Little change in markers of protein breakdown and oxidative stress in humans in immobilization-induced skeletal muscle atrophy

摘要

A number of studies in rodents suggest that disuse atrophy results from a large increase in proteolysis affected by, or accompanying, increased oxidative stress. Little information is available, however, about the effects of immobilization on markers of muscle protein breakdown and oxidative stress in humans. Therefore, the purpose of this investigation was to measure markers of breakdown or oxidative stress in subjects who underwent 14 days of knee-brace-mediated immobilization. Vastus lateralis samples taken from 21 young subjects before, and 2 days and 14 days after, single leg immobilization were measured for ubiquitin-protein conjugates, caspase 3/7 activity, the 14-kDa caspase-3 cleaved actin fragment, 4-hydroxy-2-nonenal (4-HNE) adducts, and protein carbonyls. Quadriceps cross-sectional area decreased by 5.7% ± 1.1% (p < 0.0001) following immobilization. Ubiquitin-protein conjugates were elevated at 2 days of immobilization (12%, p < 0.05) but were not different from baseline at 14 days. Levels of the 14-kDa actin fragment and caspase 3/7 activity did not change over the immobilization period. The oxidative stress markers, 4-HNE adducts and protein carbonyls, did not change at any time point. These static measures of breakdown and oxidative modification suggest that a small increase in protein ubiquitination occurs early (2 days), but elevations in ubiquitinated or oxidatively modified proteins are not sustained during the later phase (14 days) of uncomplicated disuse atrophy in humans, suggesting that these pathways are not playing a major role in simple disuse-induced atrophic loss of protein mass.Un certain nombre d'études menées chez des rongeurs suggère que l'atrophie par inaction est le résultat d'une forte augmentation de la protéolyse accompagnée d'une augmentation du stress oxydatif. Chez les humains, nous disposons de peu d'information concernant les effets de l'immobilisation sur les marqueurs de la dégradation des protéines musculaires et du stress oxydatif. Dès lors, cette étude se propose de mesurer la concentration des marqueurs de la dégradation ou du stress oxydatif chez des sujets soumis durant 14 jours à une immobilisation du genou au moyen d'une entrave. Avant, 2 jours après et 14 jours après l'immobilisation d'une seule jambe, on prélève des échantillons de tissu du vastus lateralis chez 21 jeunes sujets pour analyser le contenu en conjugués protéiques de l'ubiquitine, l'activité de la caspase 3/7, de fragment d'actine clivée par la 14-kDa caspase-3, d'adduits de l'aldéhyde 4-hydroxy-2-nonenal (4-HNE) et de protéines carbonylées. La surface de section transverse du quadriceps diminue de 5,7 ± 1,1 % (p < 0,0001) à la suite de l'immobilisation. Deux jours après le début de l'immobilisation, on observe une augmentation des conjugués protéiques de l'ubiquitine (12 %, p < 0,05), mais après 14 jours, la quantité n'est pas différente de la valeur de base. On n'observe pas de variation de la quantité de fragments de 14 kDA et de l'activité de la caspase 3/7 au cours de la période de l'immobilisation. À tous les moments de l'analyse, on n'observe pas de variation des marqueurs du stress oxydatif, de la quantité des adduits de 4-HNE et de protéines carbonylées. Les mesures statiques de la dégradation ou du stress oxydatif révèlent une faible augmentation de l'ubiquitination protéique tôt (2 jours) après le début de l'immobilisation; cependant, l'augmentation de la quantité de protéines modifiées par oxydation ou par ubiquitination ne se manifeste pas au cours de la phase avancée (14 jours) de l'atrophie par inaction sans complication. D'après nos observations, ces voies de modification des protéines ne jouent pas un rôle important au cours de la perte de masse musculaire due à l'atrophie par inactivité sans complication.