Функциональная разгрузка скелетных мышц приводит к развитию атрофических процессов и снижению общего числа сателлитных клеток, осуществляющих регенерацию этих мышц. В исследованиях in vitro было выявлено усиление дифференцировки миобластов камбаловидной мышцы на фоне снижения активности АМФ-активируемой протеинкиназы (АМРК) после действия функциональной разгрузки. АМРК необходима для активации сателлитных клеток, участвует в регуляции процессов пролиферации и дифференцировки. Можно предположить, что снижение активности АМРК после действия механической разгрузки способствует усилению/ускорению дифференцировки миобластов и усиленному формированию миотуб. Основная цель данного исследования состояла в изучении участия АМРК в регуляции процессов дифференцировки миобластов камбаловидной мышцы, подвергшихся действию гравитационной разгрузки.

Для проверки этой гипотезы применили специфический активатор АМРК – AICAR для предотвращения снижения фосфорилирования АМРК при дифференцировке миобластов in vitro, выделенных из камбаловидных мышц крыс подвергшихся 7-суточному воздействию функциональной разгрузки. С помощью метода ПЦР в реальном времени оценивали уровень экспрессии МРФ, факторов слияния миобластов и экспрессию различных изоформ ТЦМ. При помощи методов иммуноцитохимии определяли индекс дифференцировки миотуб. Уровень активности АМРК измерялся вестерн блоттингом.

В дифференцирующихся миобластах, полученных из m.Soleus после 7 суточного вывешивания, наблюдается снижение содержания фосфо-АМРК, фосфо-АСС и фосфо-rpS6 по сравнению с контрольными миобластами, при инкубации таких миобластов с AICAR содержание этих белков не отличается от уровня контрольной группы. Применение AICAR при дифференцировке миобластов камбаловидной мышцы после действия функциональной разгрузки предотвращает усиление экспрессии мРНК MyoD, Miogenin, Mymx и быстрых изоформ ТЦМ IIb и IIdx, способствует поддержанию экспрессии мРНК медленных изоформ ТЦМ I и IIа. В дифференцирующиеся миобластах полученных из m.Soleus после 7 суточного вывешивания наблюдается увеличенный индекс дифференцировки миотуб, при действии AICAR на такие миобласты уровень дифференцировки миотуб возвращается к значениям контрольной группы.

Таким образом, аномально ускоренная дифференцировка миобластов, выделенных из атрофированной камбаловидной мышцы крысы компенсируется поддержанием контрольного уровня активности AMPK с помощью AICAR. При этом нормализуется повышенная экспрессия МРФ, факторов слияния миобластов, а также ряда изоформ тяжёлых цепей миозина. Работа выполнена при поддержке гранта РНФ 20-75-10080.

Functional unloading of skeletal muscles leads to the development of atrophic processes and a decrease in the total number of satellite cells that regenerate these muscles. Under mechanical unloading conditions was observed acceleration of rat soleus myoblasts differentiation and a decrease in the activity of AMP-activated protein kinase (AMPK). It can be assumed that a decrease in AMPK activity contributes to the acceleration of myoblast differentiation and enhanced formation of myotubes after mechanical unloading. The main goal of the study was to estimate the involvement of AMPK in the regulation of differentiation in myoblasts derived from atrophied rat soleus muscle.

To test this hypothesis, a specific AMPK activator, AICAR, was used to prevent a decrease in AMPK phosphorylation during differentiation of myoblasts isolated from rat soleus after a 7-day functional unloading. Real-time PCR was used to evaluate the level of expression of MRF, myoblast fusion factors, and the expression of various MyHC isoforms. Using immunocytochemistry methods, the myotube differentiation index was determined. The level of AMPK activity was measured by Western blotting.

In differentiating myoblasts derived from the atrophied rat soleus, there was a decrease in the content of phospho-AMPK, phospho-ACC and phospho-rpS6 compared to control myoblasts; when such myoblasts are incubated with AICAR, the content of these proteins does not differ from the level of the control group. The use of AICAR at differentiation of the myoblasts isolated from the soleus after functional unloading prevents an increase in the expression of mRNA of MyoD, Miogenin, Mymx and fast isoforms of MyHC IIb and IIdx, and promotes to maintain the mRNA expression of slow myosin isoformsMyHC I and IIa. In differentiating myoblasts obtained from rat soleus, after 7 days of mechanical unloading, an increased index of myotube differentiation is observed; under AICAR treatment on the myoblasts, the level of myotube differentiation returns to the values of the control group.

Thus, the accelerated differentiation of myoblasts isolated from atrophied rat soleus muscle is compensated by maintaining a control level of AMPK activity using AICAR. At the same time, increased expression of MRF, myoblast fusion factors, and MyHC isoforms is normalized. The work is supported by the Russian Science Foundation grant 20-75-10080.