Whey proteins promote post prandial positive nitrogen balance in a muscle wasting situation but probably for a too short period of time to translate into muscle sparing

Background and aims: Muscle wasting occurred by an imbalance of muscle protein metabolism. Most of catabolic states are characterized by both an insulin and amino acid resistance which result into a food intake inefficiency to promote positive nitrogen balance during the post prandial period. So far, fast digested proteins (i.e whey) have been shown to be more efficient than casein to promote a stimulation of muscle protein synthesis (PS) in such situations; however, muscle mass is rarely improved. Our hypothesis is that this stimulation occurs only for a short period of time in the fed state, which remains insufficient to induce a significant increase in muscle mass. To address this point, a PS and proteolysis (PRO) kinetic study at the muscle level is required.Methods: Adult mini pigs were catheterized into both the femoral artery and vein and infused with 13C Phe to assess continuously) muscle PS and PRO in the hindlimb by the substrate and tracer arterio-venous difference method (every 30min before (PA) and after food intake). The catabolic state was induced by glucocorticoid treatment (8d); both casein and whey effects on PS and PRO were tested over time for 6.5 h.Results: After glucocorticoids, animals were in negative nitrogen balance at PA and casein intake had no effect on both PS and PRO and animals remained in negative nitrogen balance during the whole postprandial period. With whey, treated animals are able to generate a positive nitrogen balance for 120min after food intake (PS:+40% and PRO:-20%) which decreased thereafter along the postprandial period. Glucocorticoids were associated with insulin resistance (postprandial period: increased insulin/glycaemia). When fed whey, animals still presented hyperinsulinemia but normalized postprandial glycaemia.Conclusions. Whey are more efficient to generate positive muscle nitrogen balance in catabolic states but it remained only for a short period of time which may limit their efficiency on muscle wasting. Nutritional strategies have to be studied to optimize the duration of whey efficiency in the catabolic states. By contrast, whey are interesting to control post prandial hyperglycaemia in muscle protein wasting situations

A dietary supplementation with leucine and antioxidants is capable to accelerate muscle mass recovery after immobilization in adult rats

Prolonged inactivity induces muscle loss due to an activation of proteolysis and decreased protein synthesis; the latter is also involved in the recovery of muscle mass. The aim of the present work was to explore the evolution of muscle mass and protein metabolism during immobilization and recovery and assess the effect of a nutritional strategy for counteracting muscle loss and facilitating recovery. Adult rats (6-8 months) were subjected to unilateral hindlimb casting for 8 days (10-18) and then permitted to recover for 10 to 40 days (R10-R40). They were fed a Control or Experimental diet supplemented with antioxidants/polyphenols (AOX) (10 to 18), AOX and leucine (AOX + LEU) (18 to R15) and LEU alone (R15 to R40). Muscle mass, absolute protein synthesis rate and proteasome activities were measured in gastrocnemius muscle in casted and non-casted legs in post prandial (PP) and post absorptive (PA) states at each time point. Immobilized gastrocnemius protein content was similarly reduced (-37%) in both diets compared to the non-casted leg. Muscle mass recovery was accelerated by the AOX and LEU supplementation (+6% AOX+LEU vs. Control, P<0.05 at R40) due to a higher protein synthesis both in PA and PP states (+23% and 31% respectively, Experimental vs. Control diets, P<0.05, R40) without difference in trypsin-and chymotrypsin-like activities between diets. Thus, this nutritional supplementation accelerated the recovery of muscle mass via a stimulation of protein synthesis throughout the entire day (in the PP and PA states) and could be a promising strategy to be tested during recovery from bed rest in humans

En situation de catabolisme musculaire, les protéines de lactosérum permettent bien de restaurer un anabolisme musculaire post prandial mais d’une durée très transitoire probablement insuffisante pour limiter la fonte musculaire

En situation de catabolisme musculaire, les protéines de lactosérum permettent bien de restaurer un anabolisme musculaire post prandial mais d’une durée très transitoire probablement insuffisante pour limiter la fonte musculair

Nutrimetabolomics: An Integrative Action for Metabolomic Analyses in Human Nutritional Studies

The life sciences are currently being transformed by an unprecedented wave of developments in molecular analysis, which include important advances in instrumental analysis as well as biocomputing. In light of the central role played by metabolism in nutrition, metabolomics is rapidly being established as a key analytical tool in human nutritional studies. Consequently, an increasing number of nutritionists integrate metabolomics into their study designs. Within this dynamic landscape, the potential of nutritional metabolomics (nutrimetabolomics) to be translated into a science, which can impact on health policies, still needs to be realized. A key element to reach this goal is the ability of the research community to join, to collectively make the best use of the potential offered by nutritional metabolomics. This article, therefore, provides a methodological description of nutritional metabolomics that reflects on the state‐of‐the‐art techniques used in the laboratories of the Food Biomarker Alliance (funded by the European Joint Programming Initiative "A Healthy Diet for a Healthy Life" (JPI HDHL)) as well as points of reflections to harmonize this field. It is not intended to be exhaustive but rather to present a pragmatic guidance on metabolomic methodologies, providing readers with useful "tips and tricks" along the analytical workflow

Functional genome reorganization and reprogramming in early mouse embryos

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En situation de catabolisme musculaire, les protéines de lactosérum ne permettent de contrecarrer, que transitoirement, la résistance anabolique

L’atrophie musculaire est la conséquence d’un déséquilibre du métabolisme des protéines musculaires. La plupart des états cataboliques sont caractérisés par une résistance du métabolisme protéique à l'insuline et aux acides aminés. Il en résulte une inefficacité de la prise alimentaire pour générer une balance azotée positive pendant la période post-prandiale. Dans de telles situations, les protéines à digestion rapide et riches en leucine (i.e Lactosérum (LAC)) ont été montrées pour être plus efficaces que la caséine pour optimiser la stimulation de la protéosynthèse musculaire (PS). Cependant et paradoxalement, la masse musculaire est rarement préservée par des supplémentations en LAC. Notre hypothèse est que cette stimulation ne se produit que pendant une courte période de temps à l'état nourri mais qui reste insuffisante pour se traduire par une augmentation significative de la masse musculaire au long terme. Pour valider et vérifier cette hypothèse, une mesure cinétique de la PS et de la protéolyse (PRO) au niveau musculaire est nécessaire pendant toute la période post prandiale. Matériels et Méthodes. Miniporcs ont été cathétérisés à la fois dans l'artère et la veine fémorales et infusés avec de la 13C Phe afin d'évaluer, toutes les 30 min, la PS et PRO musculaires dans la patte arrière par la méthode de différence artério-veineuse en acides aminés et en traceur. Les animaux sont étudiés avant et après la prise du repas. L'état catabolique a été induit par un traitement aux glucocorticoïdes (déxamethasone (DEX) pendant 8j) et l’effet de 2 protéines, la caséine (CAS) et le LAC a été testé sur la PS et la PRO pendant 6,5h. Les différences entre groupes ont été évaluées par ANOVA en mesures répétées à 3 facteurs (type de protéines, traitement DEX , temps post prandial) et le seuil de signification à P<0.05. Résultats. Après DEX, les animaux sont, au niveau musculaire, en bilan azoté négatif en PA (contrôles vs DEX) et l’apport en protéines sous forme de CAS ne permets pas de passer en bilan azoté positif (CAS vs CAS DEX; la PRO restant supérieure à la PS). Avec le régime LAC, les animaux traités sont en mesure de générer une balance azotée musculaire positive pendant les 120 premières min (PS:+40% et PRO: -20% ; P<0.05)) mais qui disparait par la suite jusqu’à la fin de la période post-prandiale. Les glucocorticoïdes sont associés à une résistance à l'insuline (augmentation de l'insuline/glycémie sous CAS). Nourris avec du LAC, les animaux présentent toujours une hyperinsulinémie (LAC vs LAC DEX) mais la glycémie postprandiale est normalisée. Conclusions. Le LAC a bien été plus efficace pour générer un bilan azoté musculaire positif dans cet état catabolique mais celui-ci a été de courte durée ce qui conforte notre hypothèse sur son efficacité sur la perte de masse musculaire. Les stratégies nutritionnelles doivent donc être optimisées pour augmenter la durée de l'efficacité du LAC dans les états cataboliques. En revanche, le LAC en soit est intéressant pour contrôler l'hyperglycémie prandiale dans les situations cataboliques où une résistance à l’insuline du métabolisme du glucose est souvent associée

Cumulative 3-nitrotyrosine in specific muscle proteins is associated with muscle loss during aging

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A leucine supplementation after an immobilization-induced atrophy in old rats enhanced protein anabolism but failed in muscle mass recovery

By contrast to adult, we have shown (Magne et al. 2011) that immobilization during ageing generated muscle atrophy which is not recovered. This is not due to a sustained muscle proteolysis since it was rapidly normalized. This study was undertaken to assess if an alteration of muscle protein synthesis during the immobilization and the recovery periods was involved and if a leucine supplementation may improve muscle mass following immobilization. 23-month-old rats were immobilized for 8 days (I8) and allowed to recover during 40 days. Half of the rats received a control diet whereas the other half were fed the same diet supplemented with 4.5% leucine after cast removal. Muscle proteasome-dependent proteolytic activities, FOXO3a-phosphorylation were assessed in gastrocnemius. Protein synthesis and protein S6 phosphorylation were measured at both the postabsorptive (PA) and post prandial (PP) states At I8, immobilized-muscles were atrophied by 21% that was explained by an increased proteasome activities (+20 to +80%) but also by a large decreased in protein synthesis at PP (-30%). During recovery, proteolysis and protein synthesis were normalized. With the leucine-diet, proteolysis was normalized earlier and protein synthesis was 30% higher in PP than in controls. These observations were correlated with an increased phospho-FOXO3a/FOXO3a ratio (+80%) and a sustained increase of phospho-S6 amount (+30%) However, despite this improvement of muscle anabolism, leucine failed to improve muscle mass recovery. After immobilization, leucine supplementation, despite its beneficial effect on muscle protein anabolism failed in muscle mass recovery. This discrepancy needs to be further studied

Dietary supplementation with cysteine prevents adverse metabolic outcomes of repeated cures with paracetamol in old rats.

Cysteine (Cys), a conditionally indispensable amino acid, is required for the detoxification of paracetamol (acetaminophen, N-acetyl-para-aminophenol, 4-hydroxy-acetanilide, APAP), a drug of widespread use in older persons. We recently reported that repeated APAP cures could worsen sarcopenia in old rats, likely to be due to the impairment of Cys/GSH homoeostasis. The aim of the study was to evaluate whether a dietary Cys supplementation during APAP cures could improve Cys/GSH homoeostasis and thus preserve skeletal muscle. Male 21·5-month-old Wistar rats received three 2-week-long cures of APAP (1 % of diet) alone or with extra Cys (0·5 % of diet), intercalated with washout periods of 2 weeks (APAP and APAP-Cys groups, respectively). They were compared with untreated control rats (CT group). CT and APAP-Cys groups were pair-fed to the APAP group. Dietary Cys supplementation was efficient to prevent increase in liver mass (P<0·0001), decrease in liver GSH (P<0·0001), increase in blood GSH concentration (P<0·0001), and to some extent, decrease in plasma free Cys concentration (P<0·05), all induced by repeated APAP cures. The addition of Cys to APAP cures decreased plasma alanine transaminase (P<0·05), the fractional synthesis rate of liver proteins (P<0·01), and increased masses of extensor digitorum longus (P<0·01), and soleus (P<0·05), compared with the APAP group. Cys supplementation prevented alteration in Cys/GSH homoeostasis and increased some muscle masses in old rats under repeated cures with a non-toxic dose of APAP

Une supplémentation en cystéine permet de prévenir la perte de masse musculaire induite par des cures répétées de paracétamol chez le rat âgé

International audienceIntroduction et but de l’étude Le vieillissement est caractérisé, entre autre, par une fonte musculaire pouvant conduire au syndrome de fragilité et s’accompagne également d’une augmentation de la prise de médicaments, reconnue comme un facteur de fragilité. En effet, le paracétamol (P) est fréquemment prescrit de façon répétitive chez les personnes âgées. La détoxification hépatique du P s’effectue par conjugaison au glucuronide, sulfate ou glutathion (GSH) donc par une utilisation irréversible de cystéine (Cys). En effet, la Cys étant le précurseur du sulfate et du GSH, la détoxification du P pourrait réduire sa biodisponibilité pour la synthèse des protéines et du GSH, conduisant à la perte de masse musculaire. Nos travaux précédents ont en effet montré une perte de masse musculaire induite par le P associée à une baisse du GSH tissulaire et plasmatique. Le but de cette étude était d’étudier la capacité d’une supplémentation en Cys à prévenir les effets délétères du P chez l’âgé. Matériel et méthodes Trente-six rats mâles Wistar âgés de 22 mois ont reçu 3 cures de P de 2 semaines espacées de 2 semaines sans P (lot TP). Le P a été ajouté à hauteur de 1 % dans un régime à 16 % de protéines, cette dose est équivalente aux 4 g/j autorisés chez l’homme. Le lot TP-Cys (n = 36) a suivi le même protocole sauf que le régime supplémenté en P a aussi été supplémenté avec 0,5 % de Cys. Cette supplémentation en Cys permet de couvrir le besoin généré par la détoxification du P que nous avons estimé dans notre étude précédente (1). Un lot témoin (PF, n = 35) a reçu le régime à 16 % de protéines sans P durant tout le protocole. Comme le P peut induire une réduction de la prise alimentaire, les lots TP-Cys et PF ont été placés en pair feeding du lot TP. Les régimes étaient isoazotés du régime contenant de la Cys par supplémentation en alanine. Les résultats ont été analysés par ANOVA suivie du test PLSD de Fisher. Résultats et Analyse statistique Le P a généré une perte de 12 % du poids de l’Extensor Digitorum Longus (EDL) et de 11 % du Soleus, sans modification des autres muscles étudiés, mais une augmentation du poids du foie de 13 %. La synthèse protéique hépatique (ASR) a eu tendance à augmenter de 18 % avec le P et le GSH hépatique a été diminué de 14 %. La concentration plasmatique en Cys+cystine a été diminuée de 10 % avec le P et le GSH sanguin augmenté de 67 %. La supplémentation en Cys a permis de prévenir tout ou partie des effets induits par le P (Tableau) et notamment la fonte musculaire. En effet, les paramètres du lot TP-Cys n’ont pas été significativement différents de ceux du PF sauf pour le GSH sanguin qui reste plus élevé de 8 % et le GSH hépatique qui est même augmenté de 13 % au-delà du PF. Conclusion L’ensemble de ces résultats montre qu’une supplémentation en Cys à hauteur de la perte générée par la détoxification du P permet de prévenir la perte de masse musculaire ainsi que la baisse du GSH hépatique et de la Cys+cystine circulantes chez le rat âgé. L’ensemble de ces observations doit encore être validé au cours de traitements récurrents chez l’homme