The healing of skeletal muscle in response to trauma depends on the type of injury such as contusion, strain, and laceration and on the severity. Many regulatory factors play a major role in muscle regeneration and one of them is the physical exercise. How physical exercise affects muscles depends on both mode, intensity and duration of training and specific characteristics of the skeletal muscle in question. The first aim of this study was to examine how low-intensity endurance exercise affects the regeneration process in rats with mechanical muscle damage. The rats were divided into three groups: sedentary, sedentary crush, crush trained. After the crush, to evaluate the regeneration process, rats were subjected to low-intensity endurance exercise by running on a motorized Rota-Rod for 5 v days/week for 4 weeks at progressively increasing loads. At the end of the training period, the rats were sacrificed and the quadriceps muscle was collected for subsequent analysis by western blotting. The reduction of regeneration process was evaluated by examining the protein expression of connexin-39 (Cx39), a specific gene expressed during regeneration process of injured muscles. While Cx39 was not expressed in sedentary rats, it was markedly increased in sedentary crushed rats, because of active degeneration/regenerating process, and dropped to very low levels in exercised crushed rats, suggesting a reduction of muscle regeneration process. To evaluate the face of tissue regeneration compared to areas of necrosis, characteristics in the presence of damage muscle, histological sections were stained with hematoxylin-eosin. These sections have shown, with regard to the rats with crush trained a reduction of the face of tissue regeneration. The second aim of the study was to conduct an analysis of the proteomic profile of mouse models of Duchenne muscular dystrophy, in order to understand what were the molecular mechanisms underlying the process of muscle regeneration increased from training. For proteomic analysis mdx mice were divided into three groups: wt mice, mdx mice sedentary and trained mdx mice. the analysis of the proteomic profile evidenced that, among the phenotypes examined proteins that show a significant change in the levels of expression, are proteins that regulate the mechanism of oxidative stress, characteristic of the fibers dystrophic. In particular, we have identified three proteins that show variations between the phenotypes mdx sedentary and mdx trained mice: the three isoforms of carbonic anhydrase and superoxide dismutase-c. The expression levels of the Sod-c decrease in the quadriceps muscle of mdx sedentary and increase levels of CAH-3; in the quadriceps muscle of mdx trained there is an increase in the Sod-c, and simultaneously a decrease of the levels of the CAH-3. Such changes may lead to a decrease of the formation of free radicals and then ultimately to a decrease in oxidative stress and therefore to a reduction of tissue damage. This study has shown that specific low intensity endurance exercise induces a strong beneficial effect on the regeneration of damaged muscle and may have therapeutic value at least to decrease progression of muscular fibers necrosis.

La rigenerazione del muscolo scheletrico in risposta ad un trauma dipende, dal tipo di lesione come contusione, deformazione e lacerazione e della gravità. Molti fattori regolatori svolgono un ruolo importante nella rigenerazione muscolare e uno di loro è l'esercizio fisico. Come l’esercizio fisico influisca sui muscoli dipende sia dalla modalità,dall’ intensità e durata dell’ allenamento e dslle caratteristiche specifiche del muscolo scheletrico in questione. Il primo obiettivo di questo studio è stato esaminare come l’esercizio di resistenza a bassa intensità influisca sul processo di rigenerazione in ratti con danno muscolare di tipo meccanico. I ratti sono stati divisi in tre gruppi: sedentari, crsuh sedentari, crush allenati. Dopo il crush, per valutare il processo di rigenerazione, i ratti sono stati sottoposti a un esercizio di breve duarata e bassa intensità su un macchinario apposito, il Rota-Rod, per 5giorni a settimana per 4 settimane, incrementando di settimana in settimana la velocità. Al termine del periodo di allenamento, i ratti sono stati sacrificati e il muscolo quadricipite è stato prelevato per la successiva analisi mediante Western blotting. La riduzione del processo di rigenerazione è stata valutata esaminando l'espressione della proteina connessina-39 (Cx39), un gene specifico espresso durante il processo di rigenerazione di muscolo danneggiato. L’espressione della Cx39 non è stata rilevata nei ratti sedentari, ma, è risultata notevolmente aumentata nei ratti con crush sedentari, a causa dell’attivo processo di degenerazione/ rigenerazione. I livelli di tale proteina sono risultati bassi nei ratti con crush allenati, suggerendo una riduzione del processo di rigenerazione muscolare. Per valutare il fronte di rigenerazione tissutale rispetto alle aree di necrosi, caratteristiche in presenza di danno muscolare, sono state fatte delle sezioni istologiche colorate con ematossilina-eosina. Queste sezioni hanno dimostrato, in relazione ai ratti con crush allenati, una riduzione del fronte di rigenerazione Il secondo obiettivo dello studio è stato quello di condurre un'analisi del profilo proteomico di modelli murini di distrofia muscolare di Duchenne, al fine di capire quali sono i meccanismi molecolari alla base del processo di rigenerazione muscolare favorito dall’allenamento. Per l'analisi proteomica i topi mdx sono stati divisi in tre gruppi: topi WT, topi mdx sedentari e i topi mdx allenati. L’analisi del profilo proteomico ha evidenziato che, tra i fenotipi esaminati, le proteine che mostrano un cambiamento significativo nei livelli di espressione, sono proteine che regolano il meccanismo di stress ossidativo, tipico delle fibre distrofiche. In particolare, abbiamo identificato tre proteine che mostrano variazioni fra i fenotipi mdx sedentari ed mdx allenati: le tre isoforme dell’anidrasi carbonica(CAH3) e la superossido dismutasi-c (Sod-c). I livelli di espressione della Sod-c diminuiscono nel muscolo quadricipite degli mdx sedentari e incrementano i livelli di CAH-3; nel muscolo quadricipite di mdx allenati vi è un aumento del Sod-c, e contemporaneamente una diminuzione dei livelli della CAH-3. Tali cambiamenti possono portare ad una diminuzione della formazione di radicali liberi e quindi in ultima analisi a una diminuzione dello stress ossidativo e quindi ad una riduzione del danno tissutale. Questo studio ha dimostrato che un uno specifico esercizio a bassa intensità e breve durata induce un forte effetto benefico sulla rigenerazione del muscolo danneggiato e può avere valore terapeutico anche per diminuire la progressione della necrosi nelle fibre muscolari danneggiate.

(2014). Proteomic analysis of skeletal muscle in dystrophic (mdx) mice subject to low-intensity endurance exercise. (Tesi di dottorato, Università degli Studi di Palermo, 2014).

Proteomic analysis of skeletal muscle in dystrophic (mdx) mice subject to low-intensity endurance exercise

PRESTIGIACOMO, Rossella
2014-03-14

Abstract

The healing of skeletal muscle in response to trauma depends on the type of injury such as contusion, strain, and laceration and on the severity. Many regulatory factors play a major role in muscle regeneration and one of them is the physical exercise. How physical exercise affects muscles depends on both mode, intensity and duration of training and specific characteristics of the skeletal muscle in question. The first aim of this study was to examine how low-intensity endurance exercise affects the regeneration process in rats with mechanical muscle damage. The rats were divided into three groups: sedentary, sedentary crush, crush trained. After the crush, to evaluate the regeneration process, rats were subjected to low-intensity endurance exercise by running on a motorized Rota-Rod for 5 v days/week for 4 weeks at progressively increasing loads. At the end of the training period, the rats were sacrificed and the quadriceps muscle was collected for subsequent analysis by western blotting. The reduction of regeneration process was evaluated by examining the protein expression of connexin-39 (Cx39), a specific gene expressed during regeneration process of injured muscles. While Cx39 was not expressed in sedentary rats, it was markedly increased in sedentary crushed rats, because of active degeneration/regenerating process, and dropped to very low levels in exercised crushed rats, suggesting a reduction of muscle regeneration process. To evaluate the face of tissue regeneration compared to areas of necrosis, characteristics in the presence of damage muscle, histological sections were stained with hematoxylin-eosin. These sections have shown, with regard to the rats with crush trained a reduction of the face of tissue regeneration. The second aim of the study was to conduct an analysis of the proteomic profile of mouse models of Duchenne muscular dystrophy, in order to understand what were the molecular mechanisms underlying the process of muscle regeneration increased from training. For proteomic analysis mdx mice were divided into three groups: wt mice, mdx mice sedentary and trained mdx mice. the analysis of the proteomic profile evidenced that, among the phenotypes examined proteins that show a significant change in the levels of expression, are proteins that regulate the mechanism of oxidative stress, characteristic of the fibers dystrophic. In particular, we have identified three proteins that show variations between the phenotypes mdx sedentary and mdx trained mice: the three isoforms of carbonic anhydrase and superoxide dismutase-c. The expression levels of the Sod-c decrease in the quadriceps muscle of mdx sedentary and increase levels of CAH-3; in the quadriceps muscle of mdx trained there is an increase in the Sod-c, and simultaneously a decrease of the levels of the CAH-3. Such changes may lead to a decrease of the formation of free radicals and then ultimately to a decrease in oxidative stress and therefore to a reduction of tissue damage. This study has shown that specific low intensity endurance exercise induces a strong beneficial effect on the regeneration of damaged muscle and may have therapeutic value at least to decrease progression of muscular fibers necrosis.
14-mar-2014
La rigenerazione del muscolo scheletrico in risposta ad un trauma dipende, dal tipo di lesione come contusione, deformazione e lacerazione e della gravità. Molti fattori regolatori svolgono un ruolo importante nella rigenerazione muscolare e uno di loro è l'esercizio fisico. Come l’esercizio fisico influisca sui muscoli dipende sia dalla modalità,dall’ intensità e durata dell’ allenamento e dslle caratteristiche specifiche del muscolo scheletrico in questione. Il primo obiettivo di questo studio è stato esaminare come l’esercizio di resistenza a bassa intensità influisca sul processo di rigenerazione in ratti con danno muscolare di tipo meccanico. I ratti sono stati divisi in tre gruppi: sedentari, crsuh sedentari, crush allenati. Dopo il crush, per valutare il processo di rigenerazione, i ratti sono stati sottoposti a un esercizio di breve duarata e bassa intensità su un macchinario apposito, il Rota-Rod, per 5giorni a settimana per 4 settimane, incrementando di settimana in settimana la velocità. Al termine del periodo di allenamento, i ratti sono stati sacrificati e il muscolo quadricipite è stato prelevato per la successiva analisi mediante Western blotting. La riduzione del processo di rigenerazione è stata valutata esaminando l'espressione della proteina connessina-39 (Cx39), un gene specifico espresso durante il processo di rigenerazione di muscolo danneggiato. L’espressione della Cx39 non è stata rilevata nei ratti sedentari, ma, è risultata notevolmente aumentata nei ratti con crush sedentari, a causa dell’attivo processo di degenerazione/ rigenerazione. I livelli di tale proteina sono risultati bassi nei ratti con crush allenati, suggerendo una riduzione del processo di rigenerazione muscolare. Per valutare il fronte di rigenerazione tissutale rispetto alle aree di necrosi, caratteristiche in presenza di danno muscolare, sono state fatte delle sezioni istologiche colorate con ematossilina-eosina. Queste sezioni hanno dimostrato, in relazione ai ratti con crush allenati, una riduzione del fronte di rigenerazione Il secondo obiettivo dello studio è stato quello di condurre un'analisi del profilo proteomico di modelli murini di distrofia muscolare di Duchenne, al fine di capire quali sono i meccanismi molecolari alla base del processo di rigenerazione muscolare favorito dall’allenamento. Per l'analisi proteomica i topi mdx sono stati divisi in tre gruppi: topi WT, topi mdx sedentari e i topi mdx allenati. L’analisi del profilo proteomico ha evidenziato che, tra i fenotipi esaminati, le proteine che mostrano un cambiamento significativo nei livelli di espressione, sono proteine che regolano il meccanismo di stress ossidativo, tipico delle fibre distrofiche. In particolare, abbiamo identificato tre proteine che mostrano variazioni fra i fenotipi mdx sedentari ed mdx allenati: le tre isoforme dell’anidrasi carbonica(CAH3) e la superossido dismutasi-c (Sod-c). I livelli di espressione della Sod-c diminuiscono nel muscolo quadricipite degli mdx sedentari e incrementano i livelli di CAH-3; nel muscolo quadricipite di mdx allenati vi è un aumento del Sod-c, e contemporaneamente una diminuzione dei livelli della CAH-3. Tali cambiamenti possono portare ad una diminuzione della formazione di radicali liberi e quindi in ultima analisi a una diminuzione dello stress ossidativo e quindi ad una riduzione del danno tissutale. Questo studio ha dimostrato che un uno specifico esercizio a bassa intensità e breve durata induce un forte effetto benefico sulla rigenerazione del muscolo danneggiato e può avere valore terapeutico anche per diminuire la progressione della necrosi nelle fibre muscolari danneggiate.
Duchenne Muscular Dystrophy
(2014). Proteomic analysis of skeletal muscle in dystrophic (mdx) mice subject to low-intensity endurance exercise. (Tesi di dottorato, Università degli Studi di Palermo, 2014).
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