تاثیر چاقی القایی و تمرینات تناوبی شدید بر محور PI3K/AKT1/mTORc1 در بافت قلب موش‌های صحرایی نر نژاد ویستار
الموضوعات : فصلنامه زیست شناسی جانوری
سینا رضازاده
1
,
ساناز میرزایان شانجانی
2
,
مجتبی ایزدی
3
,
سعید صداقتی
4
,
یاسر کاظم زاده
5
1 - گروه فیزیولوژی ورزشی، واحد اسلامشهر، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 - گروه فیزیولوژی ورزشی، واحد اسلامشهر، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
3 - گروه فیزیولوژی ورزشی، واحد ساوه، دانشگاه آزاد اسلامی، ساوه، ایران
4 - گروه فیزیولوژی ورزشی، واحد اسلامشهر، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
5 - گروه فیزیولوژی ورزشی، واحد اسلامشهر، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
الکلمات المفتاحية: چاقی, تمرین تناوبی, بیان ژن, هایپرتروفی فیزیولوژیک قلب,
ملخص المقالة :
مطالعات اپیدمیولوژیکی همواره از چاقی به عنوان پیش زمینه دیابت نوع 2 و بیماری‌های قلبی-عروقی حمایت نموده¬اند. مطالعه حاضر با هدف تعیین اثر تمرینات تناوبی شدید بر بیان برخی ژن‌های موثر در هایپرتروفی فیزیولوژیکی قلبی (PI3K، AKT1و mTORc1) در رت‌های چاق نژاد ویستار انجام گرفت. برای این منظور، از 21 سر رت نر ویستار 10 هفته¬ای (10 ± 220 گرم)، 14 سر پس از القای چاقی توسط 6 هفته رژیم غذایی پر چرب به شیوه تصادفی به گروه‌های هفت¬تایی چاق کنترل و چاق تناوبی تقسیم شدند. هفت سر رت دارای وزن نرمال نیز به عنوان گروه نرمال انتخاب شدند. رت‌های گروه چاق تناوبی یک دوره تمرینات تناوبی 8 هفته‌ای (5 جلسه در هفته) در قالب دویدن¬های تناوبی روی تریدمیل را اجرا نمودند. گروه نرمال و چاق کنترل در برنامه تمرین شرکت نداشتند. 48 ساعت پس از آخرین جلسه تمرین، بیان ژن‌های PI3K، AKT1 و mTORc1 در بافت قلب اندازه¬گیری شد و توسط آزمون آنوای یکسویه و تست تعقیبی توکی بین گروه‌ها مقایسه شد. القای چاقی به کاهش AKT1، PI3K و mTORc1 در بافت قلب در گروه چاق کنترل نسبت به گروه نرمال منجر شد (001/0 = p). در مقایسه با گروه چاق کنترل، تمرینات تناوبی به افزایش بیانPI3K (001/0 = p) و mTORc1 (001/0 = p) منجر شد اما بیان AKT1 در پاسخ به تمرینات تناوبی تغییر معنی‌داری پیدا نکرد (603/0 = p). اجرای تمرینات تناوبی با بهبود بیان ژن‌های موثر بر هایپرتروفی فیزیولوژیکی قلب در رت‌های چاق همراه است. شناخت مکانیسم¬های سلولی مولکولی عهده¬دار این فرآیند نیازمند مطالعات بیشتری است.
1. Aghaei N., Sherafati Moghadam M., Daryanoosh F., Shadmehri S., Jahani Golbar S. 2019. The effect of 4 weeks aerobic training on the content of mTORc1 signaling pathway proteins in heart tissue of 1 diabetes rats, Iranian Journal of Diabetes and Metabolism. 18(3):116-125.
2. Bacurau A.V., Jannig P.R., de Moraes W.M., Cunha T.F., Medeiros A., Barberi L. 2016. Akt/mTOR pathway contributes to skeletal muscle anti-atrophic effect of aerobic exercise training in heart failure mice. International Journal of Cardiology, 214:137-147.
3. Bernardo B.C., Weeks K.L., Pretorius L., McMullen J.R. 2010. Molecular distinction between physiological and pathological cardiac hypertrophy: experimental findings and therapeutic strategies. Pharmacology and Therapeutics, 128(1):191-227.
4. Chen W.S., Xu P.Z., Gottlob K., Chen M.L., Sokol K., Shiyanova T. 2001. Growth retardation and increased apoptosis in mice with homozygous disruption of the Akt1 gene. Genes and Development, 15(17):2203-2208.
5. Cheng S.M., Ho T.J., Yang A.L., Chen I.J., Kao C.L., Wu FN. 2013. Exercise training enhances cardiac IGFI-R/PI3K/Akt and Bcl-2 family associated pro-survival pathways in streptozotocin-induced diabetic rats. International Journal Cardiology, 167(2):478-485.
6. Condorelli G., Drusco A., Stassi G., Bellacosa A., Roncarati R., Iaccarino G. 2002. Akt induces enhanced myocardial contractility and cell size in vivo in transgenic mice. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 99(19):12333-12338.
7. Cusi K., Maezono A. 2000. Insulin resistance differentially affects the PI 3-kinase- andMAP kinase-mediated signaling in human muscle. The Journal of Clinical Investigation, 105(3):311-320.
8. DeBosch B., Treskov I., Lupu T.S., Weinheimer C., Kovacs A., Courtois M., Muslin A.J. 2006. Akt1 is required for physiological cardiac growth. Circulation, 113(17):2097-2104.
9. Deshmukh A., Coffey V.G., Zhong Z., Chibalin A.V., Hawley J.A., Zierath J.R. 2006. Exercise-induced phosphorylation of the novel Akt substrates AS160 and filamin A in human skeletal muscle. Diabetes, 55(6):1776-1782.
10. Eizadi M., Mirakhori Z., Farajtabar B.S. 2019. Effect of 8-week interval training on protein tyrosine phosphatase 1B expression in gastrocnemius muscle and insulin resistance in rats with type 2 diabetes. Avicenna Journal of Medical Biochemistry, 7(2):51-56.
11. Engelman J.A., Luo J., Cantley L.C. 2006. The evolution of phosphatidylinositol 3-kinases as regulators of growth and metabolism. Nature Reviews Genetics, 7(8):606-619.
12. Falcao-Pires I., Hamdani N., Borbély A., Gavina C., Schalkwijk C.G., Van Der V.J. 2011. Diabetes mellitus worsens diastolic left ventricular dysfunction in aortic stenosis through altered myocardial structure and cardiomyocyte stiffness. Circulation, 124(10):1151-1159.
13. Ferrario C.M. 2016. Cardiac remodelling and RAS inhibition. Therapeutic Advances in Cardiovascular Disease, 10(3):162-171.
14. Ford E.S. 2005. Prevalence of the metabolic syndrome defined by the International Diabetes Federation among adults in the U.S. Diabetes Care, 28(11):2745-2749.
15. Gibala M.J. 2007. High intensity interval training: new insights. Sports Science Exchange, 20(2):1-8.
16. Howlett K.F., Sakamoto K., Yu H., Goodyear L.J., Hargreaves M. 2006. Insulin-stimulated insulin receptor substrate-2-associated phosphatidylinositol 3-kinase activity is enhanced in human skeletal muscle after exercise. Metabolism, 55(8):1046-1052.
17. Imbeault P. 2007. Environmental influences on adiponectin levels in humans. Applied Physiology, Nutrition, and Metabolism, 32(3):505-511.
18. Kazior Z., Willis S.J., Moberg M., Apró W., Calbet J.A., Holmberg H.C., Blomstrand E., 2016. Endurance Exercise Enhances the Effect of Strength Training on Muscle Fiber Size and Protein Expression of Akt and mTOR. PLoS One, 11(2):e0149082.
19. Li R., Shan Y., Gao L., Wang X., Wang X., Wang F. 2019. The Glp-1 Analog Liraglutide Protects Against Angiotensin II and Pressure Overload-Induced Cardiac Hypertrophy via PI3K/Akt1 and AMPKa Signaling. Frontiers in Pharmacology, 10:537.
20. Liao J., Li Y., Zeng F., Wu Y. 2015. Regulation of mTOR Pathway in Exercise-induced Cardiac Hypertrophy. International Journal of Sports Medicine, 36(5):343-350.
21. Ma Z., Qi J., Meng S., Wen B., Zhang J. 2013. Swimming exercise training-induced left ventricular hypertrophy involves microRNAs and synergistic regulation of the PI3K/AKT/mTOR signaling pathway. European Journal of Applied Physiology, 113(10):2473-2486.
22. Ma Z.G., Zhang X., Yuan Y.P., Jin Y.G., Li N., Kong C.Y., Song P., Tang Q.Z. 2018. A77 1726 (leflunomide) blocks and reverses cardiac hypertrophy and fibrosis in mice. Clinical Science (London), 132(6):685-699.
23. McMullen J.R., Shioi T., Huang W.Y., Zhang L., Tarnavski O., Bisping E. 2004. The insulin-like growth factor 1 receptor induces physiological heart growth via the phosphoinositide 3-kinase (p110alpha) pathway. Journal of Biological Chemistry, 279(6):4782-4793.
24. Mirsepasi M., Baneifar A.A., Azarbayjani M.A., Arshadi S. 2019. The effects of high intensity interval training on gene expression of AKT1 and mTORc1 in the Left ventricle of type 2 diabetic rats: An Experimental Study. Journal of Rafsanjan University of Medical Sciences, 17(12): 1119-1130.
25. Moeini M., Behpoor N., Tadibi V. 2020. The effect of high-intensity interval training on the expression of protein kinase B (Akt gene) in the left ventricle of male rats with type 2 diabetes. Journal of Jiroft University of Medical Sciences, 7(2):332-340.
26. Moini A., Farsi S., Hoseini S., Mehrzad M. 2019. The Effect of Resistance Training on the Expression of Cardiac Muscle Growth Regulator Messenger Genes in Obese Male Rats. Armaghane Danesh, 24 (5):935-949.
27. Obert P., Mandigout S., Vinet A., N'guyen L., Stecken F., Courteix D. 2001. Effect of aerobic training and detraining on left ventricular dimensions and diastolic function in prepubertal boys and girls. International Journal of Sports Medicine, 22(2):90-96.
28. Perrino C., Schroder J.N., Lima B. 2007. Dynamic regulation of phosphoinositide 3-kinase-gamma activity and beta-adrenergic receptor trafficking in end-stage human heart failure. Circulation, 116(22):2571-2579.
29. Rahbar S., Ahmadiasl N. 2012. Effect of Long Term Regular Resistance Exercise on Heart Function and Oxidative Stress in Rats. Journal of Ardabil University of Medical Sciences, 12(3):256-264. [Persian]
30. Rawlins J., Bhan A., Sharma S. 2009. Left ventricular hypertrophy in athletes. European Heart Journal- Cardiovascular Imaging, 10(3):350-356.
31. Schoenfeld B.J. 2010. The mechanisms of muscle hypertrophy and their application to resistance training. The Journal of Strength and Conditioning Research, 24(10):2857-2872.
32. Shiojima I., Walsh K. 2006. Regulation of cardiac growth and coronary angiogenesis by the Akt/PKB signaling pathway. Genes and Development, 20(24):3347-3365.
33. Shiojima I., Yefremashvili M., Luo Z., Kureishi Y., Takahashi A., Tao J., Rosenzweig A., Kahn C.R., Abel E.D., Walsh K. 2002. Akt signaling mediates postnatal heart growth in response to insulin and nutritional status. J Biol Chem, 277(40):37670-37677.
34. Sturgeon K., Muthukumaran G., Ding D., Bajulaiye A., Ferrari V., Libonati J.R. 2015. Moderate-intensity treadmill exercise training decreases murine cardiomyocyte cross-sectional area. Physiological Reports, 3(5):e12406.
35. Su M., Wang J., Wang C., Wang X., Dong W., Qiu W. 2021. Correction: MicroRNA-221 inhibits autophagy and promotes heart failure by modulating the p27/CDK2/mTOR axis. Cell Death and Differentiation, 28(1):420-422.
36. Sussman M.A., Völkers M., Fischer K., Bailey B., Cottage C.T., Din S., 2011. Myocardial AKT: the omnipresent nexus. Physiological Reviews, 91(3):1023-1070.
37. Wojtaszewski J.F.P., Hansen B.F., Gade J. 2000. Insulin signaling and insulin sensitivity after exercise in human skeletal muscle. Diabetes, 49(3): 325-331.
38. Wu J., You J., Wang S., Zhang L., Gong H., Zou Y. 2014. Insights into the activation and inhibition of angiotensin II type 1 receptor in the mechanically loaded heart. Circulation Journal, 78(6):1283-1289.
39. Wu Q.Q., Xiao Y., Yuan Y., Ma Z.G., Liao H.H., Liu C., Zhu J.X., Yang Z., Deng W., Tang QZ. 2017. Mechanisms contributing to cardiac remodelling. Clinical Science (London), 131(18):2319-2345.
40. Zhichao M.A., Jie Q.I., Shuai M., Baoju W., Jun Z. 2013. Swimming exercise training-induced left ventricular hypertrophy involves microRNAs and synergistic regulation of the PI3K/AKT/ mTOR signaling pathway. European Jurnal of Applied Physiology, 113(10):2473-2486.
