Механизм стимуляции миогенеза под действием янтарной кислоты через сукцинатный рецептор SUCNR1

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В исследовании на клетках линии С2С12 изучено влияние янтарной кислоты на процессы миогенеза. В диапазоне концентраций 10–1000 мкМ янтарная кислота стимулировала процесс миогенной дифференцировки, увеличивая количество факторов миогенеза MyoD (на всех этапах миогенеза) и миогенина (на этапе терминальной дифференцировки). Методом Вестерн-блот в клетках С2С12 выявлены специфические сукцинатные рецепторы SUCNR1, уровень которых снижался в процессе миогенеза. При добавлении янтарной кислоты к клеткам содержание внутриклеточного сукцината существенно не изменялось и уменьшалось в процессе миогенной дифференцировки. С применением специфического ингибитора белка Gαi – коклюшного токсина – установлено, что стимуляция миогенеза С2С12 под действием янтарной кислоты реализуется через SUCNR1–Gαi.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Ю. В. Абаленихина

Рязанский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова

Автор, ответственный за переписку.
Email: abalenihina88@mail.ru
Россия, Рязань

М. О. Исаева

Рязанский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова

Email: abalenihina88@mail.ru
Россия, Рязань

П. Ю. Мыльников

Рязанский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова

Email: abalenihina88@mail.ru
Россия, Рязань

А. В. Щулькин

Рязанский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова

Email: abalenihina88@mail.ru
Россия, Рязань

Е. Н. Якушева

Рязанский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова

Email: abalenihina88@mail.ru
Россия, Рязань

Список литературы

  1. Xu, M., Chen, X., Chen, D., Yu, B., Li, M., He, J., and Huang, Z. (2020) Regulation of skeletal myogenesis by microRNAs, J. Cell. Physiol., 235, 87-104, https://doi.org/10.1002/jcp.28986.
  2. Arnold, H. H., and Braun, T. (1996) Targeted inactivation of myogenic factor genes reveals their role during mouse myogenesis: a review, Int. J. Dev. Biol., 40, 345-353.
  3. Lassar, A. B., Skapek, S. X., and Novitch, B. (1994) Regulatory mechanisms that coordinate skeletal muscle differentiation and cell cycle withdrawal, Curr. Opin. Cell Biol., 6, 788-794, https://doi.org/10.1016/0955-0674(94)90046-9.
  4. Cuenda, A., and Cohen, P. (1999) Stress-activated protein kinase-2/p38 and a rapamycin-sensitive pathway are required for C2C12 myogenesis, J. Biol. Chem., 274, 4341-4346, https://doi.org/10.1074/jbc.274.7.4341.
  5. Buckingham, M., and Vincent, S. D. (2009) Distinct and dynamic myogenic populations in the vertebrate embryo, Curr. Opin. Genet. Dev., 19, 444-453, https://doi.org/10.1016/j.gde.2009.08.001.
  6. Arneson-Wissink, P. C., Hogan, K. A., Ducharme, A. M., Samani, A., Jatoi, A., and Doles, J. D. (2020) The wasting-associated metabolite succinate disrupts myogenesis and impairs skeletal muscle regeneration, JCSM Rapid Commun., 3, 56-69, https://doi.org/10.1002/rco2.14.
  7. Fredriksson, R., Lagerström, M. C., Lundin, L.-G., and Schiöth, H. B. (2003) The G-protein-coupled receptors in the human genome form five main families. Phylogenetic analysis, paralogon groups, and fingerprints, Mol. Pharmacol., 63, 1256-1272, https://doi.org/10.1124/mol.63.6.1256.
  8. Wang, T., Xu, Y. Q., Yuan, Y. X., Xu, P. W., Zhang, C., Li, F., Wang, L. N., Yin, C., Zhang, L., Cai, X. C., Zhu, C. J., Xu, J. R., Liang, B. Q., Schaul, S., Xie, P. P., Yue, D., Liao, Z. R., Yu, L. L., Luo, L., Zhou, G., Yang, J. P., He, Z. H., Du, M., Zhou, Y. P., Deng, B. C., Wang, S. B., Gao, P., Zhu, X. T., Xi, Q. Y., et al. (2019) Succinate induces skeletal muscle fiber remodeling via SUCNR1 signaling, EMBO Rep., 9, e47892, https://doi.org/10.15252/embr.201947892.
  9. Abdelmoez, A. M., Dmytriyeva, O., Zurke, Y. X., Trauelsen, M., Marica, A. A., Savikj, M., Smith, J. A. B., Monaco, C., Schwartz, T. W., Krook, A., and Pillon, N. J. (2023) Cell selectivity in succinate receptor SUCNR1/GPR91 signaling in skeletal muscle, Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab., 324, E289-E298, https://doi.org/10.1152/ajpendo.00009.2023.
  10. He, W., Miao, F. J., Lin, D. C., Schwandner, R. T., Wang, Z., Gao, J., Chen, J. L., Tian, H., and Ling, L. (2004) Citric acid cycle intermediates as ligands for orphan G-protein-coupled receptors, Nature, 429, 188-193, https://doi.org/10.1038/nature02488.
  11. Gilissen, J., Jouret, F., Pirotte, B., and Hanson, J. (2016) Insight into SUCNR1 (GPR91) structure and function, Pharmacol. Ther., 159, 56-65, https://doi.org/10.1016/j.pharmthera.2016.01.008.
  12. Harden T. K., Waldo G. L., Hicks S. N., and Sondek J. (2011) Mechanism of activation and inactivation of Gq/phospholipase C-β signaling nodes, Chem. Rev., 10, 6120-6129, https://doi.org/10.1021/cr200209p.
  13. Yaffe, D., and Saxel, O. (1977) A myogenic cell line with altered serum requirements for differentiation, Differentiation, 7, 159-166, https://doi.org/10.1111/j.1432-0436.1977.tb01507.x.
  14. Sin, J., Andres, A. M., Taylor, D. J., Weston, T., Hiraumi, Y., Stotland, A., Kim, B. J., Huang, C., Doran, K. S., and Gottlieb, R. A. (2016) Mitophagy is required for mitochondrial biogenesis and myogenic differentiation of C2C12 myoblasts, Autophagy, 12, 369-380, https://doi.org/10.1080/15548627.2015.1115172.
  15. Исаева М. О., Гаджиева Ф. Т., Абаленихина Ю. В., Щулькин А. В., Якушева Е. Н. (2023) Способ культивирования и механизмы регуляции этапов миогенеза клеточной линии С2С12, Российский медико-биологический вестник им. академика И.П. Павлова, 4, 525-534, https://doi.org/10.17816/PAVLOVJ375362.
  16. Буев Д. О., Емелин А. М., Яковлев И. А., Деев Р. В. (2020) Культивирование миобластов и миосателлитоцитов in vitro, Наука молодых (Eruditio Juvenium), 1, 86-97, https://doi.org/10.23888/HMJ20208186-97.
  17. Sundström, L., Greasley, P. J., Engberg, S., Wallander, M., and Ryberg, E. (2013) Succinate receptor GPR91, a Gα(i) coupled receptor that increases intracellular calcium concentrations through PLCβ, FEBS Lett., 15, 2399-2404, https://doi.org/10.1016/j.febslet.2013.05.067.
  18. Емелин А. М., Буев Д. О., Слабикова А. А., Яковлев И. А., Деев Р. В. (2019) Количественная оценка миогенной дифференцировки клеточной линии С2С12 с использованием полиэтиленгликоля и индуцированных сред in vitro, Гены Клетки, 14, 87.
  19. Sestili, P., Barbieri, E., Martinelli, C., Battistelli, M., Guescini, M., Vallorani, L., Casadei, L., D’Emilio, A., Falcieri, E., Piccoli, G., Agostini, D., Annibalini, G., Paolillo, M., Gioacchini, A. M., and Stocchi, V. (2009) Creatine supplementation prevents the inhibition of myogenic differentiation in oxidatively injured C2C12 murine myoblasts, Mol. Nutr. Food Res., 9, 1187-1204, https://doi.org/10.1002/mnfr.200800504.
  20. Bradford, M. M. (1976) A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding, Anal. Biochem., 72, 248-254, https://doi.org/10.1006/abio.1976.9999.
  21. Kohout, T. A., and Lefkowitz, R. J. (2003) Regulation of G protein-coupled receptor kinases and arrestins during receptor desensitization, Mol. Pharmacol., 1, 9-18, https://doi.org/10.1124/mol.63.1.9.
  22. Vercellino, I., and Sazanov, L. A. (2022) The assembly, regulation and function of the mitochondrial respiratory chain, Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 2, 141-161, https://doi.org/10.1038/s41580-021-00415-0.
  23. Locht, C., and Antoine, R. (1995) A proposed mechanism of ADP-ribosylation catalyzed by the pertussis toxin S1 subunit, Biochimie, 5, 333-540, https://doi.org/10.1016/0300-9084(96)88143-0.
  24. Najimi, M., Gailly, P., Maloteaux, J. M., and Hermans, E. (2002) Distinct regions of C-terminus of the high affinity neurotensin receptor mediate the functional coupling with pertussis toxin sensitive and insensitive G-proteins, FEBS Lett., 1-3, 329-333, https://doi.org/10.1016/s0014-5793(02)02285-8.
  25. Siow, N. L., Choi, R. C. Y., Cheng, A. W. M., Jiang, J. X. S., Wan, D. C. C., Zhu, S. Q., and Tsim, K. W. K. (2002) A Cyclic AMP-dependent pathway regulates the expression of acetylcholinesterase during myogenic differentiation of C2C12 cells, J. Biol. Chem., 39, 36129-36136, doi: 10.1074/jbc.M206498200.
  26. Kitzmann, M., Vandromme, M., Schaeffer, V., Carnac, G., Labbé, J. C., Lamb, N., and Fernandez, A. (1999) cdk1- and cdk2-mediated phosphorylation of MyoD Ser200 in growing C2 myoblasts: role in modulating MyoD half-life and myogenic activity, Mol. Cell. Biol., 19, 3167-3176, https://doi.org/10.1128/MCB.19.4.3167.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Клетки С2С12 до дифференцировки и на разных стадиях дифференцировки. Фазово-контрастная микроскопия; 200×. Окрашивание ядер по Романовскому–Гимзе; L – длина миобластов; B – ширина миобластов

Скачать (2MB)
Метаданные
3. Рис. 2. Результаты вестерн-блот-анализа относительного количества MyoD (а), MyoG (б), MYH (в), SUCNR1 (г) в зависимости от дня дифференцировки клеток С2С12. * р < 0,05 – по сравнению с контролем (до дифференцировки); ^ р < 0,05 – по сравнению с первым днем дифференцировки; ˅ р < 0,05 – по сравнению с четвертым днем дифференцировки

Скачать (247KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Результаты вестерн-блот-анализа относительного количества MyoD и SUCNR1 на 1-й (а) и 4-й (б) дни дифференцировки; MYH, MyoG, SUCNR1 – на 7-й день дифференцировки (в) при воздействии янтарной кислоты в концентрациях 10, 100, 1000 мкМ на клетки С2С12. *р < 0,05 – по сравнению со значениями соответствующего дня дифференцировки без добавления янтарной кислоты

Скачать (442KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Концентрация сукцината в клетках С2С12 в процессе их миогенной дифференцировки при внесении в питательную среду янтарной кислоты в концентрациях 10 (а), 100 (б) и 1000 (в) мкМ (метод детекции – ВЭЖХ-МС/МС). * р < 0,05; ** p < 0,01 – статистически значимые различия между группами

Скачать (183KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Результаты вестерн-блот-анализа относительного количества MyoD и SUCNR1 на 1-й (а) и 4-й (б) дни дифференцировки; MYH, MyoG, SUCNR1 – на 7-й день дифференцировки (в) при воздействии янтарной кислоты в концентрациях 10, 100, 1000 мкМ, коклюшного токсина (Pertussis toxin (РТ), 100 нг/мл) и их сочетанного применения на клетки С2С12. * р < 0,05 – по сравнению со значениями соответствующего дня дифференцировки без добавления янтарной кислоты

Скачать (485KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Концентрация инозитолмонофосфата в клетках С2С12 в процессе их миогенной дифференцировки при внесении в питательную среду янтарной кислоты в концентрациях 10, 100 и 1000 мкМ (метод детекции – ВЭЖХ-МС/МС). * p < 0,01 – статистически значимые различия с показателями клеток до внесения сукцината, # p < 0,01 – статистически значимые различия с показателями при добавлении янтарной кислоты (100 мкМ) + коклюшный токсин (100 нг/мл)

Скачать (78KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Предполагаемый механизм действия янтарной кислоты на процесс миогенной дифференцировки клеток С2С12. АЦ – аденилатциклаза; ФЛС – фосфолипаза С; ФИФ2 – фосфатидилинозитол-1,5-дифосфат; ДАГ – диацилглицерол; ИФ3 – инозитол-3-фосфат. Механизма действия через белок Gαi обозначен полужирной стрелкой; механизм действия через белок Gγβ – тонкой стрелкой; механизм действия через Ca2+-зависимые белки – пунктирной стрелкой

Скачать (306KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Клетки С2С12 до дифференцировки (а) и при стимуляции миогенеза добавлением 100 мкМ сукцината (б). Фазово-контрастная микроскопия; 200×. Окрашивание ядер по Романовскому–Гимзе; L – длина миобластов, B – ширина миобластов

Скачать (306KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024