Intramuscular sex steroid hormones are associated with skeletal muscle strength and power in women with different hormonal status

Peer reviewe

Hormonikorvaushoito ja luurankolihaksisto : estrogeenisten ja progestogeenisten komponenttien vaikutukset lihassoluviljelmässä

Yksi merkittävimmistä ikääntymiseen liittyvistä tapahtumista on luurankolihasten heikentyminen. Sarkopenia eli lihaskato heikentää ennen kaikkea ikääntyvän ihmisen terveyttä ja sitä kautta elämänlaatua, mutta sen kustannukset myös sosiaali- ja terveydenhuollolle ovat suuret. Naisilla lihasten suorituskyky heikkenee merkittävästi vaihdevuosien aikana, jolloin myös estrogeenin ja progesteronin tasot laskevat. Etenkin 17β-estradiolin (E2) tuotanto munasarjoissa loppuu vaihdevuosien aikana. Estrogeenin tiedetään vaikuttavan primaaristen sukupuoliominaisuuksien lisäksi myös moniin muihin kudoksiin, kuten luuhun ja lihaksiin. Vaihdevuosien mukanaan tuomia oireita hoidetaan usein estradiolia ja progestogeenia sisältävillä hormonikorvaushoidoilla (HRT), mutta sen vaikutuksia lihaksiin on tutkittu vähän. Myöskään hormonien vaikutusmekanismeista molekyylitasolla lihaksessa ei ole tarkkaa käsitystä. Fosfoinositidi-3-kinaasi (PI3K) signalointireitin tiedetään keskeisesti liittyvän solun kasvun säätelyyn. Solun kasvun kannalta reitin tärkeimmät kohteet ovat Akt (proteiinikinaasi B) ja mTOR (engl. mammalian target of rapamycin), joiden aktivoituminen johtaa mm. proteiinisynteesiin ja edelleen solun kasvuun. PI3K:n aktivoitumisen esimerkiksi IGF-1:n vaikutuksesta tiedetään johtavan Akt:n ja edelleen mTOR:in fosforyloitumiseen. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää vaihdevuosioireisiin käytettävän HRT:n vaikutuksia hiiren C2C12-myotuubeissa. Erityisesti haluttiin selvittää yhdistelmähoidon eri komponenttien, E2:n ja noretisteroniasetaatin (NETA) vaikutuksia PI3K/Akt-reitin aktiivisuuteen sekä Akt:n, mTOR:n, estrogeenireseptoreiden (ER) ja androgeenireseptorin (AR) geenien ilmenemiseen. Soluja käsiteltiin joko E2:lla tai NETA:lla (1nM/10nM). Akt:n ja mTOR:n fosforyloitumista tutkittiin Western blottausta apuna käyttäen neljässä aikapisteessä (5, 20, 40 min, 2 h). Akt:n, mTOR:n, ER:ien sekä AR:n geenien ilmentyminen puolestaan määritettiin kvantitatiivisen PCR:n avulla aikapisteissä 0, 2, 6 ja 24 tuntia. Kontrollisolut kerättiin kaikissa aikapisteissä, mukaan lukien 0 tuntia. Tulosten mukaan hormonikorvaushoidon eri komponenteilla ei näyttäisi olevan merkitsevää vaikutusta lihaksen hypertrofiareitille kuuluvien proteiinien, Akt:n ja mTOR:n, aktivoitumiseen hiiren C2C12-lihassolulinjassa. NETA:lla näyttäisi olevan positiivista vaikutusta Akt:n aktiivisen muodon määrään, mutta ero suhteessa kontrolliin ei kuitenkaan ollut tilastollisesti merkitsevä. Tutkittujen geenien ilmenemisessä, suhteessa kontrollisoluihin, ei myöskään havaittu merkitseviä eroja. Tutkimustulokset osoittivat, että tutkittaessa myotuubien erilaistumisprosessin aikaisia tapahtumia, kontrollisolujen seuranta läpi tutkimuksen aikajakson on erittäin tärkeää, jotta voitaisiin erottaa erilaistumistapahtumaan itseensä ja soluille tehtyyn käsittelyyn liittyvät muutokset. Samankaltaisen tutkimusasetelman toistaminen ihmisen primaarisoluviljelmässä voisi tarkentaa saamiamme tuloksia ja antaisi lisävastauksia tutkimusongelman perusteellisempaan selvittämiseen

Effects of combined hormone replacement therapy or its effective agents on the IGF-1 pathway in skeletal muscle

Objectives To investigate the effects of combined hormone replacement therapy (HRT) and its effective agents on the IGF-1 signaling pathway. Design and methods To examine the effects of HRT on skeletal muscle in vivo, we utilized pre- and post-intervention samples from a randomized double blinded trial with 50–57-year-old women. The intervention included the year-long use of either HRT preparation (2 mg 17β-estradiol, E2; 1 mg norethisterone acetate, NETA, n = 10) or placebo (CO, n = 9). Microarray technology and quantitative PCR (qPCR) were used to study the expression of insulin-like growth factor I (IGF-1) and its splice variants as well as IGF-1 receptor, Akt1, mTOR, FOXO1, FOXO3, atrogin, estrogen receptors and androgen receptor in muscle samples. Serum concentrations of IGF-1, E2 and testosterone were measured. C2C12 myotubes were fed with E2 or NETA followed by analyzing the expression of essentially the same gene transcripts as in human samples by qPCR and phosphorylation of Akt and mTOR by Western blotting. Results The gene expression of IGF-1 and its splice variant, IGF-1Ec (also known as the mechano growth factor or MGF), mTOR, FOXO3, and AR was up-regulated among the HRT users compared to the CO (P < 0.05), while Akt1 was down-regulated (P < 0.05). The change in the level of IGF-1Ec transcript correlated positively with muscle size at post-intervention (r = 0.5, P < 0.05). In C2C12 myotubes, no statistically significant effects of either E2 or NETA at the level of gene transcripts studied were identified. The amount of phosphorylated Akt appeared to respond to NETA, albeit the response was not statistically significant. Phosphorylation of mTOR did not respond to either of the treatments. Conclusion Year-long postmenopausal HRT was found to affect the expression of the genes along the IGF-1 signaling cascade reflecting the higher muscle mass compared to the CO women. By using cell culture model we were, however, unable to confirm the possible differential role of E2 and NETA. It appears that the synchronous presence of both effective agents of the HRT or the presence of yet unidentified microenvironmental factors providing proper paracrine signals naturally existing in the intact muscle tissue is critical for appropriate signaling via sex steroid-IGF-1 axis to occur.peerReviewe

Are skeletal muscle FNDC5 expression and irisin release regulated by exercise and related to health?

Recently, contradictory findings have been reported concerning the function of irisin and its precursor gene, skeletal muscle FNDC5, in energy homeostasis, and the associated regulatory role of exercise and PGC-1α. We therefore evaluated whether muscle FNDC5 mRNA and serum irisin are exercise responsive and whether PGC-1α expression is associated with FNDC5 expression. The male subjects in the study performed single exercises: (1) 1 h low-intensity aerobic exercise (AE) (middle-aged, n= 17), (2) a heavy-intensity resistance exercise (RE) bout (young n= 10, older n= 11) (27 vs. 62 years), (3) long-term 21 weeks endurance exercise (EE) training alone (twice a week, middle-aged, n= 9), or (4) combined EE and RE training (both twice a week, middle-aged, n= 9). Skeletal muscle mRNA expression was analysed by quantitative PCR and serum irisin by ELISA. No significant changes were observed in skeletal muscle PGC-1α, FNDC5 and serum irisin after AE, EE training or combined EE + RE training. However, a single RE bout increased PGC-1α by 4-fold in young and by 2-fold in older men, while FNDC5 mRNA only increased in young men post-RE, by 1.4-fold. Changes in PGC-1α or serum irisin were not consistently accompanied by changes in FNDC5. In conclusion, for the most part, neither longer-term nor single exercise markedly increases skeletal muscle FNDC5 expression or serum irisin. Therefore their changes in response to exercise are probably random and not consistent excluding the confirmation of any definitive link between exercise and FNDC5 expression and irisin release in humans. Moreover, irisin and FNDC5 were not associated with glucose tolerance and being overweight, or with metabolic disturbances, respectively. Finally, factor(s) other than PGC-1α and transcription may regulate FNDC5 expression.peerReviewe