT KO小鼠。(一)KO_vs火山情节显示差异表达基因。_WT老鼠。(B)热图的关键KO_vs差异表达的基因。_WT老鼠。(C)表达下调和信号通路(D)KO_vs调节。_WT老鼠。数据表示为显著不同的地方问< 0.05,n= 3老鼠/组。
讨论
电压门控钾通道β2亚基(Kvβ2)已经与许多生理功能,然而,它在骨骼肌功能中的作用仍然是未知的。因此,在目前的研究中我们试图测试Kvβ2删除对小鼠骨骼肌功能的影响。我们报告三大鼠骨骼肌的变化的基础上,删除Kvβ2老鼠:1)删除Kvβ2导致肌肉功能下降,2)基因删除Kvβ2导致肌原纤维减少肌节长度和肌纤维横截面积和3)RNA seq基因差异表达分析提供了洞察模式符合肌肉萎缩,炎症,改变能量代谢和生理节奏。
根据这项研究,我们证明有减少前肢握力的年轻Kvβ2 KO小鼠,也是明显在这些小鼠的衰老。以前,我们报道,删除老鼠Kvβ2导致减少下肢肌肉和身体重量与降低Pax7蛋白质含量在产后增长(Chapalamadugu et al ., 2018)。这里,我们确认一个健壮的减少下肢肌肉和身体重量Kvβ2 KO以及老少Kvβ2 KO小鼠。符合我们之前的发现,我们也发现了相似的降低介质最大直径大小的后肢TA肌肉肌纤维区域横截面上的年轻Kvβ2 KO小鼠分析(Chapalamadugu et al ., 2018)。同样,后肢的透射电子显微镜图像分析EDL肌肉纵向部分还透露在肌原纤维减少肌节长度的年轻Kvβ2 KO小鼠提出合理的肌纤维萎缩。在一起,这表明观察肌肉功能下降可能是由于其直接与肌肉重量的减少。为了解决这个问题,我们利用了体外下肢EDL肌纤维force-frequency关系,发现删除老鼠Kvβ2导致减少绝对和规范化EDL肌纤维FFR的年轻和年老Kvβ2 KO小鼠,表明肌肉功能受到肌肉的损失以及减少肌节长度。
有趣的是,年轻的Kvβ2 KO小鼠显示后肢TA肌肉纤维组织地区增加截面沾Van Gieson染色,但被发现与老老鼠的基因型之间的老年人WT老鼠也显示增加纤维组织区域与老化肌肉表现型一致。为了验证这一点,我们进行了深入RNA-Seq分析差异表达基因的后肢气体肌肉的年轻Kvβ2 KO_vs。_WT老鼠。火山情节分析确定384年和40个,表达下调的基因Kvβ2 KO小鼠,分别。随后,热图分析显示数量的关键基因的表达增加参与骨骼肌发展、增殖和细胞命运的决心(Notch信号),萎缩(神经源性),炎症(白细胞介素),能量代谢和肌肉可塑性(Ppars和胰岛素信号),以及减少昼夜外围核心生物钟基因(时钟和Bmal1 / Arntl)和增加负反馈循环核心生物钟基因阻遏蛋白(每和哭)反映受损肌肉表型(罗et al ., 2005;佩雷拉et al ., 2012;Manickam Wahli, 2017)。值得注意的是,我们的生理差别显示之前对这些核心的时钟Bmal1基因表达在年轻Kvβ2 KO小鼠的心脏组织样本(病重et al ., 2021)。此外,我们也证实了炎性白细胞介素6myokine表达式通过实时定量PCR分析气体下肢肌肉的年轻和年老Kvβ2 KO小鼠,发现白细胞介素6表达式是更高的年轻和老Kvβ2 KO小鼠。
以前,我们表明,删除老鼠Kvβ2增强NEDD4水平和减少PAX7骨骼肌蛋白质含量在产后肌细胞生成(Chapalamadugu et al ., 2018)表明Nedd4可能负调控Pax7表达式的年轻Kvβ2 KO小鼠。在这项研究中我们将展示增加NEDD4泛素连接酶结合蛋白3 (N4bp3年轻Kvβ2 KO小鼠)表达式。我们还发现删除老鼠Kvβ2导致增加Myo1d(Myosin1d),以及增加切口1和4 Kvβ2 KO小鼠表达水平,这表明可能有初祖人口的增加在这些老鼠(罗et al ., 2005)。此外,我们还注意到增加Acvr1b,Hdac5,Trim54 / MuRF3表达水平在Kvβ2 KO小鼠暗示可能激活素受体信号,以及神经性肌肉萎缩这些小鼠骨骼肌的导致肌肉减少,握力,收缩单元肌节长度、肌纤维大小和纤维化增加(Moresi et al ., 2010;李et al ., 2020)。此外,昼夜核心生物钟基因时钟和Arntl / Bmal1表达式被发现的表达下调Kvβ2 KO小鼠同时增加负反馈循环核心生物钟基因阻遏蛋白Per1,Per2,Cry2的表达水平,这显然表明参与Kvβ2 KO小鼠外周生物钟基因(Sadria莱顿,2021)。还有等炎性标记物的增加Il34,Il6ra和减少Il1r1受体激动剂/拮抗剂受体表明有炎症增加骨骼肌的年轻Kvβ2 KO小鼠。此外,我们还发现基因的表达增加参与能量代谢和肌肉可塑性等Ppars(Ppar-α和Pparδ)和胰岛素(Irs2 / Akt1)信号,脂滴相关蛋白(Plin3 4),褐色脂肪组织(Fndc5, Ucp2),减少小ubiquitin-like修饰符2 (Sumo2在年轻Kvβ2 KO小鼠。有趣的是,还有增加长寿相关的通路,即。,河畔+端依赖蛋白脱乙酰酶Sirt6表达Kvβ2 KO小鼠,涉及细胞压力阻力,基因组稳定、衰老和能源体内平衡(Roichman et al ., 2021)。总的来说,这些数据表明,老鼠Kvβ2结果的基因消融的使用替代能源代谢克服公开骨骼肌表型观察到年轻人。
结论
目前的研究表明删除Kvβ2减少肌肉和力量。Kvβ2删除的老鼠也会导致增加纤维组织地区年轻人Kvβ2 KO小鼠炎性标记物的增加。RNA Seq分析显示在肌肉萎缩相关基因的表达增加,能量代谢、炎症和昼夜节律。总的来说,这是第一个研究kcnab2基因与年龄相关的肌肉功能和分子信号通路的洞察力。
数据可用性声明
在这项研究中提出的数据集可以在网上找到存储库。库的名称/存储库和加入数量(s)可以在文章中找到补充材料。GEO加入GSE233996数量。
道德声明
动物研究是审查和批准机构动物保健和使用委员会(IACUC)南佛罗里达大学,美国佛罗里达州。
作者的贡献
研究概念:圣;实验:RM,合资,博士;数据分析:RM,合资,美联社,博士,FC,和圣;手稿:RM和圣都促成了这篇文章,作者批准提交的版本。
资金
这项工作是由美国国家卫生研究院,DK119066,威廉·桑德斯椅子在老年药物治疗赠款资金来圣R01AG070145(的天气)。
确认
作者感谢维维安Puig女士的技术援助,供Sinha博士老鼠组织和RNA Seq数据普遍服务基金基因组学核心实验室,透射电子显微镜和阿曼达·加尔女士。
的利益冲突
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
出版商的注意
本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。
补充材料
本文的补充材料在网上可以找到:https://www.雷竞技rebatfrontiersin.org/articles/10.3389/fragi.2023.1175510/full补充材料
补充图S1|比较下肢肌肉重量在2 WT细致谨慎,年轻Kvβ2 KO小鼠。(一)EDL肌肉重量。(B)气体肌肉重量。(C)四肌肉重量。数据表示为平均数±标准差;ns,非重要。
引用
安德森,k . J。,Cormier, R. T., and Scott, P. M. (2019). Role of ion channels in gastrointestinal cancer.世界j .杂志。25日,5732 - 5772。doi: 10.3748 / wjg.v25.i38.5732
巴赫曼,M。李,W。,Edwards, M. J., Ahmad, S. A., Patel, S., Szabo, I., et al. (2020). Voltage-gated potassium channels as regulators of cell death.前面。细胞。Dev,杂志。8,611853。doi: 10.3389 / fcell.2020.611853
巴尔,R。,Milligan, C. J., Vardanyan, V., Engeland, B., Young, B. A., Dannenberg, J., et al. (2001). Coupling of voltage-dependent potassium channel inactivation and oxidoreductase active site of Kvbeta subunits.生物。化学。276年,22923 - 22929。doi: 10.1074 / jbc.M100483200
Chapalamadugu, k . C。病重,J。,Badole, S. L., Kukreja, R. C., Brotto, M., and Tipparaju, S. M. (2018). Physiological role of Kvβ2 (AKR6) in murine skeletal muscle growth and regulation.学报杂志。(Oxf)224年,e13083。doi: 10.1111 / apha.13083
Glasscock,论文E。柳,j·W。,Chen, T. T., Klassen, T. L., and Noebels, J. L. (2010). Kv1.1 potassium channel deficiency reveals brain-driven cardiac dysfunction as a candidate mechanism for sudden unexplained death in epilepsy.j . >。5167 - 5175年。doi: 10.1523 / jneurosci.5591 - 09.2010
格兰德,M。,Suàrez, E., Vicente, R., Cantó, C., Coma, M., Tamkun, M. M., et al. (2003). Voltage-dependent K+ channel beta subunits in muscle: Differential regulation during postnatal development and myogenesis.j .细胞。杂志。195年,187 - 193。doi: 10.1002 / jcp.10203
古特曼,g。,Chandy, K. G., Adelman, J. P., Aiyar, J., Bayliss, D. A., Clapham, D. E., et al. (2003). International union of pharmacology XLI. Compendium of voltage-gated ion channels: Potassium channels.杂志。牧师。55岁,583 - 586。doi: 10.1124 / pr.55.4.9
Kilfoil, p . J。,Chapalamadugu, k . C。,胡锦涛,X。,Zhang, D., Raucci, F. J., Tur, J., et al. (2019). Metabolic regulation of Kv channels and cardiac repolarization by Kvβ2 subunits.j·摩尔。细胞。心功能杂志。137年,93 - 106。doi: 10.1016 / j.yjmcc.2019.09.013
拉尔森,L。,Degens, H., Li, M., Salviati, L., Lee, Y. I., Thompson, W., et al. (2019). Sarcopenia: Aging-Related loss of muscle mass and function.杂志。牧师。99年,427 - 511。doi: 10.1152 / physrev.00061.2017
李,美国J。,Lehar, A., Meir, J. U., Koch, C., Morgan, A., Warren, L. E., et al. (2020). Targeting myostatin/activin A protects against skeletal muscle and bone loss during spaceflight.Proc。国家的。学会科学。美国的一个。117年,23942 - 23951。doi: 10.1073 / pnas.2014716117
莱特纳,m·G。,Halaszovich, C. R., and Oliver, D. (2011). Aminoglycosides inhibit KCNQ4 channels in cochlear outer hair cells via depletion of phosphatidylinositol(4,5)bisphosphate.摩尔。杂志。79年,51-60。doi: 10.1124 / mol.110.068130
长,s . B。,Campbell, E. B., and Mackinnon, R. (2005). Crystal structure of a mammalian voltage-dependent Shaker family K+ channel.科学309年,897 - 903。doi: 10.1126 / science.1116269
罗,D。,Renault, V. M., and Rando, T. A. (2005). The regulation of Notch signaling in muscle stem cell activation and postnatal myogenesis.Semin。细胞。Dev,杂志。16,612 - 622。doi: 10.1016 / j.semcdb.2005.07.002
Manickam, R。病重,J。,Badole, S. L., Chapalamadugu, K. C., Sinha, P., Wang, Z., et al. (2022). Nampt activator P7C3 ameliorates diabetes and improves skeletal muscle function modulating cell metabolism and lipid mediators.j .恶病质Sarcopenia肌肉13日,1177 - 1196。doi: 10.1002 / jcsm.12887
Manickam, R。,Wahli, W. (2017). Roles of peroxisome proliferator-activated receptor β/δ in skeletal muscle physiology.Biochimie136年,42-48。doi: 10.1016 / j.biochi.2016.11.010
麦科马克,K。,Connor, J. X., Zhou, L., Ho, L. L., Ganetzky, B., Chiu, S. Y., et al. (2002). Genetic analysis of the mammalian K+ channel beta subunit Kvbeta 2 (Kcnab2).生物。化学。277年,13219 - 13228。doi: 10.1074 / jbc.M111465200
Moresi, V。,Williams, A. H., Meadows, E., Flynn, J. M., Potthoff, M. J., Mcanally, J., et al. (2010). Myogenin and class II HDACs control neurogenic muscle atrophy by inducing E3 ubiquitin ligases.细胞。143年,35 - 45。doi: 10.1016 / j.cell.2010.09.004
Nerbonne, j . m . (2016)。心肌钾通道功能多样性的分子基础。卡。Electrophysiol。中国。8,257 - 273。doi: 10.1016 / j.ccep.2016.01.001
佩蕾娜。,Mankoo, B., and Gautel, M. (2012). Developmental regulation of MURF E3 ubiquitin ligases in skeletal muscle.j .肌肉细胞》。Motil。33岁,107 - 122。doi: 10.1007 / s10974 - 012 - 9288 - 7
Roichman,。,Elhanati, S., Aon, M. A., Abramovich, I., Di Francesco, A., Shahar, Y., et al. (2021). Restoration of energy homeostasis by SIRT6 extends healthy lifespan.Commun Nat。12日,3208年。doi: 10.1038 / s41467 - 021 - 23545 - 7
Sadria, M。,Layton, A. T. (2021). Aging affects circadian clock and metabolism and modulates timing of medication.iScience24日,102245年。doi: 10.1016 / j.isci.2021.102245
谢尔曼,b . T。,,M。秋,J。,Jiao, X., Baseler, M. W., Lane, H. C., et al. (2022). David: A web server for functional enrichment analysis and functional annotation of gene lists (2021 update).核酸Res。W216-W221。doi: 10.1093 / nar / gkac194
Tipparaju, s M。、Barski o .。,Srivastava, S., and Bhatnagar, A. (2008). Catalytic mechanism and substrate specificity of the beta-subunit of the voltage-gated potassium channel.生物化学47岁,8840 - 8854。doi: 10.1021 / bi800301b
杰尔C。,Roberts, A., Goff, L., Pertea, G., Kim, D., Kelley, D. R., et al. (2012). Differential gene and transcript expression analysis of RNA-seq experiments with TopHat and Cufflinks.Protoc Nat。7,562 - 578。doi: 10.1038 / nprot.2012.016
Trosclair, K。,是的,M。,Watts, M., Gautier, N. M., Voigt, N., Traylor, J., et al. (2021). Kv1.1 potassium channel subunit deficiency alters ventricular arrhythmia susceptibility, contractility, and repolarization.杂志。代表。9,e14702。doi: 10.14814 / phy2.14702
病重,J。,Chapalamadagu, K. C., Manickam, R., Cheng, F., and Tipparaju, S. M. (2021). Deletion of Kvβ2 (AKR6) attenuates isoproterenol induced cardiac injury with links to solute carrier transporter SLC41a3 and circadian clock genes.代谢物11日,201年。doi: 10.3390 / metabo11040201
Vyas以及诉K。,Parikh, P., Ramani, J., and Ghate, M. (2019). Medicinal chemistry of potassium channel modulators: An update of recent progress (2011-2017).咕咕叫。地中海,化学。26日,2062 - 2084。doi: 10.2174 / 0929867325666180430152023
关键词:Kvβ2、KCNAB2 AKR6 sarcopenia,炎症,骨骼肌
引用:程Manickam R, Virzi J波提,F, Russ DW和Tipparaju SM(2023)基因删除Kvβ2 (AKR6)导致肌肉功能的损失,提高了小鼠的炎症。前面。老化4:1175510。doi: 10.3389 / fragi.2023.1175510
收到:2023年2月27日;接受:2023年5月25日;
发表:2023年6月12日。
编辑:
Consuelo Borras西班牙瓦伦西亚大学版权©2023 Manickam Virzi,波提,Cheng Russ Tipparaju。这是一个开放分布式根据文章知识共享归属许可(CC)。使用、分发或复制在其他论坛是允许的,提供了原始作者(年代)和著作权人(s)认为,最初发表在这个期刊引用,按照公认的学术实践。没有使用、分发或复制是不符合这些条件的允许。
*通信:斯m . Tipparajustippara@usf.edu