Egzersizle indüklenen HSP72'nin glukokortikoid kaynaklı iskelet kası atrofisinin önlenmesindeki rolü
The role of exercise induced HSP72 on preventing glucocorticoid induced skeletal muscle atrophy
Yazar: BERKAY ÖZERKLİĞ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ŞENAY AKIN
Hacettepe Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Spor Bilimleri ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı / Egzersiz Fizyolojisi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Fizyoloji = Physiology ; Spor = Sports
Dizin: Adrenal korteks hormonları = Adrenal cortex hormones ; Egzersiz = Exercise ; Fizyoloji = Physiology ; Glükokortikoidler = Glucocorticoids ; Kas atrofisi = Muscular atrophy ; Kas atrofisi-spinal = Muscular atrophy-spinal ; Kas-iskelet sistemi = Musculoskelatal system ; Kaslar = Muscles

Özet:
Fizyolojik ve patolojik bir çok koşul ya da hastalıkların tedavisi için kulanılan ilaçlar iskelet kası atrofisine neden olur. Glukokortikoidler immünosupresif ve antiinflamatuar özellikleri nedeniyle çok sayıda hastalığın tedavisinde eksojen olarak yaygın bir biçimde kullanılmakta olup, ilaç kaynaklı kas atrofisinin birincil nedenidir.  Kas protein sentezinin azalması ve protein yıkımının artması iskelet kası atrofisi ile sonuçlanırken, glukokortikoid kaynaklı atrofide temel mekanizmanın protein yıkımındaki artış olduğu bildirilmiştir. Egzersizin iskelet kası atrofisinin önlenmesinde bilinen en etkili yöntem olduğu ve glukokortikoid kaynaklı kas atrofisini engellediği veya azalttığı bilinmektedir. Aerobik egzersizlere bağlı olarak hücrede ortaya çıkan değişikliklerden biri sıcaklık artışıdır. Vücut sıcaklığını bir kaç derece artıran bir sıcak stresi, hücrede sıcak şoku proteinleri adı verilen bir grup proteini hızla indükler ve özellikle artan Hsp72 hücresel homeostazın korunmasında kritik rol oynar. Egzersizin artan kontraktilite ve metabolik aktiviteye bağlı olarak çok farklı hücre içi sinyal yolağını uyardığı bilinmesine karşın, glukokortikoid kaynaklı kas atrofisini hangi hücresel ve moleküler mekanizmalarla önlediği aydınlatılabilmiş değildir. Bu çalışma egzersizin glukokortikoid kaynaklı kas atrofisini önlenmesine ilişkin etkisini Hsp72 üzerinden gerçekleştirdiği hipotezini test etmek amacı ile planlanmıştır. Çalışmada 3-4 aylık dişi Sprague Dawley sıçan; kontrol (K), deksametazon (D), normal egzersiz (NE), normal egzersiz ve deksametazon (NED), soğuk egzersiz (SE) ve soğuk egzersiz ve deksametazon gruplarına (SED) (n=8/grup) ayrılmıştır. Egzersiz gruplarındaki sıçanlara 5. günden itibaren kademeli olarak 30m/dk hız ve 60 dk/gün süreye ulaşacak şekilde 10 günlük koşu egzersizi yaptırılmıştır. D, SED ve NED gruplarına 6-10. günlerde 1mg/kg/gün dozda 5 gün süreyle subkutan deksametazon enjeksiyonu yapılmıştır. Plantaris kasında atrofi kas ağırlığının başlangıç vücut ağırlığına bölünmesi ile belirlenmiş ve Hsp72, p-Akt, Akt ve p-FoxO3 düzeyleri Western Blot yöntemi ile belirlenmiştir. Grupların plantaris kas ağırlıkları karşılaştırıldığında D grubu K grubuna göre anlamlı olarak azalmıştır (p<0,05), diğer taraftan SED ve NED gruplarının kas ağırlıkları D grubuna göre daha fazlayken (p<0,05) yalnızca NED grubu K grubundan farklı değildir (p>0,05). NE ve NED gruplarının Hsp72 düzeyleri K grubuna göre artmıştır (p<0,05). K grubu ile karşılaştırıldığında D, SED ve NED gruplarının p-Akt düzeyleri azalırken (p<0,05) NED grubu p-Akt düzeyleri hem D hemde SED grubundan yüksektir (p<0,05). Ayrıca, grupların p-FoxO3 düzeyleri karşılaştırıldığında yalnızca NED grubunun D grubundan yüksek olduğu görülmüştür (p<0,05). Sonuç olarak, deksametazon kaynaklı iskelet kası atrofisinden normal sıcaklıktaki ortamda egzersiz yaptırılan sıçanların plantaris kasları, soğuk ortamda egzersiz yapan sıçanlara göre K grubuna kıyasla daha fazla korunmuştur (SED-K; p<0,05 ve NED-K; p>0,05) ve bu bize egzersizin glukokortikoid atrofisinden korumasındaki rolünü kısmen de olsa Hsp72 üzerinden oynadığını göstermiştir.

Anahtar Kelimeler: Egzersiz, iskelat kas atrofisi, sinyal iletimi, Hsp72, Akt

Abstract:
Many physiological and pathological conditions or drugs used for the treatment of diseases cause skeletal muscle atrophy. Glucocorticoids are widely used exogenously in treating many diseases due to their immunosuppressive and anti-inflammatory properties and are the primary cause of drug-induced muscle atrophy. It is very well known that exercise prevents skeletal muscle atrophy, and glucocorticoid-induced muscle atrophy is not an exception. One of the changes that occur in the organism due to aerobic exercises is the elevation of body temperature. It has been known that the body temperature increases a few degrees rapidly as a consequence of heat stress and induces a group of proteins in the cell called heat shock proteins. Notably, the increase in Hsp72 plays a critical role in maintaining cellular homeostasis and preventing skeletal muscle atrophy. Therefore, exercise plays a crucial role in various intracellular signaling pathways due to increased contraction and metabolic activity. However, it is remarkably essential to investigate the mechanisms in muscle cells activated by exercise and protect skeletal muscle from glucocorticoid-induced muscle atrophy.This study was designed to elucidate whether exercise protects against glucocorticoid-induced skeletal muscle atrophy in an Hsp72 dependent manner. To this end, 3-4 month female Sprague Dawley rats were divided in to following study groups: control (C), dexamethasone (D), warm exercise (WE), warm exercise and dexamethasone (WED), cold exercise (CE), and cold exercise and dexamethasone (CED) (n = 8). The rats in the exercise groups were given a 10-day running exercise gradually increasing the speed and duration of 30m/min 60min/day from the 5th day. Dexamethasone was injected subcutaneously at a dose of 1mg /kg /day for 5 days to D, CED, and NED groups. Skeletal muscle atrophy muscle was determined by dividing plantaris weight by the initial body weight, and the levels of Hsp72, p-Akt, Akt, and p-FoxO3 were determined by Western Blot. D groups plantaris muscle weight decreased significantly compared to the C group (p <0.05), while the muscle weights of the CED, and WED groups were higher than the D group (p <0.05), while only the WED group was not different from the K group (p > 0.05). Hsp72 levels of the WE and WED groups were significantly increased compared to the C group (p <0.05). Compared with the C group, the p-Akt levels of the D, CED and WED groups decreased significantly, while the p-Akt levels of the WED group were significantly higher than both the D and CED groups (p <0.05). Finally, when the p-FoxO3 levels of the groups were compared, it was seen that only the WED group was significantly higher than the D group (p <0.05). As a result, both exercising groups with dexamethasone injection (CED and WED) attenuated plantaris muscle atrophy (p<0,05). On the other hand, while there was no significant difference between control and WED groups (p>0,05), plantaris muscle weight of group CED was significantly lower than control (p<0,05). These results indicate that elevated body temperature plays a role in preventing glucocorticoid-induced skeletal muscle atrophy through the expression of Hsp72 during exercise.