Riassunto analitico
Il muscolo scheletrico è un tessuto dotato di notevole plasticità, che gli consente di modificarsi per potersi adattare agli stimoli esterni e per tornare ad una condizione di omeostasi.
I muscoli sono costituiti da una percentuale variabile di fibre di tipo 1, a contrazione lenta e fibre di tipo 2, a contrazione veloce. Una delle principali differenze tra questi due tipi di fibre muscolari è la diversa fonte di produzione dell’energia. Infatti, mentre le fibre lente sono ricche di mitocondri che riescono a far fronte alla grande richiesta di ATP per la contrazione mediante il metabolismo aerobio, le fibre veloci producono energia mediante il metabolismo anaerobio. Questo conferisce diversa capacità di resistere agli sforzi, che risulta maggiore nelle fibre lente.
Pin1 è una peptidil-prolil cis/trans isomerasi ubiquitaria, che svolge diverse funzioni in tanti tessuti dell’organismo, tra cui la regolazione del ciclo cellulare nelle cellule cancerose dove controlla il metabolismo glucidico e anche lipidico, promuovendo la glicolisi e riducendo la fosforilazione ossidativa. Si trova anche nel muscolo scheletrico, dove, come è stato dimostrato nel nostro laboratorio, svolge un ruolo di repressore del differenziamento muscolare terminale, infatti inibisce Mef2c, uno dei principali fattori di trascrizione fondamentali in questo processo.
L’obiettivo di questa tesi è stato quello di indagare il possibile ruolo di Pin1 nella regolazione del metabolismo anche nel muscolo scheletrico adulto. A questo scopo, abbiamo condotto diversi esperimenti per valutare la massa e la funzione mitocondriale nella linea di cellule muscolari murine C2C12 in cui Pin1 è stato inibito mediante trattamento con l’inibitore chimico ATRA. Alternativamente, le cellule C2C12 sono state trasfettate in modo transiente con siRNA diretto contro il gene di Pin1 o con il vettore contenente il cDNA di Pin1. Complessivamente abbiamo dimostrato che l’inibizione di Pin1 correla con un aumento della massa mitocondriale. Questi risultati sono stati confermati anche dall’analisi dei muscoli di topi di 18 mesi Pin1 KO confrontati con muscoli controllo. Per quanto riguarda il meccanismo molecolare, i nostri dati suggeriscono che Pin1 agisca come inibitore di Miogenina, un fattore di trascrizione espresso nelle fasi terminali del differenziamento muscolare, già noto per il suo ruolo di regolatore positivo del metabolismo ossidativo a livello muscolare. I nostri risultati potrebbero avere un impatto importante sia sulle patologie strettamente muscolari, quali le distrofie e le atrofie, nei confronti delle quali il muscolo con un metabolismo più ossidativo si è dimostrato più resistente, che su disordini metabolici, come il diabete, in cui un maggior utilizzo di glucosio da parte delle cellule muscolari, favorirebbe un abbassamento dei livelli di glicemia a livello sistemico.
|
Abstract
The skeletal muscle is a tissue with remarkable plasticity, which allows itself to change in order to adapt to external stimuli and to return to a condition of homeostasis.
Muscles are composed of a variable percentage of type 1 fibers (slow-twitch fibers) and type 2 fibers (fast-twitch fibers). One of the main differences between these two types of muscle fibers is the different source of energy production. While slow-twitch fibers are rich in mitochondria that can support the high demand of ATP for contraction through aerobic metabolism, fast-twitch fibers produce energy through anaerobic metabolism. It gives a different endurance capacity, which is greater in slow-twitch fibers.
Pin1 is a ubiquitous peptidyl prolyl cis/trans isomerase, which have several roles in different tissue within the organism. For instance, it is involved in the regulation of cell cycle in cancer cells, where it controls glucose and lipidic metabolism, promoting glycolysis and reducing oxidative phosphorylation. Pin1 is also found in skeletal muscle where, as demonstrated in our lab, carries out the repression to the skeletal muscle terminal differentiation through the inhibition of Mef2c, one of the master key transcription factors in this process.
The aim of this thesis work is to investigate the putative role of Pin1 in the metabolism regulation in adult skeletal muscle. For this purpose, we performed experiments in order to evaluate mitochondrial mass and function in C2C12 murine muscle cells treated with ATRA, a chemical inhibitor of Pin1. In addition, C2C12 cells were transiently transfected with Pin1 specific siRNA or with vector containing Pin1 cDNA. Altogether we have demonstrated that Pin1 inhibition correlates with a mitochondrial mass increase. These results were confirmed by analysis on 18 months old mice Pin1 KO muscles compared with control counterpart. Concerning the molecular mechanism, our data suggest that Pin1 could act as an inhibitor of Myogenin, a transcription factor expressed during the terminal phases of muscle differentiation, already known to be a positive regulator of oxidative metabolism in muscle. These results could have a substantial impact in muscle disease, such as dystrophy and atrophy, where an oxidative metabolism had showed to confers more resistance to the muscles. Furthermore, these results could have an important role in metabolic disorders, such as diabetes, in which an incremented glucose consumption by muscle cells, could promote a decreasing of systemic blood glucose levels.
|
