e t diploma-10
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1
Enrique Jaimovich
Instituto de Ciencias
Biomédicas,
Facultad de Medicina
Universidad de Chile
Regulación de la expresión de genes
en células musculares
Frequency of recruitment
Loa
d
inactivity
controls
strengthtrained
endurancetrained
Continuum of Physical Activity
El músculo es plástico!
El músculo se “adapta” para cumplir con el nivel de exigencia que se le impone; la exigencia está representada por el ejercicio
El nivel de actividad físicaestá determinado por elreclutamiento y la carga
El músculo se usa más con – entrenamiento de resistencia– entrenamiento de fuerza(no existe un entrenamientoque optimice ambas)
El músculo se usa menos con– reposo prolongado en cama– inmovilización de extremidades– denervación– vuelos espaciales
Mayor utilización: entrenamiento de fuerza
El aumento inicial en la fuerza parece explicado fundamen talmente porun mayor reclutamiento de fibras.
Mejoras de largo plazo se explican exclusivamente por hi pertrofia
Entrenamiento de resistencia
Poca hipertrofia pero grandes cambios bioquímicos en la adaptación.
Aumenta el número y concentración de mitocondrias y la actividad de encimas oxidativas.
Control 12-weekstreadmill running
Succinate dehy-drogenase (SDH)activity: Low activity lightHigh activity dark
Control Reposo prolongado
Falta de uso:causa atrofia -- USE IT OR LOSE IT!Atrofia individual de fibras (pérdida de miofibrillas)sin pérdida de fibras.
Efecto más pronunciado en fibras tipo II
“Completamente reversible” (en individuos jóvenes y sanos)
Actividad ATPasa
Fibras tipo I claro
Fibras tipo II oscuro
Fibra “fantasma” 3 dias post daño
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Reparacion por activacion de celulas satelites
Myology (Sanes, McGraw-Hill, 1994)
Perry and Rudnicki (2000) Frontiers in Bioscience 5:D750-67.
4 días post daño
2 semanas post daño
4 semanas post dañocon irradiación
Ratón knockout para miostatina y F66
Se-Jin Lee, PLos ONE, 2007
Histología del Músculo Esquelético – Tipos de Fibras
Tipo de fibra
Tipo I(lentas)
Tipo II(rápidas)
Rapidez de contracción
lenta
rápidarápidarápida
Tipo de metabolismo
oxidativo
oxidativooxidativo/glicolíticoglicolítico
MyHC
I
IIAIIXIIB
Resistencia a la fatiga
alta
medianamedianabaja
Nomenclatura
Type I / Slow-oxidative (SO) fibers
Type IIA / Fast-oxidative (FO) fibersType IIX / Fast-oxidative glycolytic (FOG) fibersType IIB / Fast-glycolytic (FG) fibers
Fibras lentasSlow-twitch (type I)
myofibersFalta de uso
Entrenamiento de resistencia
Envejecimiento
Plasticidad del Músculo EsqueléticoEntrenamiento de fuerza
Cambios hormonales
Fibras rápidasFast-twitch (Type II)
myofibers
Control Reposoprolongado
Falta de uso
Actividad ATPasa
Fibras tipo I claro
Fibras tipo II oscuro
Entrenamiento de resistencia
Control 12-semanascorrer en cinta
Actividadsuccinatodehidrogenasa(SDH): Claro: baja act.Oscuro: alta act
Regulación de la transcripción
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Regulatory mechanisms that control calcium-dependent c-fos transcription inneurons. At least two separate cis-acting regulatory elements are critical forcalcium-dependent c-fos transcription: the CaRE and the SRE. These elements,as well as the protein complexes that are recruited to each of these elements, areshown. The transcribed region (dark green) and the c-fos mRNA produced bythe c-fos gene (dark green) are also shown.
Favell & Greenberg, Annu. Rev. Neurosci. 2008. 31:563–90
ROS Ca2+
MAPK CaM kinase
Calcineurin
HIF-1αααα PPARαααα/d
NFAT
PGC-1αααα
Músculo Esquelético – Vías de Señalización
Oxidative
phosphorylation
& mitochondrial function
Glucose Uptake
Fiber Type Transformation
Faty Acid Uptake
& Oxidation
MEF2
? ?
A number of energy-sensing molecules have been shown to sense variations in energy homeostasis and trigger regulation of
gene expression. The AMP-activated protein kinase, hypoxia-inducible factor 1, peroxisome proliferator-activated receptors,
and Sirt1 proteins all contribute to altering skeletal muscle gene expression by sensing changes in the concentrations of
AMP, molecular oxygen, intracellular free fatty acids, and NAD(+), respectively.
Sirt1
AMPKAMP
O2 FFA
NAD+
Wang et al. PLoS Biol v.2(10); Oct 2004
Fibra de músculo esquelético
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We have used cultured myotubes as models of muscle cell
plasticity upon electrical and hormone stimulation
Upon membrane depolarization, muscle cells loaded with a
calcium sensitive dye (fluo-3), show two types of signals:
A fast calcium signal associated to contraction
A slow calcium signal, not related to contraction and with a
distinct, long lasting nuclear component
Interval between imáges: 130 ms
0 20 40 60 80 1000
20
40
60
80
100
Fluo
resc
ence
(∆∆ ∆∆
F/Fo
)
Time (s)
0 20 40 60 80 1000
20
40
60
80
100
Flu
ores
cenc
e (
∆∆ ∆∆F
/Fo)
Time (s)
0 20 40 60 80 1000
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Fluo
resc
ence
(∆∆ ∆∆F
/Fo)
Time (s)
Myotubes loaded with Fluo-3,Stimulated 45 Hz 400, 1ms pulses
Fast (e-c coupling) and slow (e-t coupling) signals
Nucleus
SR
T-tubule
Estímulo
Sensor
mRNA
TranscriptionFactor
DNA
Excitación-Transcripción
Ca2+
Nucleus
SR
T-tubulePLC
DHPR
IP3R
IP3R
Ca2+
IP3
DAGGβγβγβγβγ
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Depolarization-induced slow calcium transients incr easeIL-6 mRNA levels in skeletal muscle cells
U73122 - + - + - +
K+ (h) 0 3 4
GAPDHIL-6
A. K+ (h) 0 2 3 4
2-APB - + - + - + - +
GAPDHIL-6
0
100
200
300
400
500
IL-6
mR
NA
(%
of c
ontr
ol)
***
K+
2-APBU73122
---
-+-
+--
++-
---
--+
+--
+-+
E-T complex
PLC
PI3K
miofilamentos
Matrizextracelular
citoesqueleto