İskelet kasında tüm vücut titreşimi ve immobilizasyonun protein sentez ve yıkımında rol oynayan sinyal yolakları üzerine etkisi
The effects of whole body vibration and immobilization on signaling pathways regulating protein synthesis and degradation
Yazar: ŞENAY SULJEVİC
Danışman: PROF. DR. HAYDAR DEMİREL
Hacettepe Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Spor Bilimleri ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Fizyoloji = Physiology ; Spor = Sports
Dizin: Atrofi = Atrophy ; Kas-iskelet = Muscle-skeletal ; Kas-iskelet sistemi = Musculoskelatal system ; Titreşim = Vibration ; İmmobilizasyon = Immobilization

Özet:
İskelet kası atrofisi; immobilizasyon, denervasyon, yüksüzleştirme gibi kullanmamaya bağlı olarak veya çeşitli fizyolojik ve patolojik koşullarda ortaya çıkan kas kitle ve kuvvet kaybı ile karakterize bir durumdur. Günümüzde kas atrofisinin önlenmesi için uygun bir girişim veya tedavi yöntemi bulunmamaktadır. Bu çerçevede, son yıllarda artan sayıda çalışmanın kas kitle ve kuvvetini arttırdığı ifade ettiği tüm vücut titreşimi (TVT) dikkatleri çekmektedir. Diğer yandan TVT'nin bu etkiyi hangi mekanizmalar ile gerçekleştirdiği bilinmemektedir. Bu çalışma, iki haftalık immobilizasyon ve TVT'nin iskelet kası atrofi ve hipertrofi yolaklarında görev alan bazı sinyal molekülleri üzerine etkisini değerlendirmek amacı ile yapılmıştır. Dört aylık dişi Wistar sıçanlar kontol (K), iki haftalık immobilizasyon (İ), bir haftalık remobilizasyon (İR), bir haftalık remobilizasyon sırasında TVT (İT) ve yalnızca bir hafta TVT (T) uygulaması olmak üzere beş farklı gruba (n=6, her grup) ayrılmıştır. İmmobilizasyon, plantar fleksiyonda bilateral alçılama yoluyla, TVT ise 45Hz, 3mm genlik ve dördüncü günden itibaren 20dk süreli aralıklı olarak toplam bir hafta boyunca uygulanmıştır. Soleus kası izole edilerek; MuRF1, MAFbx, FoxO1, FoxO3a, miyostatin, Akt1, mTOR, p70S6K ve AMPK'ye ilişkin gen ekspreyonları ile MuRF1, MAFbx, p-FoxO3a, p- ve total AMPK, p-Akt ve mTOR ile Hsp72 ve Hsp25 protein miktarları belirlenmiştir. İ grubunda Soleus /vücut ağırlığı oranı K grubuna göre anlamlı olarak azalmıştır (p<0,05).  K grubu ile karşılaştırıldığında alçı gruplarında MuRF1 gen ekspresyonunda bir azalma görülürken (p<0,05), diğer genlerin mRNA düzeylerinde gruplar arasında fark bulunmamıştır (p>0,05). Diğer yandan p-FoxO3a ve p-4EBP1'in İ, İR ve İT gruplarında (p<0,05),  mTOR ve p-Akt1 ise sadece İ grubunda azalma göstermiştir (p<0,05). MAFbx ve MuRF1 düzeyleri İ grubunda K grubuna göre anlamlı olarak yüksek bulunmuştur (p<0,05). p-AMPK/AMPK oranı İ grubunda K ve İT gruplarına göre daha düşük bulunmuştur (p<0,05). Son olarak, immobilizasyon Hsp72 düzeylerinde anlamlı bir düşüşe yol açarken (p<0,05), İR grubunda bu değerler K grubuna yükselmiş, İT grubundaki yükselme ise İR grubunun gerisinde kalarak K ve İR grubundan düşük bulunmuştur (p<0,05). Hsp25 düzeylerinin ise İR ve İT gruplarında K grubunda göre arttığı görülmüştür (p<0,05).  Bu sonuçlar iki haftalık alçı uygulaması yoluyla gerçekleştirilen immobilizasyonun kas atrofisinde kilit rol oynayan sinyal molekülerinin protein düzeyinde artışlara, protein sentez yolağında rol alan moleküllerin düzeyinde ise azalmaya yol açtığını göstermiştir. Diğer yandan, moleküler etki mekanizmaları ilk kez bu çalışmayla incelenen TVT'nin uyguladığımız frekans genlik ve sürede sadece remobilizasyon döneminde yapılan uygulama ile sınırlı kalan bir etkisinin olduğu gözlenmiştir.

Abstract:
In addition to disuse such as immobilization, denervation and hindlimb suspension, some physiologic and pathologic conditions result in skeletal muscle atrophy. Although atrophy is an important clinical problem, there are no known therapeutic interventions. Recently, there is a growing interest on Whole Body Vibration (WBV) which has shown to increase muscle mass, strength and balance. The molecular mechanisms of the effect of WBV on skeletal muscle are unknown. This study was designed to elucidate the effects of immobilization, remobilization and WBT on signaling pathways involved in muscle atrophy and hypertrophy. Four months old female Wistar Albino rats randomly divided to five groups (n=6 each group):  Control (C),  two weeks of immobilization (I), immobilization followed by one week of remobilization (IR),  immobilization followed by one week of remobilization and WBV (IRV)  one week of WBV (WBV). Bilateral casting was done at plantar flexion position. One week of WBV was done at 45Hz and 3mm amplitude reaching 20min of daily duration at day 4th. Following experimental procedure, soleus muscles were isolated. Gene expressions of MuRF1, MAFbx, FoxO1, FoxO3a, myostatin, Akt1, mTOR, p70S6K and AMPK were evaluated by using RTPCR. Protein levels of MuRF1, MAFbx, p-FoxO3a, p- AMPK/AMPK ratio, p-Akt, mTOR, Hsp72 and Hsp25 were analyzed by immunoblotting.  Soleus/Body weight ratio decreased in group I compare to group C. MuRF1 gene expressions of groups of I, IR and IRV significantly lower than that of  group C (p<0.05). There were no significant differences among groups in terms of FoxO1, FoxO3a, MAFbx and myostatin gene expression (p>0.05). Protein levels of p-FoxO3a and p-4EBP1 were significantly lower in groups I, IR and IRV compare to group C (p<0.05). In addition, p-FoxO3a levels in group I was lower than that of group IRV (p<0.05) and the levels of p-4EBP1 was lower in group I compare to groups IR, IRV and WBV (p<0.05). mTOR and  p-Akt1 protein levels were lower in group I  compare to others (p<0.05). Both MAFbx and MuRF1 levels were higher in group I compare to groups C and IRV (p<0.05). Ratio of p-AMPK/AMPK was lower in group I compare to groups C and IRV. In terms of HSP expression, Hsp72 levels were lower in group I compare to all other groups (p<0.05).  Hsp25 levels have tend to decrease in group I but it was not significantly different than group C (p>0.05). On the other hand, the levels of Hsp25 were higher in groups IR and IRV compare to groups C, I and WBV. These findings show that two weeks of immobilization resulted in decrease in the protein expressions of the molecules involved in protein synthesis an increase in the protein levels of the molecules involved in protein degradation. It seems that WBT with the duration, frequency and amplitude used in this study has limited effect on signal transduction pathways involved in both protein synthesis and degradation since only the regulation of p-4EBP1, MuRF1 and MAFbx were affected in IRV group.