Implication des céramides dans l'atrophie musculaire

Le muscle squelettique fait preuve d'une remarquable plasticité en réponse aux changements physiologiques, comme l activité physique, et aux situations pathologiques. Il subit notamment une atrophie sévère lors de la cachexie qui accompagne diverses pathologies chroniques comme le cancer, le SIDA, etc. L atrophie musculaire est aussiune composante de la sarcopénie qui survient lors du vieillissement normal, et se caractérise par un déclin de la force et de la masse musculaire. L'atrophie musculaire, qui entraîne une augmentation de la mortalité et diminue l efficacité des traitements, constitue donc un problème de santé majeur.La fonte musculaire se caractérise par une altération de l équilibre entre synthèse et dégradation protéiques dans les fibres adultes. Des taux particulièrement élevés de cytokines circulantes, dont le TNFa, qui affectent l homéostasie du muscle via différentes voies de signalisation, semblent être à l origine de l'atrophie. Les mécanismes de la réponse atrophique musculaire à ces taux circulants élevés sont cependant mal définis. Le TNFa a des effets complexes. Il peut activer de multiples voies de signalisation, parmi lesquelles l'induction de la synthèse de sphingolipides, et plus particulièrement de céramides, par la voie de novo et par l'activation des sphingomyélinases. Au niveau musculaire, les céramides sont connus pour leurs effets sur la signalisation de l'insuline, sur l'apoptose et sur la différenciation myogénique. Par contre, leur implication dans le cadre de l'atrophie n'avait jamais été prise en compte. L objectif de ce travail a été dans un premier temps de démontrer le rôle des céramides dans l atrophie. Dans un deuxième temps, nous avons caractérisé la voie de signalisation par laquelle l augmentation intramusculaire de céramide induite par le TNFa aboutit à une chute de la synthèse protéique, couplée à une augmentation de la protéolyse. Dans ce but, nous avons mis au point des modèles in vitro d'atrophie, impliquant des myotubes traités par des concentrations physiologiques de TNF . Nous avons en parallèle étudié un modèle in vivo de cachexie induite chez la souris par l'implantation d un adénocarcinome C26. L analyse des sphingolipides nous a permis de montrer l augmentation des taux de céramides concomitante à l atrophie générée in vitro et in vivo. Le rôle des céramides dans l atrophie a été démontré par l effet protecteur des inhibiteurs de leur synthèse, dans les modèles in vitro et in vivo. Nous montrons de plus dans un modèle in vitro que les effets atrophiques des céramides sont dus à l inhibition de la voie de signalisation Phospholipase D/mTOR/Akt. Nos résultats nous ont permis de prouver le rôle des sphingolipides dans le contrôle de l homéostasie protéique du muscle. La modulation du métabolisme des sphingolipides apparaît donc comme une nouvelle cible thérapeutique prometteuse dans le traitement de la perte musculaire associée à diverses pathologies.Skeletal muscle demonstrated a remarkable plasticity in response to physiological changes, such as physical activity, and pathological situations. He suffered such severe atrophy during cachexia that accompanies various pathologies such as cancer, AIDS, etc.. Muscle atrophy is also a component of sarcopenia that occurs during normal aging, and is characterized by a decline in strength and muscle mass. Muscle atrophy, which leads to increased mortality and decreased treatment efficacy, thus constitutes a health problem majeur.La muscle wasting is characterized by an impaired balance between protein synthesis and degradation in adult fibers. Particularly high levels of circulating cytokines, including TNF, which affect muscle homeostasis via different signaling pathways appear to be the cause of atrophy. Mechanisms of muscle atrophy response to these elevated circulating levels are however unclear. TNFa has complex effects. It may activate multiple signaling pathways, including the induction of the synthesis of sphingolipids, especially ceramides, for the de novo pathway and the activation of sphingomyelinases. In muscle, ceramides are known for their effects on insulin signaling on apoptosis and myogenic differentiation. By cons, their involvement in the context of atrophy was never taken into account. The objective of this work was firstly to demonstrate the role of ceramides in atrophy. In a second step, we characterized the signaling pathway by which increased intramuscular ceramide induced by TNF leads to a fall in protein synthesis, coupled with an increase in proteolysis. For this purpose, we have developed in vitro models of atrophy involving myotubes treated with physiological concentrations of TNF . We studied in parallel an in vivo model of cachexia induced in mice by implantation of adenocarcinoma C26. Analysis of sphingolipids we showed increased levels of ceramide concomitant atrophy generated in vitro and in vivo. The role of ceramide in atrophy has been demonstrated by the protective effect of inhibitors of their synthesis in the in vitro and in vivo. We show further in an in vitro model that atrophic effects of ceramides are due to inhibition of phospholipase D signaling pathway / mTOR / Akt. Our results allowed us to prove the role of sphingolipids in the homeostatic control of muscle protein. Modulation of sphingolipid metabolism appears to be a promising new therapeutic target in the treatment of muscle wasting associated with various pathologies.VILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocVILLEURBANNE-DOC'INSA-Bib. elec. (692669901) / SudocSudocFranceF

TNF-α- and tumor-induced skeletal muscle atrophy involves sphingolipid metabolism

Additional filesInternational audienceUNLABELLED: ABSTRACT: BACKGROUND: Muscle atrophy associated with various pathophysiological conditions represents a major health problem, because of its contribution to the deterioration of patient status and its effect on mortality. Although the involvement of pro-inflammatory cytokines in this process is well recognized, the role of sphingolipid metabolism alterations induced by the cytokines has received little attention. RESULTS: We addressed this question both in vitro using differentiated myotubes treated with TNF-α, and in vivo in a murine model of tumor-induced cachexia. Myotube atrophy induced by TNF-α was accompanied by a substantial increase in cell ceramide levels, and could be mimicked by the addition of exogenous ceramides. It could be prevented by the addition of ceramide-synthesis inhibitors that targeted either the de novo pathway (myriocin), or the sphingomyelinases (GW4869 and 3-O-methylsphingomyelin). In the presence of TNF-α, ceramide-synthesis inhibitors significantly increased protein synthesis and decreased proteolysis. In parallel, they lowered the expression of both the Atrogin-1 and LC3b genes, involved in muscle protein degradation by proteasome and in autophagic proteolysis, respectively, and increased the proportion of inactive, phosphorylated Foxo3 transcription factor. Furthermore, these inhibitors increased the expression and/or phosphorylation levels of key factors regulating protein metabolism, including phospholipase D, an activator of mammalian target of rapamycin (mTOR), and the mTOR substrates S6K1 and Akt. In vivo, C26 carcinoma implantation induced a substantial increase in muscle ceramide, together with drastic muscle atrophy. Treatment of the animals with myriocin reduced the expression of the atrogenes Foxo3 and Atrogin-1, and partially protected muscle tissue from atrophy. CONCLUSIONS: Ceramide accumulation induced by TNF-α or tumor development participates in the mechanism of muscle-cell atrophy, and sphingolipid metabolism is a logical target for pharmacological or nutritional interventions aiming at preserving muscle mass in pathological situations

Involvement of ceramides in muscle atrophy

Skeletal muscle demonstrated a remarkable plasticity in response to physiological changes, such as physical activity, and pathological situations. He suffered such severe atrophy during cachexia that accompanies various pathologies such as cancer, AIDS, etc.. Muscle atrophy is also a component of sarcopenia that occurs during normal aging, and is characterized by a decline in strength and muscle mass. Muscle atrophy, which leads to increased mortality and decreased treatment efficacy, thus constitutes a health problem majeur.La muscle wasting is characterized by an impaired balance between protein synthesis and degradation in adult fibers. Particularly high levels of circulating cytokines, including TNF, which affect muscle homeostasis via different signaling pathways appear to be the cause of atrophy. Mechanisms of muscle atrophy response to these elevated circulating levels are however unclear. TNFa has complex effects. It may activate multiple signaling pathways, including the induction of the synthesis of sphingolipids, especially ceramides, for the de novo pathway and the activation of sphingomyelinases. In muscle, ceramides are known for their effects on insulin signaling on apoptosis and myogenic differentiation. By cons, their involvement in the context of atrophy was never taken into account. The objective of this work was firstly to demonstrate the role of ceramides in atrophy. In a second step, we characterized the signaling pathway by which increased intramuscular ceramide induced by TNF leads to a fall in protein synthesis, coupled with an increase in proteolysis. For this purpose, we have developed in vitro models of atrophy involving myotubes treated with physiological concentrations of TNF . We studied in parallel an in vivo model of cachexia induced in mice by implantation of adenocarcinoma C26. Analysis of sphingolipids we showed increased levels of ceramide concomitant atrophy generated in vitro and in vivo. The role of ceramide in atrophy has been demonstrated by the protective effect of inhibitors of their synthesis in the in vitro and in vivo. We show further in an in vitro model that atrophic effects of ceramides are due to inhibition of phospholipase D signaling pathway / mTOR / Akt. Our results allowed us to prove the role of sphingolipids in the homeostatic control of muscle protein. Modulation of sphingolipid metabolism appears to be a promising new therapeutic target in the treatment of muscle wasting associated with various pathologies.Le muscle squelettique fait preuve d'une remarquable plasticité en réponse aux changements physiologiques, comme l’activité physique, et aux situations pathologiques. Il subit notamment une atrophie sévère lors de la cachexie qui accompagne diverses pathologies chroniques comme le cancer, le SIDA, etc. L’atrophie musculaire est aussi une composante de la sarcopénie qui survient lors du vieillissement normal, et se caractérise par un déclin de la force et de la masse musculaire. L'atrophie musculaire, qui entraîne une augmentation de la mortalité et diminue l’efficacité des traitements, constitue donc un problème de santé majeur.La fonte musculaire se caractérise par une altération de l’équilibre entre synthèse et dégradation protéiques dans les fibres adultes. Des taux particulièrement élevés de cytokines circulantes, dont le TNFα, qui affectent l’homéostasie du muscle via différentes voies de signalisation, semblent être à l’origine de l'atrophie. Les mécanismes de la réponse atrophique musculaire à ces taux circulants élevés sont cependant mal définis. Le TNFα a des effets complexes. Il peut activer de multiples voies de signalisation, parmi lesquelles l'induction de la synthèse de sphingolipides, et plus particulièrement de céramides, par la voie de novo et par l'activation des sphingomyélinases. Au niveau musculaire, les céramides sont connus pour leurs effets sur la signalisation de l'insuline, sur l'apoptose et sur la différenciation myogénique. Par contre, leur implication dans le cadre de l'atrophie n'avait jamais été prise en compte. L’objectif de ce travail a été dans un premier temps de démontrer le rôle des céramides dans l’atrophie. Dans un deuxième temps, nous avons caractérisé la voie de signalisation par laquelle l’augmentation intramusculaire de céramide induite par le TNFα aboutit à une chute de la synthèse protéique, couplée à une augmentation de la protéolyse. Dans ce but, nous avons mis au point des modèles in vitro d'atrophie, impliquant des myotubes traités par des concentrations physiologiques de TNF . Nous avons en parallèle étudié un modèle in vivo de cachexie induite chez la souris par l'implantation d’un adénocarcinome C26. L’analyse des sphingolipides nous a permis de montrer l’augmentation des taux de céramides concomitante à l’atrophie générée in vitro et in vivo. Le rôle des céramides dans l’atrophie a été démontré par l’effet protecteur des inhibiteurs de leur synthèse, dans les modèles in vitro et in vivo. Nous montrons de plus dans un modèle in vitro que les effets atrophiques des céramides sont dus à l’inhibition de la voie de signalisation Phospholipase D/mTOR/Akt. Nos résultats nous ont permis de prouver le rôle des sphingolipides dans le contrôle de l’homéostasie protéique du muscle. La modulation du métabolisme des sphingolipides apparaît donc comme une nouvelle cible thérapeutique prometteuse dans le traitement de la perte musculaire associée à diverses pathologies

Implication des céramides dans l'atrophie musculaire

Skeletal muscle demonstrated a remarkable plasticity in response to physiological changes, such as physical activity, and pathological situations. He suffered such severe atrophy during cachexia that accompanies various pathologies such as cancer, AIDS, etc.. Muscle atrophy is also a component of sarcopenia that occurs during normal aging, and is characterized by a decline in strength and muscle mass. Muscle atrophy, which leads to increased mortality and decreased treatment efficacy, thus constitutes a health problem majeur.La muscle wasting is characterized by an impaired balance between protein synthesis and degradation in adult fibers. Particularly high levels of circulating cytokines, including TNF, which affect muscle homeostasis via different signaling pathways appear to be the cause of atrophy. Mechanisms of muscle atrophy response to these elevated circulating levels are however unclear. TNFa has complex effects. It may activate multiple signaling pathways, including the induction of the synthesis of sphingolipids, especially ceramides, for the de novo pathway and the activation of sphingomyelinases. In muscle, ceramides are known for their effects on insulin signaling on apoptosis and myogenic differentiation. By cons, their involvement in the context of atrophy was never taken into account. The objective of this work was firstly to demonstrate the role of ceramides in atrophy. In a second step, we characterized the signaling pathway by which increased intramuscular ceramide induced by TNF leads to a fall in protein synthesis, coupled with an increase in proteolysis. For this purpose, we have developed in vitro models of atrophy involving myotubes treated with physiological concentrations of TNF . We studied in parallel an in vivo model of cachexia induced in mice by implantation of adenocarcinoma C26. Analysis of sphingolipids we showed increased levels of ceramide concomitant atrophy generated in vitro and in vivo. The role of ceramide in atrophy has been demonstrated by the protective effect of inhibitors of their synthesis in the in vitro and in vivo. We show further in an in vitro model that atrophic effects of ceramides are due to inhibition of phospholipase D signaling pathway / mTOR / Akt. Our results allowed us to prove the role of sphingolipids in the homeostatic control of muscle protein. Modulation of sphingolipid metabolism appears to be a promising new therapeutic target in the treatment of muscle wasting associated with various pathologies.Le muscle squelettique fait preuve d'une remarquable plasticité en réponse aux changements physiologiques, comme l’activité physique, et aux situations pathologiques. Il subit notamment une atrophie sévère lors de la cachexie qui accompagne diverses pathologies chroniques comme le cancer, le SIDA, etc. L’atrophie musculaire est aussi une composante de la sarcopénie qui survient lors du vieillissement normal, et se caractérise par un déclin de la force et de la masse musculaire. L'atrophie musculaire, qui entraîne une augmentation de la mortalité et diminue l’efficacité des traitements, constitue donc un problème de santé majeur.La fonte musculaire se caractérise par une altération de l’équilibre entre synthèse et dégradation protéiques dans les fibres adultes. Des taux particulièrement élevés de cytokines circulantes, dont le TNFα, qui affectent l’homéostasie du muscle via différentes voies de signalisation, semblent être à l’origine de l'atrophie. Les mécanismes de la réponse atrophique musculaire à ces taux circulants élevés sont cependant mal définis. Le TNFα a des effets complexes. Il peut activer de multiples voies de signalisation, parmi lesquelles l'induction de la synthèse de sphingolipides, et plus particulièrement de céramides, par la voie de novo et par l'activation des sphingomyélinases. Au niveau musculaire, les céramides sont connus pour leurs effets sur la signalisation de l'insuline, sur l'apoptose et sur la différenciation myogénique. Par contre, leur implication dans le cadre de l'atrophie n'avait jamais été prise en compte. L’objectif de ce travail a été dans un premier temps de démontrer le rôle des céramides dans l’atrophie. Dans un deuxième temps, nous avons caractérisé la voie de signalisation par laquelle l’augmentation intramusculaire de céramide induite par le TNFα aboutit à une chute de la synthèse protéique, couplée à une augmentation de la protéolyse. Dans ce but, nous avons mis au point des modèles in vitro d'atrophie, impliquant des myotubes traités par des concentrations physiologiques de TNF. Nous avons en parallèle étudié un modèle in vivo de cachexie induite chez la souris par l'implantation d’un adénocarcinome C26. L’analyse des sphingolipides nous a permis de montrer l’augmentation des taux de céramides concomitante à l’atrophie générée in vitro et in vivo. Le rôle des céramides dans l’atrophie a été démontré par l’effet protecteur des inhibiteurs de leur synthèse, dans les modèles in vitro et in vivo. Nous montrons de plus dans un modèle in vitro que les effets atrophiques des céramides sont dus à l’inhibition de la voie de signalisation Phospholipase D/mTOR/Akt. Nos résultats nous ont permis de prouver le rôle des sphingolipides dans le contrôle de l’homéostasie protéique du muscle. La modulation du métabolisme des sphingolipides apparaît donc comme une nouvelle cible thérapeutique prometteuse dans le traitement de la perte musculaire associée à diverses pathologies

Implication des céramides dans l'atrophie musculaire

Skeletal muscle demonstrated a remarkable plasticity in response to physiological changes, such as physical activity, and pathological situations. He suffered such severe atrophy during cachexia that accompanies various pathologies such as cancer, AIDS, etc.. Muscle atrophy is also a component of sarcopenia that occurs during normal aging, and is characterized by a decline in strength and muscle mass. Muscle atrophy, which leads to increased mortality and decreased treatment efficacy, thus constitutes a health problem majeur.La muscle wasting is characterized by an impaired balance between protein synthesis and degradation in adult fibers. Particularly high levels of circulating cytokines, including TNF, which affect muscle homeostasis via different signaling pathways appear to be the cause of atrophy. Mechanisms of muscle atrophy response to these elevated circulating levels are however unclear. TNFa has complex effects. It may activate multiple signaling pathways, including the induction of the synthesis of sphingolipids, especially ceramides, for the de novo pathway and the activation of sphingomyelinases. In muscle, ceramides are known for their effects on insulin signaling on apoptosis and myogenic differentiation. By cons, their involvement in the context of atrophy was never taken into account. The objective of this work was firstly to demonstrate the role of ceramides in atrophy. In a second step, we characterized the signaling pathway by which increased intramuscular ceramide induced by TNF leads to a fall in protein synthesis, coupled with an increase in proteolysis. For this purpose, we have developed in vitro models of atrophy involving myotubes treated with physiological concentrations of TNF . We studied in parallel an in vivo model of cachexia induced in mice by implantation of adenocarcinoma C26. Analysis of sphingolipids we showed increased levels of ceramide concomitant atrophy generated in vitro and in vivo. The role of ceramide in atrophy has been demonstrated by the protective effect of inhibitors of their synthesis in the in vitro and in vivo. We show further in an in vitro model that atrophic effects of ceramides are due to inhibition of phospholipase D signaling pathway / mTOR / Akt. Our results allowed us to prove the role of sphingolipids in the homeostatic control of muscle protein. Modulation of sphingolipid metabolism appears to be a promising new therapeutic target in the treatment of muscle wasting associated with various pathologies.Le muscle squelettique fait preuve d'une remarquable plasticité en réponse aux changements physiologiques, comme l’activité physique, et aux situations pathologiques. Il subit notamment une atrophie sévère lors de la cachexie qui accompagne diverses pathologies chroniques comme le cancer, le SIDA, etc. L’atrophie musculaire est aussi une composante de la sarcopénie qui survient lors du vieillissement normal, et se caractérise par un déclin de la force et de la masse musculaire. L'atrophie musculaire, qui entraîne une augmentation de la mortalité et diminue l’efficacité des traitements, constitue donc un problème de santé majeur.La fonte musculaire se caractérise par une altération de l’équilibre entre synthèse et dégradation protéiques dans les fibres adultes. Des taux particulièrement élevés de cytokines circulantes, dont le TNFα, qui affectent l’homéostasie du muscle via différentes voies de signalisation, semblent être à l’origine de l'atrophie. Les mécanismes de la réponse atrophique musculaire à ces taux circulants élevés sont cependant mal définis. Le TNFα a des effets complexes. Il peut activer de multiples voies de signalisation, parmi lesquelles l'induction de la synthèse de sphingolipides, et plus particulièrement de céramides, par la voie de novo et par l'activation des sphingomyélinases. Au niveau musculaire, les céramides sont connus pour leurs effets sur la signalisation de l'insuline, sur l'apoptose et sur la différenciation myogénique. Par contre, leur implication dans le cadre de l'atrophie n'avait jamais été prise en compte. L’objectif de ce travail a été dans un premier temps de démontrer le rôle des céramides dans l’atrophie. Dans un deuxième temps, nous avons caractérisé la voie de signalisation par laquelle l’augmentation intramusculaire de céramide induite par le TNFα aboutit à une chute de la synthèse protéique, couplée à une augmentation de la protéolyse. Dans ce but, nous avons mis au point des modèles in vitro d'atrophie, impliquant des myotubes traités par des concentrations physiologiques de TNF. Nous avons en parallèle étudié un modèle in vivo de cachexie induite chez la souris par l'implantation d’un adénocarcinome C26. L’analyse des sphingolipides nous a permis de montrer l’augmentation des taux de céramides concomitante à l’atrophie générée in vitro et in vivo. Le rôle des céramides dans l’atrophie a été démontré par l’effet protecteur des inhibiteurs de leur synthèse, dans les modèles in vitro et in vivo. Nous montrons de plus dans un modèle in vitro que les effets atrophiques des céramides sont dus à l’inhibition de la voie de signalisation Phospholipase D/mTOR/Akt. Nos résultats nous ont permis de prouver le rôle des sphingolipides dans le contrôle de l’homéostasie protéique du muscle. La modulation du métabolisme des sphingolipides apparaît donc comme une nouvelle cible thérapeutique prometteuse dans le traitement de la perte musculaire associée à diverses pathologies

Phospholipase D regulates the size of skeletal muscle cells through the activation of mTOR signaling.

International audiencemTOR is a major actor of skeletal muscle mass regulation in situations of atrophy or hypertrophy. It is established that Phospholipase D (PLD) activates mTOR signaling, through the binding of its product phosphatidic acid (PA) to mTOR protein. An influence of PLD on muscle cell size could thus be suspected. We explored the consequences of altered expression and activity of PLD isoforms in differentiated L6 myotubes. Inhibition or down-regulation of the PLD1 isoform markedly decreased myotube size and muscle specific protein content. Conversely, PLD1 overexpression induced muscle cell hypertrophy, both in vitro in myotubes and in vivo in mouse gastrocnemius. In the presence of atrophy-promoting dexamethasone, PLD1 overexpression or addition of exogenous PA protected myotubes against atrophy. Similarly, exogenous PA protected myotubes against TNFα-induced atrophy. Moreover, the modulation of PLD expression or activity in myotubes showed that PLD1 negatively regulates the expression of factors involved in muscle protein degradation, such as the E3-ubiquitin ligases Murf1 and Atrogin-1, and the Foxo3 transcription factor. Inhibition of mTOR by PP242 abolished the positive effects of PLD1 on myotubes, whereas modulating PLD influenced the phosphorylation of both S6K1 and Akt, which are respectively substrates of mTORC1 and mTORC2 complexes. These observations suggest that PLD1 acts through the activation of both mTORC1 and mTORC2 to induce positive trophic effects on muscle cells. This pathway may offer interesting therapeutic potentialities in the treatment of muscle wasting

Phospholipase D regulates the size of skeletal muscle cells through the activation of mTOR signaling.

International audiencemTOR is a major actor of skeletal muscle mass regulation in situations of atrophy or hypertrophy. It is established that Phospholipase D (PLD) activates mTOR signaling, through the binding of its product phosphatidic acid (PA) to mTOR protein. An influence of PLD on muscle cell size could thus be suspected. We explored the consequences of altered expression and activity of PLD isoforms in differentiated L6 myotubes. Inhibition or down-regulation of the PLD1 isoform markedly decreased myotube size and muscle specific protein content. Conversely, PLD1 overexpression induced muscle cell hypertrophy, both in vitro in myotubes and in vivo in mouse gastrocnemius. In the presence of atrophy-promoting dexamethasone, PLD1 overexpression or addition of exogenous PA protected myotubes against atrophy. Similarly, exogenous PA protected myotubes against TNFα-induced atrophy. Moreover, the modulation of PLD expression or activity in myotubes showed that PLD1 negatively regulates the expression of factors involved in muscle protein degradation, such as the E3-ubiquitin ligases Murf1 and Atrogin-1, and the Foxo3 transcription factor. Inhibition of mTOR by PP242 abolished the positive effects of PLD1 on myotubes, whereas modulating PLD influenced the phosphorylation of both S6K1 and Akt, which are respectively substrates of mTORC1 and mTORC2 complexes. These observations suggest that PLD1 acts through the activation of both mTORC1 and mTORC2 to induce positive trophic effects on muscle cells. This pathway may offer interesting therapeutic potentialities in the treatment of muscle wasting