A chronic increase in physical activity inhibits fed-state mTOR/S6K1 signaling and reduces IRS-1 serine phosphorylation in rat skeletal muscle

摘要

La pratique régulière de l'activité physique et l'entraînement en endurance améliorent la sensibilité à l'insuline du muscle squelettique insulinorésistant. On ne connaît pas bien les mécanismes cellulaires de la manifestation de l'insulinorésistance, mais on pense que la surcharge alimentaire chronique augmente la disponibilité de l'énergie, ce qui a pour effet d'activer la mTOR (« mammalian target of rapamycin ») et de la voie de signalisation S6 kinase 1 (S6K1) et d'accroître la phosphorylation de résidus sérine sur le substrat 1 du récepteur de l'insuline (IRS-1). Cette étude se propose de vérifier si l'augmentation de la pratique de l'activité physique inhibe la mTOR et la voie de signalisation S6K1 et diminue le taux de phosphorylation de la sérine sur l'IRS-1 du muscle squelettique chez le rat. On prélève des muscles soleus de rats Sprague-Dawley alimentés, divisés en deux groupes, l'un sédentaire (inactif) et l'autre (actif) ayant un libre accès à une roue d'exercice sur une période de neuf semaines. On utilise la technique d'immunoempreinte pour mesurer le niveau de phosphorylation de mTOR, S6K1, IRS-1 et PKB/Akt (« protein kinase B/AKT ») et l'abondance protéique globale de quelques protéines associées à la voie de signalisation de mTOR. De plus, on mesure l'activité de la citrate synthase et les concentrations plasmatiques de glucose et d'insuline. On observe une diminution de la phosphorylation de mTOR (Ser2448), de S6K1 (Thr389) et de IRS-1 (Ser636-639) chez les rats actifs (p < 0,05). En revanche, l'abondance protéique globale de mTOR, S6K1, IRS-1, 4E-BP1, eEF2, PKB/Akt et de AMPKα et la phosphorylation de PKB/Akt ne sont pas modifiées (p > 0,05). Chez les rats actifs, on observe même en l'absence de modifications des concentrations plasmatiques de glucose et d'insuline (p > 0,05) une augmentation de l'activité de la citrate synthase et de la concentration globale de SKAR (p < 0,05) une protéine qui constitue une cible en aval de S6K1. La diminution de la signalisation de mTOR/S6K1 au cours d'une augmentation chronique de l'activité physique pourrait jouer un important rôle régulateur dans la phosphorylation des résidus sérine de IRS-1; il serait intéressant d'étudier ce mécanisme potentiel de l'atténuation de l'insulinorésistance en lien avec l'augmentation de la phosphorylation des résidus sérine de l'IRS-1.%A chronic increase in physical activity and (or) endurance training can improve insulin sensitivity in insulin-resistant skeletal muscle. Cellular mechanisms responsible for the development of insulin resistance are unclear, though one proposed mechanism is that nutrient overload chronically increases available energy, over-activating the mammalian target of rapamycin (mTOR) and ribosomal S6 kinase 1 (S6K1) signaling pathway leading to increased phosphorylation of serine residues on insulin receptor substrate-1 (IRS-1). The objective of this study was to determine if increased physical activity would inhibit mTOR/S6K1 signaling and reduce IRS-1 serine phosphorylation in rat skeletal muscle. Soleus muscle was collected from fed male Sprague-Dawley sedentary rats (Inactive) and rats with free access to running wheels for 9 weeks (Active). Immunoblotting methods were used to measure phosphorylation status of mTOR, S6K1, IRS-1, and PKB/Akt (protein kinase B/AKT), and total abundance of proteins associated with the mTOR pathway. Muscle citrate synthase activity and plasma insulin and glucose concentrations were measured. Phosphorylation of mTOR (Ser2448), S6K1 (Thr389), and IRS-1 (Ser636-639) was reduced in Active rats (p < 0.05). Total protein abundance of mTOR, S6K1, IRS-1, 4E-BP1, eEF2, PKB/Akt and AMPKα, and phosphorylation of PKB/Akt were unaffected (p > 0.05). Total SKAR protein, a downstream target of S6K1, and citrate synthase activity increased in Active rats (p < 0.05), though plasma insulin and glucose levels were unchanged (p > 0.05). Reduced mTOR/S6K1 signaling during chronic increases in physical activity may play an important regulatory role in the serine phosphorylation of IRS-1, which should be examined as a potential mechanism for attenuation of insulin resistance associated with increased IRS-1 serine phosphorylation.