Blocking Activin Receptor Ligands Is Not Sufficient to Rescue Cancer-Associated Gut Microbiota—A Role for Gut Microbial Flagellin in Colorectal Cancer and Cachexia?

Colorectal cancer (CRC) and cachexia are associated with the gut microbiota and microbial surface molecules. We characterized the CRC-associated microbiota and investigated whether cachexia affects the microbiota composition. Further, we examined the possible relationship between the microbial surface molecule flagellin and CRC. CRC cells (C26) were inoculated into mice. Activin receptor (ACVR) ligands were blocked, either before tumor formation or before and after, to increase muscle mass and prevent muscle loss. The effects of flagellin on C26-cells were studied in vitro. The occurrence of similar phenomena were studied in murine and human tumors. Cancer modulated the gut microbiota without consistent effects of blocking the ACVR ligands. However, continued treatment for muscle loss modified the association between microbiota and weight loss. Several abundant microbial taxa in cancer were flagellated. Exposure of C26-cells to flagellin increased IL6 and CCL2/MCP-1 mRNA and IL6 excretion. Murine C26 tumors expressed more IL6 and CCL2/MCP-1 mRNA than C26-cells, and human CRC tumors expressed more CCL2/MCP-1 than healthy colon sites. Additionally, flagellin decreased caspase-1 activity and the production of reactive oxygen species, and increased cytotoxicity in C26-cells. Conditioned media from flagellin-treated C26-cells deteriorated C2C12-myotubes and decreased their number. In conclusion, cancer increased flagellated microbes that may promote CRC survival and cachexia by inducing inflammatory proteins such as MCP-1. Cancer-associated gut microbiota could not be rescued by blocking ACVR ligands

Blocking Activin Receptor Ligands Is Not Sufficient to Rescue Cancer-Associated Gut Microbiota—A Role for Gut Microbial Flagellin in Colorectal Cancer and Cachexia?

Colorectal cancer (CRC) and cachexia are associated with the gut microbiota and microbial surface molecules. We characterized the CRC-associated microbiota and investigated whether cachexia affects the microbiota composition. Further, we examined the possible relationship between the microbial surface molecule flagellin and CRC. CRC cells (C26) were inoculated into mice. Activin receptor (ACVR) ligands were blocked, either before tumor formation or before and after, to increase muscle mass and prevent muscle loss. The effects of flagellin on C26-cells were studied in vitro. The occurrence of similar phenomena were studied in murine and human tumors. Cancer modulated the gut microbiota without consistent effects of blocking the ACVR ligands. However, continued treatment for muscle loss modified the association between microbiota and weight loss. Several abundant microbial taxa in cancer were flagellated. Exposure of C26-cells to flagellin increased IL6 and CCL2/MCP-1 mRNA and IL6 excretion. Murine C26 tumors expressed more IL6 and CCL2/MCP-1 mRNA than C26-cells, and human CRC tumors expressed more CCL2/MCP-1 than healthy colon sites. Additionally, flagellin decreased caspase-1 activity and the production of reactive oxygen species, and increased cytotoxicity in C26-cells. Conditioned media from flagellin-treated C26-cells deteriorated C2C12-myotubes and decreased their number. In conclusion, cancer increased flagellated microbes that may promote CRC survival and cachexia by inducing inflammatory proteins such as MCP-1. Cancer-associated gut microbiota could not be rescued by blocking ACVR ligands

Activin Receptor Ligand Blocking and Cancer Have Distinct Effects on Protein and Redox Homeostasis in Skeletal Muscle and Liver

Muscle wasting in cancer cachexia can be alleviated by blocking activin receptor type 2 (ACVR2) ligands through changes in protein synthesis/degradation. These changes in cellular and protein metabolism may alter protein homeostasis. First, we elucidated the acute (1-2 days) and 2-week effects of blocking ACVR2 ligands by soluble activin receptor 2B (sACVR2B-Fc) on unfolded protein response (UPR), heat shock proteins (HSPs) and redox balance in a healthy mouse skeletal muscle. Second, we examined UPR, autophagy and redox balance with or without sACVR2B-Fc administration in muscle and liver of C26 tumor-bearing mice. The indicators of UPR and HSPs were not altered 1-2 days after a single sACVR2B-Fc administration in healthy muscles, but protein carbonyls increased (p <0.05). Two weeks of sACVR2B-Fc administration increased muscle size, which was accompanied by increased UPR markers: GRP78 <0.05), phosphorylated elF2 alpha <0.01) and HSP47 (p <0.01). Additionally, protein carbonyls and reduced form of glutathione increased (GSH) (p <0.05). On the other hand, C26 cancer cachexia manifested decreased UPR markers (p-elF2 alpha, HSP47, p-JNK; p <0.05) and antioxidant GSH (p <0.001) in muscle, whereas the ratio of oxidized to reduced glutathione increased (GSSG/GSH; p <0.001). Administration of sACVR2B-Fc prevented the decline in GSH and increased some of the UPR indicators in tumor-bearing mice. Additionally, autophagy markers LC3II/I (p <0.05), Beclin-1 (p <0.01), and P62 (p <0.05) increased in the skeletal muscle of tumor-bearing mice. Finally, indicators of UPR, PERK, p-elF2 alpha and GRP78, increased (p <0.05), whereas ATF4 was strongly decreased (p <0.01) in the liver of tumor-bearing mice while sACVR2B-Fc had no effect. Muscle GSH and many of the altered UPR indicators correlated with tumor mass, fat mass and body mass loss. In conclusion, experimental cancer cachexia is accompanied by distinct and tissue-specific changes in proteostasis. Muscle hypertrophy induced by blocking ACVR2B ligands may be accompanied by the induction of UPR and increased protein carbonyls but blocking ACVR2B ligands may upregulate antioxidant protection.Peer reviewe

Lihaskudoksen NAD+-puutos ja Serpina3n molekyylibiologisina tekijöinä hiirten syöpäkakeksiassa – myostatiinin ja aktiviinien estäjien vaikutus

Syöpäkakeksia on patofysiologialtaan vielä suurelta osin tuntematon, monitekijäinen aineenvaihdunnallinen sairaus, jossa paino ja lihaskudoksen määrä laskevat. Kakeksia vaikuttaa suuren osaan syöpäpotilaista lisäten heidän kuolleisuuttaan ja heikentäen elämänlaatua. Eläinmalleilla lihaskadon estäminen kokeellisella hoidolla, aktiviinireseptorin salpauksella, on parantanut selviytymistä ja vähentänyt lihasmassan katoa, vaikka syöpä itsessään ei ole parantunut. Tutkimuksemme tavoitteena oli selvittää tämän hoidon vaikutusmekanismi, sillä se on tällä hetkellä vielä epäselvää. Tutkimuksessa hiirille injektoitiin suolistosyöpäsoluja (C26) selän rasvakudokseen, mikä aiheuttaa pahanlaatuisen kasvaimen muodostumisen ja nopean lihaskadon. Hiirille annettiin kokeellista hoitoa yhdisteellä, joka estää lihasmassan kasvua rajoittavien proteiinien, aktiviinien ja myostatiinien, kiinnittymistä niiden solureseptoreihin. Havaitsimme laajoissa proteiinianalyyseissa akuutin faasin reaktion, erityisesti Serpina3n-proteiinin, lisääntymisen ja lihaksen mitokondrioiden energiaa tuottavan oksidatiivisen fosforylaation (OXPHOS) komponenttien määrän vähentyneen syöpäryhmässä. Niinpä analysoimme tarkemmin mitokondrioiden aktiivisuutta histokemiallisesti in situ ja määritimme mitokondrioiden energiantuotantoreaktioissa toimivan elintärkeän kofaktorin, nikotiiniamidiadeniinidinukleotidin (NAD+), pitoisuuksia lihaskudoksessa. Mitokondrioaktiivisuus in situ oli osittain heikentynyt syöpäryhmässä, jossa myös NAD+:n ja sen metaboliitin NADH:n määrät vähentyivät. Lisäksi havaitsimme voimakkaan laskun NAD+-biosynteesiin osallistuvan geenin, Nrk2:den ilmaantumisessa. Proteiineista Serpina3n määrä korreloi selkeimmin painonlaskuun, mutta se paljastui ennemmin hoitamattoman kakeksian kuin yleisen lihasmassan biomarkkeriksi. Serpina3n-määrä yhdistyi myös Nrk2:den ilmentymiseen, joka viittaisi yhteyteen lihaksen Nrk2-ekspressiossa ja tulehduksen säätelyssä akuutin faasin reaktion kautta. Aktiviinireseptorin salpauksella pystyimme korjaamaan NAD+-aineenvaihdunnan häiriötä ja lieventämään OXPHOS-muutoksia. Osoitimme tässä tutkimuksessa ensimmäistä kertaa, että syöpäkakeksian taustalla on NAD+-aineenvaihdunnan häiriö ja että aktiviinireseptorien salpauksella voidaan lihaskadon estämisen lisäksi parantaa NAD+-tasoja. Vielä ei tiedetä, vaikuttaako tämä kokeellinen hoito suoraan vai välillisesti NAD+-aineenvaihduntaan. Tulevaisuudessa olisi lisäksi tärkeä tutkia Nrk2:den roolia syöpäkakeksiassa ja selvittää, voidaanko NAD+-esiasteita käyttää syöpäkakeksian hoitona

Blocking activin receptor ligands is not sufficient to rescue cancer-associated gut microbiota - a role for gut microbial flagellin in colorectal cancer and cachexia?

Colorectal cancer (CRC) and cachexia are associated with the gut microbiota and microbial surface molecules. We characterized the CRC-associated microbiota and investigated whether cachexia affects the microbiota composition. Further, we examined the possible relationship between the microbial surface molecule flagellin and CRC. CRC cells (C26) were inoculated into mice. Activin receptor (ACVR) ligands were blocked, either before tumor formation or before and after, to increase muscle mass and prevent muscle loss. The effects of flagellin on C26-cells were studied in vitro. The occurrence of similar phenomena were studied in murine and human tumors. Cancer modulated the gut microbiota without consistent effects of blocking the ACVR ligands. However, continued treatment for muscle loss modified the association between microbiota and weight loss. Several abundant microbial taxa in cancer were flagellated. Exposure of C26-cells to flagellin increased IL6 and CCL2/MCP-1 mRNA and IL6 excretion. Murine C26 tumors expressed more IL6 and CCL2/MCP-1 mRNA than C26-cells, and human CRC tumors expressed more CCL2/MCP-1 than healthy colon sites. Additionally, flagellin decreased caspase-1 activity and the production of reactive oxygen species, and increased cytotoxicity in C26-cells. Conditioned media from flagellin-treated C26-cells deteriorated C2C12-myotubes and decreased their number. In conclusion, cancer increased flagellated microbes that may promote CRC survival and cachexia by inducing inflammatory proteins such as MCP-1. Cancer-associated gut microbiota could not be rescued by blocking ACVR ligands.</p

Systemic cross-talk between brain, gut, and peripheral tissues in glucose homeostasis: effects of exercise training (CROSSYS). Exercise training intervention in monozygotic twins discordant for body weight

Background: Obesity and physical inactivity are major global public health concerns, both of which increase the risk of insulin resistance and type 2 diabetes. Regulation of glucose homeostasis involves cross-talk between the central nervous system, peripheral tissues, and gut microbiota, and is affected by genetics. Systemic cross-talk between brain, gut, and peripheral tissues in glucose homeostasis: effects of exercise training (CROSSYS) aims to gain new systems-level understanding of the central metabolism in human body, and how exercise training affects this cross-talk.Methods: CROSSYS is an exercise training intervention, in which participants are monozygotic twins from pairs discordant for body mass index (BMI) and within a pair at least the other is overweight. Twins are recruited from three population-based longitudinal Finnish twin studies, including twins born in 1983-1987, 1975-1979, and 1945-1958. The participants undergo 6-month-long exercise intervention period, exercising four times a week (including endurance, strength, and high-intensity training). Before and after the exercise intervention, comprehensive measurements are performed in Turku PET Centre, Turku, Finland. The measurements include: two positron emission tomography studies (insulin-stimulated whole-body and tissue-specific glucose uptake and neuroinflammation), magnetic resonance imaging (brain morphology and function, quantification of body fat masses and organ volumes), magnetic resonance spectroscopy (quantification of fat within heart, pancreas, liver and tibialis anterior muscle), echocardiography, skeletal muscle and adipose tissue biopsies, a neuropsychological test battery as well as biosamples from blood, urine and stool. The participants also perform a maximal exercise capacity test and tests of muscular strength.Discussion: This study addresses the major public health problems related to modern lifestyle, obesity, and physical inactivity. An eminent strength of this project is the possibility to study monozygotic twin pairs that share the genome at the sequence level but are discordant for BMI that is a risk factor for metabolic impairments such as insulin resistance. Thus, this exercise training intervention elucidates the effects of obesity on metabolism and whether regular exercise training is able to reverse obesity-related impairments in metabolism in the absence of the confounding effects of genetic factors

Happamuutta ja emäksisyyttä tuottavan ravinnon vaikutus kestävyys- ja voimaominaisuuksiin 12 viikon yhdistetyn kestävyys- ja voimaharjoittelun aikana

Johdanto.Ravinnolla ja urheilussa sallituilla lisäravinteilla pystytään vaikuttamaan elimistön happo-emästasapainoon levossa ja parantamaan suorituskykyä lyhyissä kovatehoisissa suorituksissa. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää miten emäksisyyttä tuottava, runsaasti kasviksia ja hedelmiä sisältävä normaaliproteiininen ruokavalio vaikuttaa voima-ja kestävyysominaisuuksiin sekä elimistön happo-emästasapainoon 12 viikon yhdistetyn kestävyys-ja voimaharjoittelujakson aikana verrattuna happamuutta tuottavaan,vähän kasviksia ja hedelmiä sisältävään normaaliproteiiniseen ruokavalioon. Menetelmät. Tutkimukseen osallistui yhteensä 49 kuntoliikuntaa harrastavaa naista ja miestä, jotka jaettiin kahteen ruokavalioryhmään (EMÄS / HAPAN). EMÄS -ryhmän ruokavalio oli arvioitu PRAL (potential renal acid load = potentiaalinen munuaisten happokuorma) -menetelmän avulla elimistön emäksisyyttä lisääväksi, kun taas HAPAN -ryhmä noudatti lähes normaalia ruokavaliota, jossa kuitenkin muun muassa kasvisten ja hedelmien saantia oli rajoitettu. Kolmen kuukauden tutkimusjakson ajan koehenkilöt suorittivat myös yhdistettyä kestävyys-ja voimaharjoittelua kaikille yhtenäisen ohjelman mukaisesti kaksi kertaa viikossa yhteensä 90–120 minuuttia yhdellä harjoituskerralla. Kestävyysosio suoritettiin aina ensin ja 10 minuutin palautuksenjälkeen toteutettiin voimaosio. Ennen ja jälkeen harjoitusjaksoa mitattiin VO2max, veren maksimaalinen laktaattipitoisuus, maksimaalinen pyöräilyteho, jalkojen ja käsien ojentajien maksimivoima, veren ja virtsan pH sekä veren bikarbonaattipitoisuus. Koehenkilöt pitivät ruokapäiväkirjaa tutkimusjaksoa ennen, puolivälissä ja lopussa kolmen päivän ajan. Tulokset. Ravinto.EMÄS-ja HAPAN -ryhmän miesten kasvisten ja hedelmien saannissa oli tilastollisesti merkitsevä ero tutkimusjakson puolivälissä (898± 302 g vs. 247 ± 243 g, p < 0.001) ja sen lopussa (803 ± 380 g vs. 226 ± 96 g, p < 0.01). Naisilla samansuuntainen ryhmien välinen pieni ero havaittiin jo ennen tutkimusjaksoa (396 ± 203 g vs. 249 ± 75 g, p < 0.05), mutta suuri ero tutkimusjakson puolivälissä (927± 307 g vs. 209 ± 159 g, p < 0.001) ja sen lopussa (1066± 634 g vs. 264 ± 273 g, p < 0.001). Miesten EMÄS -ryhmällä kehonpainoon suhteutettu rasvojen (0,8 ± 0,3 g/kg vs. 1,2 ± 0,4 g/kg, p < 0.05) ja proteiinin (1,0 ± 0,3g/kg vs. 1,4 ± 0,5 g/kg, p < 0.05) saanti oli tutkimusjakson puolivälissä pienempää kuin HAPAN -ryhmän miehillä. pH. Veren pH:ssa ei havaittu muutoksia tutkimusjakson aikana, mutta virtsan pH oli EMÄS -ryhmän naisilla merkitsevästi korkeampi tutkimusjakson lopussa HAPAN-ryhmään verrattuna(6,35 ± 0,98 vs. 5,56 ± 0,72, p < 0.05). Kestävyyssuorituskyky. Maksimaalisessa pyöräilytehossa tilastollisesti merkitsevät parannukset olivat miesten (251W± 50,1 vs 278W± 47,5, p<0.05) ja naisten (164W± 22,2 vs.182W± 21,6, p<0.01)HAPAN -ryhmällä. Maksimaalisessa hapenottokyvyssä tilastollisesti merkittävä parannus oli vain naisten HAPAN -ryhmässä (30,8ml/kg/min± 4,0 vs.33,3ml/kg/min± 5,2, p<0.05). Veren maksimaalisessa laktaattipitoisuudessa ei ollut tilastollisesti merkitseviä muutoksia. Lisäksi veren bikarbonaattipitoisuuksissa ei ollut merkitseviä muutoksia. Voimaominaisuudet. Isometrisessä maksimivoimassa jalkaprässissä ainut tilastollisesti merkitsevä kehitys oli miesten HAPAN -ryhmässä (2807 N ± 741 vs.3106 N ± 744, p<0.01). Isometrisessä maksimivoimassa istuen tehdyssä pystypunnerruksessa ainut tilastollisesti merkittävä parannus oli naisten EMÄS -ryhmässä (398 N ± 62 vs.427 N ± 46, p<0.05). Dynaamisessa jalkaprässissä yhden toiston maksimissa parannukset olivat miesten (161 kg ± 27,2 vs.175 kg ± 25,8, p<0.01) ja naisten(102 kg ± 19,4 vs 110 kg ± 20,1, p<0.01)HAPAN -ryhmässä sekä naisten EMÄS -ryhmässä (99 kg ± 14,2 vs.105 kg ± 10,1, p<0.05). Pohdinta ja johtopäätökset. Tämän tutkimuksen perusteella kasvis-ja hedelmäpainotteinen(noin 800-1000g kasviksia ja hedelmiä vuorokaudessa) ja normaalin määrän proteiinia sisältävä EMÄS -ruokavalio ei vaikuta veren pH:hon, mutta naisilla virtsan pH nousi 12 viikon harjoittelun aikana ja oli korkeampi kuin HAPAN -ryhmällä. Nämä tulokset vahvistavat näkemystä siitä, että ruokavaliolla voidaan vaikuttaa elimistön happoemästasapainoon, mikä näkyy erityisesti virtsan pH:n muutoksessa, mutta ei hyvin tarkasti säädellyssä veren pH:ssa. Tutkimuksen päätulos oli, että EMÄS -ryhmän emäksisyyttä tuottava ruokavalio ei parantanut voima-ja kestävyysominaisuuksia verrattuna kontrolliryhmän suhteellisen ”normaaliin”, suomalaisten käyttämään happamuutta tuottavaan ruokavalioon

Individual and combinatory effects of voluntary wheel running and sActRIIB-Fc administration on redox-balance in mdx mice

Duchenne’s muscular dystrophy (DMD) is X-chromosome linked muscle wasting dis-ease. It is caused by a mutation in the gene coding protein called dystrophin leading to premature death and significantly impairing the quality of life of DMD patients. Oxida-tive stress is a contributing factor in the pathology of DMD. Light intensity exercise and interventions that promote sirtuin (SIRT) 1 activity have been shown to be antioxidant for mdx mice and to ameliorate the symptoms of DMD. Also blocking activin receptor IIB (ActRIIB) ligands has been shown in some, but not all studies to improve the pa-thology of the DMD. The purpose of this study was to find out the individual and com-binatory effects of voluntary wheel running and blocking ActRIIB ligands with soluble fusion protein of ActRIIB (promotes muscle hypertrophy)(sActRIIB-Fc) on redox bal-ance in mdx mice, an animal model for Duchenne’s muscular dystrophy. The mdx mice were randomly divided into 4 groups (n=8 in each): PBS placebo sedentary, PBS place-bo running, sActRIIB-Fc administered sedentary, and sActRIIB-Fc administered run-ning group. In addition, wild-type PBS placebo treated mice served as a control group. sActRIIB-Fc was injected intraperitoneally, once a week for 7 weeks, which was also the length of the intervention period. Mice in the running groups had free access to run-ning wheels. Redox balance was assessed by measuring the amount of oxidized (GSSG) and reduced glutathione (GSH) in the gastrocnemius muscle. Outcome of the redox bal-ance i.e oxidative damage was assessed from the carbonylated proteins using western immunoblot analysis. Furthermore, protein expression of SIRT1, the phosphorylation of SIRT1 at ser 46 (p-SIRT1), SIRT3, SIRT6, AMPK, and the phosphorylation of AMPK at thr 172 (p-AMPK) were measured using western immunoblot analysis. There was in-creasing running effect in the oxidized glutathione (GSSG) (p=0.014), increasing run-ning effect in the ratio of the oxidized glutathione and total glutathione (GSH/TGSH) (p=0.012), increasing running effect in the ratio of oxidized glutathione and reduced glutathione (GSSG/GSH) (p=0.0006) and increasing running effect in protein carbonyls (p=0.026) (2x2 ANOVA). In addition, there was increasing running x sActRIIB-Fc in-teraction effect in the carbonylated proteins (p=0.018), increasing running x sActRIIB-Fc interaction effect in p-SIRT1 (p=0.025) and increasing running x sActRIIB-Fc inter-action effect and in the ratio of p-AMPK and AMPK (p-AMPK/AMPK) (p=0.029) (2x2 ANOVA). However, there were no changes in SIRT1, 3 and 6 protein expressions. The main finding of this study was that combination of exercise and blocking ActRIIB binding ligands with sActRIIB-Fc increased protein carbonyls which was accompanied by increased phosphorylation of SIRT1 at ser 46 and oxidized form of glutathione (GSSG). In addition running independently increased protein carbonyls and oxidized glutathione. These results suggest that voluntary wheel running independently and combined with sActRIIB-Fc administration results in elevated oxidative stress that dystrophic mice can’t fully rescue with endogenous antioxidants

Muscle physiology and proteostasis – Effects of changes in muscle size and exercise

Proteostasis results from an equilibrium between the synthesis of functional and degradation of dysfunctional proteins. It is regulated by biological processes, including unfolded protein response (UPR) and autophagy. UPR tries to relieve endoplasmic reticulum (ER) stress that results from protein misfolding in ER and autophagy degrades cellular organelles and proteins. Autophagy and UPR have a pivotal role for skeletal muscle function, but the current knowledge how they are regulated by different conditions influencing muscle quality is limited. This thesis elucidated the effects of muscle wasting, hypertrophy and exercise on the markers of autophagy and UPR by measuring protein and mRNA expression in skeletal muscle. To elucidate the effects of muscle wasting, mdx and colon carcinoma 26 (C26) tumor-bearing mice were used to study muscular dystrophy and cancer cachexia, respectively. Additionally, the effects of muscle hypertrophy induced by blocking activin receptor ligands in healthy, cancer cachectic and dystrophic mdx mice were examined. Voluntary wheel running was also studied in mdx mice. In addition to experimental animal models, the acute (1 h and 48 h) and long-term effects (21 weeks) of resistance exercise and training (RE and RT, respectively) in young (26 ± 4 years) and older (61 ± 6 years) previously untrained men were elucidated. Furthermore, the effects of 20-week experimental training period (EX), in which strength training was integrated with sprint training, in master sprinter men (40–76 years) were studied. The main results of this thesis were that UPR is induced by muscular dystrophy, as well as by a single RE bout in young and older men. Additionally, muscle hypertrophy induced by activin receptor ligand blocking increased UPR markers in healthy mice, while this increase in UPR markers was not observed in muscle hypertrophy induced by the 21-week RT period in young and older men. Autophagosome content, marked by lipidated LC3 protein (LC3II), was increased in C26 cancer cachexia and by RE and RT in previously untrained young men, as well as in masters sprinters conducting long-term strength training in conjunction with sprint training. These results indicate that, as an adaptation to muscle hypertrophy, wasting and exercise UPR and autophagy are regulated distinctly in skeletal muscle depending on the context. These results may be applied in the future as a scientific basis to develop new strategies to prevent and treat muscle wasting and in offering evidence based exercise recommendations.Proteostaasissa eli proteiinihomeostaasissa vallitsee tasapaino toiminnallisten proteiinien muodostuksen ja toimimattomien proteiinien hajotuksen välillä. Proteostaasia säätelevät biologiset järjestelmät, kuten laskostumattomien proteiinien vaste [unfolded protein response, UPR] ja autofagia. UPR pyrkii vähentämään endoplasmisen kalvoston [endoplasmic reticulum, ER] stressiä (ER-stressi), joka aiheutuu väärinlaskostuneiden ja laskostumattomien proteiinien kasaantumisesta endoplasmiselle kalvostolle. Autofagia puolestaan hajottaa ja kierrättää soluelimiä ja proteiineja. Autofagia ja UPR säätelevät lihaksen toimintaa. Niiden roolia eri tilanteissa, jotka vaikuttavat lihaksen laatuun ja kokoon, ei täysin tunneta. Tämän väitöskirjan tarkoitus oli tutkia lihaskadon, -kasvun ja liikunnan vaikutuksia UPR:ään ja autofagiaan analysoimalla näiden ilmiöiden merkkiaineiden proteiini- ja mRNA-pitoisuuksia luustolihaksessa. Lihasdystrofian vaikutuksia tutkittiin mdx-hiirimallilla. Syöpään liittyvää rajua lihaskatoa ja painonpudotusta eli kakeksiaa tutkittiin kokeellisella paksusuolisyövän (C26) hiirimallilla. Lisäksi tarkasteltiin aktiviinireseptorihoidon aikaansaaman lihaskasvun vaikutuksia terveessä, dystrofisessa ja syöpäkakektisessa lihaksessa. mdx-hiirillä tutkittiin juoksupyöräjuoksun vaikutuksia dystrofisessa lihaksessa. Aiemmin harjoittelemattomilla nuorilla (26 ± 4 vuotta) ja vanhemmilla miehillä (61 ± 6 vuotta) tarkasteltiin voimaharjoittelun akuutteja (1 ja 48 tuntia harjoituksen jälkeen) ja pitkäaikaisia (21 viikkoa harjoittelua) vaikutuksia. Lisäksi tutkittiin pikajuoksuharjoittelun rinnalle lisätyn voima- ja nopeusvoimaharjoittelun pitkäaikaisia vaikutuksia (20 viikkoa) veteraanimiespikajuoksijoilla (40–76 vuotta). UPR merkkiaineet lisääntyivät lihasdystrofiassa ja 48 tuntia yksittäisen voimaharjoituksen jälkeen nuorilla ja vanhemmilla aiemmin harjoittelemattomilla miehillä. Terveillä hiirillä aktiviinireseptorihoidolla aiheutettu lihaskasvu lisäsi UPR-merkkiaineita, mutta nousua ei huomattu voimaharjoittelulla saavutetussa lihaskasvussa. Autofagosomien määrää kuvastavan LC3-proteiinin (LC3II) rasvoittunut muoto lisääntyi syövän aiheuttamassa lihaskadossa sekä pidempiaikaisen voimaharjoittelun jälkeen nuorilla miehillä ja veteraanipikajuoksijoilla. Tulokset osoittavat, että sekä autofagiaa että UPR:ää säädellään lihaksessa liikunnan, lihaskasvun ja -kadon seurauksena eri tavoin tilanteen mukaan proteostaasin säilyttämiseksi. Näitä tuloksia voidaan hyödyntää esimerkiksi liikuntasuositusten laatimisessa sekä pohjana uusien lihaskatohoitomuotojen kehittämisessä