scholarly journals Human Skeletal Muscle Disuse Atrophy: Effects on Muscle Protein Synthesis, Breakdown, and Insulin Resistance—A Qualitative Review

2016 ◽  
Vol 7 ◽  
Author(s):  
Supreeth S. Rudrappa ◽  
Daniel J. Wilkinson ◽  
Paul L. Greenhaff ◽  
Kenneth Smith ◽  
Iskandar Idris ◽  
...  
Keyword(s):  
Insulin Resistance ◽  
Skeletal Muscle ◽  
Protein Synthesis ◽  
Human Skeletal Muscle ◽  
Muscle Protein ◽  
Muscle Protein Synthesis ◽  
Disuse Atrophy ◽  
Qualitative Review ◽  
Muscle Disuse

Modulation of muscle protein synthesis by insulin is maintained during neonatal endotoxemia

2006 ◽  
Vol 291 (1) ◽  
pp. E159-E166 ◽  
Author(s):  
Renan A. Orellana ◽  
Pamela M. J. O'Connor ◽  
Jill A. Bush ◽  
Agus Suryawan ◽  
M. Carole Thivierge ◽  
...  
Keyword(s):  
Insulin Resistance ◽  
Skeletal Muscle ◽  
Amino Acids ◽  
Protein Synthesis ◽  
Gastrocnemius Muscle ◽  
Muscle Protein ◽  
Muscle Protein Synthesis ◽  
Liver Protein ◽  
Fasting Insulin ◽  
Neonatal Pigs

Sepsis promotes insulin resistance and reduces protein synthesis in skeletal muscle of adults. The effect of sepsis on insulin-stimulated muscle protein synthesis has not been determined in neonates, a highly anabolic population that is uniquely sensitive to insulin. Overnight fasted neonatal pigs were infused for 8 h with endotoxin [lipopolysaccharide (LPS), 0 and 10 μg·kg−1·h−1]. Glucose and amino acids were maintained at fasting levels, insulin was clamped at either fasting or fed (2 or 10 μU/ml) levels, and fractional protein synthesis rates were determined at the end of the infusion. LPS infusion induced a septic-like state, as indicated by a sustained elevation in body temperature, heart rate, and cortisol. At fasting insulin levels, LPS reduced fractional protein synthesis rates in gastrocnemius muscle (−26%) but had no effect on the masseter and heart. By contrast, LPS stimulated liver protein synthesis (+28%). Increasing insulin to fed levels accelerated protein synthesis rates in gastrocnemius (controls by +38%, LPS by +60%), masseter (controls by +50%, LPS by +43%), heart (controls by +34%, LPS by +40%), and diaphragm (controls by +54%, LPS by +29%), and the response to insulin was similar in LPS and controls. Insulin did not alter protein synthesis in liver, kidney, or jejunum in either group. These findings suggest that acute endotoxemia lowers basal fasting muscle protein synthesis in neonates but does not alter the response of protein synthesis to insulin.

scholarly journals Effect of inflammation on muscle protein synthesis and breakdown in the aged human skeletal muscle

2018 ◽  
Author(s):  
Δημήτριος Δραγανίδης
Keyword(s):  
Skeletal Muscle ◽  
Protein Synthesis ◽  
Human Skeletal Muscle ◽  
Muscle Protein ◽  
Muscle Protein Synthesis ◽  
Hs Crp

Εισαγωγή: Η ανάπτυξη χρόνιας συστημικής φλεγμονής σε άτομα τρίτης ηλικίας (inflammaging), έχει δειχθεί ότι αυξάνει το κίνδυνο εμφάνισης χρόνιων ασθενειών και γηριατρικών συνδρόμων, ενώ έχει συσχετιστεί και με ταχύτερη απώλεια μυϊκής μάζας, δύναμης και λειτουργικής ικανότητας.Σκοπός: Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν α) να εξετάσει εάν η διέγερση του αναβολικού σηματοδοτικού μονοπατιού, η ενεργοποίηση των μεταφορέων αμινοξέων, η ριβοσωμική βιογένεση και η ενεργότητα του πρωτεασώματος στο σκελετικό μυ ηλικιωμένων ατόμων επηρεάζονται από τη χρόνια συστημική φλεγμονή σε κατάσταση νηστείας καθώς και μετά από συνδυασμό άσκησης και κατανάλωσης πρωτεΐνης, και β) να διερευνήσει τις πιθανές διαφορές στα επίπεδα φυσικής δραστηριότητας, στη διατροφική πρόσληψη, στη φυσική απόδοση καθώς και σε δείκτες οξειδωτικού στρες και αντιοξειδωτικής ικανότητας, μεταξύ ηλικιωμένων ανδρών με χαμηλή και υψηλή χρόνια συστημική φλεγμονή.Μεθοδολογία: 44 άνδρες εθελοντές ηλικίας 63-75 ετών οι οποίοι πληρούσαν τα κριτήρια συμμετοχής, συμπεριλήφθηκαν στη μελέτη. Αρχικά, υποβλήθηκαν σε αιμοληψία για τον προσδιορισμό των επιπέδων hs-CRP στην κυκλοφορία και στη συνέχεια υποβλήθηκαν σε αξιολόγηση του σωματικού ύψους και βάρους, της σύστασης σώματος, του επιπέδου σαρκοπενίας και της φυσικής απόδοσης. Επιπλέον αξιολογήθηκαν η φυσική δραστηριότητα και η διατροφική πρόσληψη για 7 συνεχόμενες ημέρες με χρήση επιταχυνσιομέτρων και διατροφικών ημερολογίων, αντίστοιχα. Από τους 44 συμμετέχοντες, 12 με υψηλή χρόνια συστημική φλεγμονή (υψηλή ΧΣΦ: hs-CRP: > 1.0 mg/L) και 12 με χαμηλή (χαμηλή ΧΣΦ: hs-CRP: ≤ 1.0 mg/L) έλαβαν μέρος στην κλινική δοκιμασία. Την ημέρα της κλινικής δοκιμασίας, οι συμμετέχοντες εκτέλεσαν 8 σετ των 10 επαναλήψεων στο 70% της 1ΜΕ στο μηχάνημα εκτάσεις γονάτων και αμέσως μετά κατανάλωναν συμπλήρωμα πρωτεΐνης ορού γάλακτος, σε μία δόση. Δείγματα μυός (μυϊκές βιοψίες) συλλέχθηκαν πριν την άσκηση (σε κατάσταση νηστείας) καθώς και στις 3 ώρες μετά τη λήψη του συμπληρώματος πρωτεΐνης. Αιμοληψίες πραγματοποιήθηκαν πριν την άσκηση και κάθε 30 λεπτά για 3 ώρες μετά την κατανάλωση του συμπληρώματος πρωτεΐνης.Αποτελέσματα: Στην κατάσταση νηστείας , η ομάδα υψηλής ΧΣΦ παρουσίασε υψηλότερη ενεργότητα χυμοθρυψίνης, μεγαλύτερη συγκέντρωση πρωτεϊνικών καρβονυλίων και μεγαλύτερη ποσότητα φωσφορυλιωμένης κινάσης ΙΚΚα/β, κατά 40%, 47% και 37%, αντίστοιχα, σε σύγκριση με την ομάδα χαμηλής ΧΣΦ (P < 0.05). Δεν παρατηρήθηκαν διαφορές μεταξύ των δύο ομάδων όσον αφορά την ενεργότητα τρυψίνης, την έκφραση των β υπομονάδων του πρωτεασώματος και του ανοσοπρωτεασώματος, τα επίπεδα του Nrf2 στον πυρήνα καθώς και τα επίπεδα 3-νιτροτυροσίνης. Επίσης, σημαντική συσχέτιση εντοπίστηκε μεταξύ των επιπέδων hs-CRP και της ενεργότητας χυμοθρυψίνης (P < 0.05) σε κατάσταση νηστείας. Στις 3 ώρες μετά την κατανάλωση του συμπληρώματος πρωτεΐνης, η ενεργότητα χυμοθρυψίνης αυξήθηκε σημαντικά και στις δυο ομάδες (υψηλή ΧΣΦ: +44%, χαμηλή ΧΣΦ: +86%, P < 0.05), χωρίς να διαφέρουν μεταξύ τους, ενώ η ενεργότητα της τρυψίνης αυξήθηκε μόνο στην ομάδα χαμηλής ΧΣΦ κατά 38% (P < 0.05). Η συγκέντρωση πρωτεϊνικών καρβονυλίων μειώθηκε κατά 31% στην ομάδα υψηλής ΧΣΦ (P < 0.05), ενώ τα επίπεδα του Nrf2 αυξήθηκαν σημαντικά μόνο την ομάδα χαμηλής ΧΣΦ (+28%, P < 0.05). Η έκφραση των β υπομονάδων του πρωτεασώματος και των αντίστοιχων βi του ανοσοπρωτεασώματος καθώς και τα επίπεδα 3-νιτροτυροσίνης και φωσφορυλιωμένης κινάσης ΙΚΚα/β παρέμειναν αμετάβλητα μετά την κατανάλωση της πρωτεΐνης. Επιπλέον, η φωσφορυλίωση της ριβοσωμικής πρωτεΐνης rpS6 αυξήθηκε σημαντικά στις 3 ώρες μετά τη λήψη του συμπληρώματος πρωτεΐνης μόνο στην ομάδα χαμηλής ΧΣΦ (+ 1.5 φορά, P < 0.05) και τα επίπεδά της διέφεραν σημαντικά από εκείνα της ομάδας υψηλής ΧΣΦ (P < 0.05). Η έκφραση των μεταφορέων αμινοξέων αλλά και η ενεργοποίηση δεικτών ριβοσωμικής βιογένεσης δεν παρουσίασαν σημαντικές μεταβολές σε καμία απ’ τις δυο ομάδες. Οι δυο ομάδες ωστόσο, διέφεραν σημαντικά μεταξύ τους όσον αφορά τα επίπεδα φυσικής δραστηριότητας, με την ομάδα χαμηλής ΧΣΦ να εκτελεί περισσότερα βήματα (+ 30%, P < 0.05) και να δαπανά περισσότερο χρόνο σε μέτρια-προς-υψηλής έντασης δραστηριότητες (+ 42%, P < 0.05) σε σύγκριση με την ομάδα υψηλής ΧΣΦ. Επίσης, η ομάδα χαμηλής ΧΣΦ παρουσίασε υψηλότερη πρόσληψη αντιοξειδωτικών βιταμινών σε σχέση με την ομάδα υψηλής ΧΣΦ (P < 0.05)η οποία συνοδευόταν και από υψηλότερη αντιοξειδωτική ικανότητα στο πλάσμα (+ 60%, P < 0.05). Συμπεράσματα: Τα αποτελέσματα της παρούσας διατριβής υποδεικνύουν ότι τα ηλικιωμένα άτομα με υψηλή ΧΣΦ χαρακτηρίζονται από αυξημένα επίπεδα οξειδωμένων πρωτεϊνών και αυξημένη ενεργοποίηση του πρωτεολυτικού μηχανισμού του πρωτεασώματος στο μυ, σε κατάσταση νηστείας, καθώς επίσης και από μειωμένη μεταφραστική δραστηριότητα στο ριβόσωμα, στη μεταγευματική περίοδο. Επιπλέον, μεγαλύτερα επίπεδα φυσικής δραστηριότητας σε ημερήσια βάση και μεγαλύτερη πρόσληψη αντιοξειδωτικών βιταμινών μέσω της διατροφής φαίνεται ότι διαφοροποιούν τα άτομα με χαμηλή και υψηλή ΧΣΦ, και επομένως θα πρέπει θεωρούνται καθοριστικοί παράγοντες για την υγεία στα άτομα τρίτης ηλικίας, οι οποίοι μπορούν να επιδράσουν ανασταλτικά στην εκδήλωση ΧΣΦ.

scholarly journals Nutritional and contractile regulation of human skeletal muscle protein synthesis and mTORC1 signaling

2009 ◽  
Vol 106 (4) ◽  
pp. 1374-1384 ◽  
Author(s):  
Micah J. Drummond ◽  
Hans C. Dreyer ◽  
Christopher S. Fry ◽  
Erin L. Glynn ◽  
Blake B. Rasmussen
Keyword(s):  
Skeletal Muscle ◽  
Amino Acids ◽  
Protein Synthesis ◽  
Resistance Exercise ◽  
Human Skeletal Muscle ◽  
Muscle Protein ◽  
Muscle Protein Synthesis ◽  
Essential Amino Acids ◽  
Skeletal Muscle Protein ◽  
Mtorc1 Signaling

In this review we discuss current findings in the human skeletal muscle literature describing the acute influence of nutrients (leucine-enriched essential amino acids in particular) and resistance exercise on muscle protein synthesis and mammalian target of rapamycin complex 1 (mTORC1) signaling. We show that essential amino acids and an acute bout of resistance exercise independently stimulate human skeletal muscle protein synthesis. It also appears that ingestion of essential amino acids following resistance exercise leads to an even larger increase in the rate of muscle protein synthesis compared with the independent effects of nutrients or muscle contraction. Until recently the cellular mechanisms responsible for controlling the rate of muscle protein synthesis in humans were unknown. In this review, we highlight new studies in humans that have clearly shown the mTORC1 signaling pathway is playing an important regulatory role in controlling muscle protein synthesis in response to nutrients and/or muscle contraction. We propose that essential amino acid ingestion shortly following a bout of resistance exercise is beneficial in promoting skeletal muscle growth and may be useful in counteracting muscle wasting in a variety of conditions such as aging, cancer cachexia, physical inactivity, and perhaps during rehabilitation following trauma or surgery.

scholarly journals Expression of growth-related genes in young and older human skeletal muscle following an acute stimulation of protein synthesis

2009 ◽  
Vol 106 (4) ◽  
pp. 1403-1411 ◽  
Author(s):  
Micah J. Drummond ◽  
Mitsunori Miyazaki ◽  
Hans C. Dreyer ◽  
Bart Pennings ◽  
Shaheen Dhanani ◽  
...  
Keyword(s):  
Skeletal Muscle ◽  
Protein Synthesis ◽  
Resistance Exercise ◽  
Human Skeletal Muscle ◽  
Muscle Protein ◽  
Muscle Protein Synthesis ◽  
Muscle Growth ◽  
Age Groups ◽  
Essential Amino Acids ◽  
Exercise Muscle

Muscle growth is associated with an activation of the mTOR signaling pathway and satellite cell regulators. The purpose of this study was to determine whether 17 selected genes associated with mTOR/muscle protein synthesis and the satellite cells/myogenic program are differentially expressed in young and older human skeletal muscle at rest and in response to a potent anabolic stimulus [resistance exercise + essential amino acid ingestion (RE+EAA)]. Twelve male subjects (6 young, 6 old) completed a bout of heavy resistance exercise. Muscle biopsies were obtained before and at 3 and 6 h post RE+EAA. Subjects ingested leucine-enriched essential amino acids at 1 h postexercise. mRNA expression was determined using qRT-PCR. At rest, hVps34 mRNA was elevated in the older subjects ( P < 0.05) while there was a tendency for levels of myoD, myogenin, and TSC2 mRNA to be higher than young. The anabolic stimulus (RE+EAA) altered mRNAs associated with mTOR regulation. Notably, REDD2 decreased in both age groups ( P < 0.05) but the expression of Rheb mRNA increased only in the young. Finally, cMyc mRNA was elevated ( P < 0.05) in both young and old at 6 h post RE+EAA. Furthermore, RE+EAA also increased expression of several mRNAs associated with satellite function in the young ( P < 0.05), while expression of these mRNAs did not change in the old. We conclude that several anabolic genes in muscle are more responsive in young men post RE+EAA. Our data provide new insights into the regulation of genes important for transcription and translation in young and old human skeletal muscle post RE+EAA.

scholarly journals Molecular regulation of human skeletal muscle protein synthesis in response to exercise and nutrients: a compass for overcoming age-related anabolic resistance

2019 ◽  
Vol 317 (6) ◽  
pp. C1061-C1078 ◽  
Author(s):  
Nathan Hodson ◽  
Daniel W. D. West ◽  
Andrew Philp ◽  
Nicholas A. Burd ◽  
Daniel R. Moore
Keyword(s):  
Skeletal Muscle ◽  
Protein Synthesis ◽  
Muscle Mass ◽  
Human Skeletal Muscle ◽  
Molecular Mechanisms ◽  
Negative Impact ◽  
Muscle Protein ◽  
Muscle Protein Synthesis ◽  
Anabolic Resistance ◽  
Age Related

Skeletal muscle mass, a strong predictor of longevity and health in humans, is determined by the balance of two cellular processes, muscle protein synthesis (MPS) and muscle protein breakdown. MPS seems to be particularly sensitive to changes in mechanical load and/or nutritional status; therefore, much research has focused on understanding the molecular mechanisms that underpin this cellular process. Furthermore, older individuals display an attenuated MPS response to anabolic stimuli, termed anabolic resistance, which has a negative impact on muscle mass and function, as well as quality of life. Therefore, an understanding of which, if any, molecular mechanisms contribute to anabolic resistance of MPS is of vital importance in formulation of therapeutic interventions for such populations. This review summarizes the current knowledge of the mechanisms that underpin MPS, which are broadly divided into mechanistic target of rapamycin complex 1 (mTORC1)-dependent, mTORC1-independent, and ribosomal biogenesis-related, and describes the evidence that shows how they are regulated by anabolic stimuli (exercise and/or nutrition) in healthy human skeletal muscle. This review also summarizes evidence regarding which of these mechanisms may be implicated in age-related skeletal muscle anabolic resistance and provides recommendations for future avenues of research that can expand our knowledge of this area.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document