A artrite reumatoide (AR) é uma doença crônica, inflamatória, sistêmica, com manifestações autoimunes articulares e extra-articulares, como fraqueza e atrofia muscular. Apesar de terem profundo impacto funcional, os mecanismos envolvidos nesses processos em músculo esquelético têm sido pouco estudados. O objetivo desse trabalho foi descrever o envolvimento muscular e vias moleculares em um modelo experimental de artrite e em um modelo de atrofia por desuso. Ratas Wistar, 8-12 semanas foram separadas em três grupos: controle (CO), imobilizado com bota de cobre (IM) e artrite induzida por colágeno bovino tipo II (CIA). A locomoção espontânea e o peso dos animais foram avaliados semanalmente. As articulações tíbio-társicas e os músculos gastrocnêmicos foram processados e corados com hematoxilina-eosina (HE). Imunoblot foi realizado para quantificar MuRF- 1, miogenina e anti-LC3. O nível de significância foi considerado quando p<0,05. A análise histológica das articulações confirmou a severidade da doença. Na locomoção espontânea houve uma diferença significativa na distância, velocidade, número de vezes em pé e número de descanso com redução no grupo CIA, quando comparado ao grupo controle, de 90%, 90%, 75% e aumento de 70%, respectivamente. O peso corporal total, o peso do músculo gastrocnêmio, e o peso relativo do músculo reduziram 20%, 30% e 20% nos animais CIA, quando comparado ao grupo controle. A análise histopatológica identificou no músculo de CIA: atrofia de fibras perifasciculares, infiltrado inflamatório, fibras atróficas do tipo 2 e edema. A área seccional da miofibra estava reduzida em torno de 30% no grupo CIA e 60% no IM. Na quantificação proteína demonstrou aumento da expressão em 70% das proteínas MuRF-1 e miogenina no grupo CIA quando comparado ao grupo controle, resultado não observado em IM. Na quantificação da proteína LC3 não houve diferença entre os grupos. Esse estudo demonstrou que o desenvolvimento da artrite experimental está associado com perda de peso e da mobilidade, atrofia muscular e degradação muscular nesses animais. Pela primeira vez foi demonstrado que a atrofia muscular na artrite está associada com a própria doença e não com a imobilidade, visto que o grupo IM, apesar de atrofia mais muscular mais marcada, não apresentou ativação das vias de atrofia (MuRF-1 e miogenina) que foram observadas no grupo CIA. / Objective: Although causing great functional impact, the mechanisms of muscle wasting in RA have been poorly studied. The objective of this study is to describe the muscular involvement in an experimental model of arthritis and its pathways and compare with disuse atrophy. Methods: Female Wistar rats were separated in three groups: control (CO), collageninduced arthritis (CIA) and immobilized (IM). Spontaneous locomotion and weight were evaluated weekly. Gastrocnemius muscle was evaluated by histology and immunoblotting to measure LC3, MuRF-1 and myogenin expression. Significance was considered at p<0.05 level. Results: Histological analysis of the joint confirmed the severity of the arthropathy. There was significant difference in spontaneous locomotion (distance, velocity, number of times standing and number of times resting) in CIA group. Animal body weight, gastrocnemius muscle weight and relative muscle weight decreased 20%, 30% and 20% in CIA rats. Inflammatory infiltration, swelling and type 2 fiber atrophy was present in CIA gastrocnemius muscles, with reduced cross-sectional area by 30%, and 60% in IM. Imunoblotting analysis demonstrated increased expression of myogenin and MuRF-1 in CIA muscles by about 70%, while in IM remained similar to control. Conclusions: This study demonstrated that the development of experimental arthritis is associated to decreased mobility, weight loss, muscle atrophy, increased expression of markers of muscle proteolysis and regeneration. For the first time it is demonstrated that muscle atrophy in arthritis is associated with the disease itself, and not simply due to decreased mobility, since immobilized group presented no activation of the same atrophy pathways.

Resumo: Avaliou-se a resposta de diferentes protocolos fisioterapêuticos em cães após a indução de atrofia muscular por meio da imobilização do joelho por 30 dias. Os grupos foram denominados grupo C ou controle, grupo M (massagem e movimentação passiva), grupo E (massagem, movimentação passiva e eletroterapia), grupo H (massagem, movimentação passiva e hidroterapia em esteira aquática) e grupo EH (massagem, movimentação passiva, eletroterapia e hidroterapia em esteira aquática). Foram mensurados, os graus de claudicação, amplitude articular, circunferência da coxa, variação sérica das enzimas creatina-quinase e lactato-desidrogenase, bem como a morfometria muscular das fibras de contração rápida e contração lenta do músculo vasto lateral marcadas pela técnica de imunoistoquímica. Os cães do grupo H apresentaram retorno mais precoce à função do membro pélvico direito, mostrando que a hidroterapia pode ser beneficamente empregada para a recuperação em cães claudicantes. A fisioterapia reduziu a contratura articular. Verificou-se maior recuperação da área transversal das fibras musculares de contração lenta e rápida nos cães submetidos à eletroterapia aos 60 dias de pós-operatório. De acordo com os resultados encontrados, foi possível concluir que as modalidades terapêuticas de massagem, movimentação passiva da articulação, estimulação elétrica neuromuscular e hidroterapia por caminhada em esteira aquática aceleram a recuperação clínica em cães com atrofia muscular induzida / Abstract: The response to different physiotherapeutic protocols was evaluated in dogs with muscle atrophy induced by a 30-day-long immobilization of the stifle joint. The animals were divided in groups namely: C (control), M (massage and passive range of motion), E (massage, passive range of motion and neuromuscular electrical stimulation), H (massage, passive range of motion and hydrotherapy in underwater treadmill), and EH group (massage, passive range of motion, neuromuscular electrical stimulation and hydrotherapy in underwater treadmill). The degree of lameness, range motion, thigh circumference, range of serum creatine kinase (CK) and lactate dehydrogenase (LDH) were then evaluated, as well as the morphometry of fast- and slow-twitch muscle fibers of the vastus lateralis by immunohistochemistry. Group H dogs regained function of the right hind limb faster than the other groups. This result shows that hydrotherapy helped in the recovery process of lame dogs. Physiotherapy reduced the joint contracture. There was a higher recovery rate of cross-sectional area of slow-twitch and fast-twitch muscle fibers and thigh circumference in dogs submitted to neuromuscular electrical stimulation at 60 days post-surgery. According to these results, it was possible to conclude that therapeutics modalities such as massage, passive range of motion of the joint, neuromuscular electrical stimulation and hydrotherapy by walking on underwater treadmill accelerate clinical recovery in dogs with induced muscle atrophy / Orientador: João Guilherme Padilha Filho / Coorientador: Vera Maria Villamil Martins / Banca: André Luís Selmi / Banca: Marcelo Meller Alievi / Banca: Paola Castro Moraes / Banca: Renée Laufer Amorim / Doutor

A artrite reumatoide (AR) é uma doença crônica, inflamatória, sistêmica, com manifestações autoimunes articulares e extra-articulares, como fraqueza e atrofia muscular. Apesar de terem profundo impacto funcional, os mecanismos envolvidos nesses processos em músculo esquelético têm sido pouco estudados. O objetivo desse trabalho foi descrever o envolvimento muscular e vias moleculares em um modelo experimental de artrite e em um modelo de atrofia por desuso. Ratas Wistar, 8-12 semanas foram separadas em três grupos: controle (CO), imobilizado com bota de cobre (IM) e artrite induzida por colágeno bovino tipo II (CIA). A locomoção espontânea e o peso dos animais foram avaliados semanalmente. As articulações tíbio-társicas e os músculos gastrocnêmicos foram processados e corados com hematoxilina-eosina (HE). Imunoblot foi realizado para quantificar MuRF- 1, miogenina e anti-LC3. O nível de significância foi considerado quando p<0,05. A análise histológica das articulações confirmou a severidade da doença. Na locomoção espontânea houve uma diferença significativa na distância, velocidade, número de vezes em pé e número de descanso com redução no grupo CIA, quando comparado ao grupo controle, de 90%, 90%, 75% e aumento de 70%, respectivamente. O peso corporal total, o peso do músculo gastrocnêmio, e o peso relativo do músculo reduziram 20%, 30% e 20% nos animais CIA, quando comparado ao grupo controle. A análise histopatológica identificou no músculo de CIA: atrofia de fibras perifasciculares, infiltrado inflamatório, fibras atróficas do tipo 2 e edema. A área seccional da miofibra estava reduzida em torno de 30% no grupo CIA e 60% no IM. Na quantificação proteína demonstrou aumento da expressão em 70% das proteínas MuRF-1 e miogenina no grupo CIA quando comparado ao grupo controle, resultado não observado em IM. Na quantificação da proteína LC3 não houve diferença entre os grupos. Esse estudo demonstrou que o desenvolvimento da artrite experimental está associado com perda de peso e da mobilidade, atrofia muscular e degradação muscular nesses animais. Pela primeira vez foi demonstrado que a atrofia muscular na artrite está associada com a própria doença e não com a imobilidade, visto que o grupo IM, apesar de atrofia mais muscular mais marcada, não apresentou ativação das vias de atrofia (MuRF-1 e miogenina) que foram observadas no grupo CIA. / Objective: Although causing great functional impact, the mechanisms of muscle wasting in RA have been poorly studied. The objective of this study is to describe the muscular involvement in an experimental model of arthritis and its pathways and compare with disuse atrophy. Methods: Female Wistar rats were separated in three groups: control (CO), collageninduced arthritis (CIA) and immobilized (IM). Spontaneous locomotion and weight were evaluated weekly. Gastrocnemius muscle was evaluated by histology and immunoblotting to measure LC3, MuRF-1 and myogenin expression. Significance was considered at p<0.05 level. Results: Histological analysis of the joint confirmed the severity of the arthropathy. There was significant difference in spontaneous locomotion (distance, velocity, number of times standing and number of times resting) in CIA group. Animal body weight, gastrocnemius muscle weight and relative muscle weight decreased 20%, 30% and 20% in CIA rats. Inflammatory infiltration, swelling and type 2 fiber atrophy was present in CIA gastrocnemius muscles, with reduced cross-sectional area by 30%, and 60% in IM. Imunoblotting analysis demonstrated increased expression of myogenin and MuRF-1 in CIA muscles by about 70%, while in IM remained similar to control. Conclusions: This study demonstrated that the development of experimental arthritis is associated to decreased mobility, weight loss, muscle atrophy, increased expression of markers of muscle proteolysis and regeneration. For the first time it is demonstrated that muscle atrophy in arthritis is associated with the disease itself, and not simply due to decreased mobility, since immobilized group presented no activation of the same atrophy pathways.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:23:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6281.pdf: 1196634 bytes, checksum: 422ee8c02db41898a26d5fca8418a486 (MD5) Previous issue date: 2014-03-27 / Financiadora de Estudos e Projetos / Dexamethasone is widely used in clinical use due to its potent anti-allergic and antiinflammatory effects, but it has been shown that its chronic use can induce several side effects such as hyperglycemia, hypertension, hypercholesterolemia and muscle atrophy. Muscle atrophy occurs by an imbalance between catabolic and anabolic protein levels. Among catabolic proteins, FOXO3a, MuRF-1 and Atrogin-1 are directly related to muscle atrophy induced by dexamethasone. Furthermore, it is known that some inflammatory proteins (TNF-&#945; and IL-6) also participate in reduction of muscle weight. We have shown that aerobic exercise attenuates some of the side effects of dexamethasone, but nothing is known about interval training (IT) performed before and concomitant dexamethasone treatment. This study investigated if interval training is effective in attenuating muscle atrophy induced by dexamethasone and if the proteins FOXO3a, MuRF-1, Atrogina-1, TNF-&#945;and IL-6 are involved in this response. Rats were distributed into 4 groups: sedentary control (SC), sedentary + Dexa (SD), trained control (TC), and trained + Dexa (TD), and underwent an interval training period (50% and 80% of maximal capacity, 2 and 1 min, respectively, 1h/day, 5 days / week, 70 days) or remained sedentary. Dexamethasone was administered during the last 10 days (0.5mg/kg per day i.p.). The rats were weighed weekly during training and daily during the treatment. The tibialis anterior (TA), soleus (SOL) and flexor hallucis longus (FHL) were collected, weighed and stored for analysis of TNF-&#945;, IL-6, FOXO3a, MuRF-1 and Atrogin-1protein levels using electrophoresis method, Western Blotting. Administration of dexamethasone resulted in a significant decrease in body weight (-17%) followed by reduction in TA (-22%) and FHL (-19%) muscles weight. This reduction in muscle weight involved a significant increase in MuRF-1 protein levels in TA (+27%) and FHL (+18%) muscles, although TNF-&#945; (-37%FHL and -15% SOL) and IL-6 (-26% TA, - 24% FHL and -18% SOL) protein levels were reduced. Interval training was effective in blocking the increase of MuRF-1protein level in TA and FHL muscles, moreover interval training significantly reduced FOXO3a production level in TA muscle, in both groups, TC (-27%) and TD (-32%).This response was followed by an attenuation of TA muscle mass after training. Chronic treatment with dexamethasone, as well as training, did not change Atrogin-1protein level. The results of the present study allow us to conclude that MuRF-1 seems to be involved in TA and FHL muscle atrophy induced by dexamethasone treatment, independent of inflammatory proteins signaling. On the other side, interval training determined TA muscle atrophy attenuation by decreasing MuRF-1 and FOXO3a without changes in TNF-&#945; e IL-6 protein levels. / A dexametasona é amplamente utilizada no uso clínico, devido ao seu potente efeito antialérgico e anti-inflamátorio, entretanto o uso crônico pode induzir diversos efeitos deletérios, tais como hiperglicemia, hipertensão, hipercolesterolemia e atrofia muscular. A atrofia muscular se dá por um desbalanço entre proteínas catabólicas e anabólicas. Dentre as proteínas catabólicas, a FOXO3a, MuRF-1 e Atrogina-1 estão diretamente relacionadas com a atrofia muscular induzida pela dexametasona. Além disso, já se sabe que algumas proteínas inflamatórias (TNF-&#945; e IL-6) também participam na redução de peso muscular. Demonstramos recentemente que o exercício físico aeróbio atenua alguns dos efeitos deletérios da dexametasona, mas nada se sabe sobre os benefícios do exercício físico intervalado (TI) realizado antes e concomitantemente ao tratamento com a dexametasona. Portanto o objetivo deste trabalho foi investigar se o treinamento intervalado seria efetivo em prevenir a atrofia muscular induzida pela dexametasona (0,5mg/kg por 10 dias) e se as proteinas FOXO3a, MuRF-1, Atrogina-1, TNF-&#945; e IL-6 estão envolvidas nesta resposta. Foram utilizados 56 ratos Wistar, separados em 4 grupos: sedentário controle (SC), sedentário tratado com dexametasona (SD), treinado controle (TC) e treinado tratado com dexametasona (TD). Após adaptação na esteira, os animais foram submetidos ao protocolo de TI (50% e 80% da capacidade máxima, 2 e 1 minutos, respectivamente, 1h / dia, 8 semanas, 5 dias / semana) ou mantidos como sedentários. O peso corporal (PC) foi verificado semanalmente durante o treinamento e diariamente durante o tratamento. Os músculos tibial anterior (TA), sóleo (SOL) e flexor longo do hálux (FHL) foram coletados, pesados e armazenados para análises de produção proteica de TNF-&#945;, IL-6, FOXO3a, MuRF-1 e Atrogina-1 utilizando o método de eletroforese. O TI aumentou a capacidade física máxima dos animais treinados. A administração da dexametasona determinou diminuição significativa de PC (-17%) acompanhado de redução do peso muscular do TA (-22%) e FHL (-19%). Esta redução de peso muscular envolveu a proteína MuRF-1, que aumentou no TA (+27%) e FHL (+18%), embora tenha ocorrido diminuição significativa da produção proteica de TNF-&#945; (-37% FHL e -15% SOL) e IL-6 (-26% TA, -24% FHL e -18% SOL) no grupo SD. O TI foi efetivo em bloquear o aumento de MuRF-1 nos músculos TA e FHL, ademais diminuiu significativamente a produção proteica de FOXO3a no músculo TA, tanto para o grupo TC (-27%) como TD (-32%), resposta acompanhada de atenuação da redução de peso muscular no TA, mas não no FHL (TD, -15%). O tratamento crônico com dexametasona, assim como o TI, não determinou alteração na Atrogina-1. Os resultados do presente estudo nos permitem concluir que a MuRF-1 parece estar envolvida na atrofia nos músculos TA e FHL induzida por 10 dias de tratamento com dexametasona, independentemente das alterações das proteínas inflamatórias (TNF-&#945; e IL-6). O TI prévio, por sua vez, determinou atenuação da atrofia no TA por promover diminuição significativa na produção proteica de MuRF-1e de FOXO3a, sem alterar a produção proteica de TNF-&#945; e IL-6.

A artrite reumatoide (AR) é uma doença crônica, inflamatória, sistêmica, com manifestações autoimunes articulares e extra-articulares, como fraqueza e atrofia muscular. Apesar de terem profundo impacto funcional, os mecanismos envolvidos nesses processos em músculo esquelético têm sido pouco estudados. O objetivo desse trabalho foi descrever o envolvimento muscular e vias moleculares em um modelo experimental de artrite e em um modelo de atrofia por desuso. Ratas Wistar, 8-12 semanas foram separadas em três grupos: controle (CO), imobilizado com bota de cobre (IM) e artrite induzida por colágeno bovino tipo II (CIA). A locomoção espontânea e o peso dos animais foram avaliados semanalmente. As articulações tíbio-társicas e os músculos gastrocnêmicos foram processados e corados com hematoxilina-eosina (HE). Imunoblot foi realizado para quantificar MuRF- 1, miogenina e anti-LC3. O nível de significância foi considerado quando p<0,05. A análise histológica das articulações confirmou a severidade da doença. Na locomoção espontânea houve uma diferença significativa na distância, velocidade, número de vezes em pé e número de descanso com redução no grupo CIA, quando comparado ao grupo controle, de 90%, 90%, 75% e aumento de 70%, respectivamente. O peso corporal total, o peso do músculo gastrocnêmio, e o peso relativo do músculo reduziram 20%, 30% e 20% nos animais CIA, quando comparado ao grupo controle. A análise histopatológica identificou no músculo de CIA: atrofia de fibras perifasciculares, infiltrado inflamatório, fibras atróficas do tipo 2 e edema. A área seccional da miofibra estava reduzida em torno de 30% no grupo CIA e 60% no IM. Na quantificação proteína demonstrou aumento da expressão em 70% das proteínas MuRF-1 e miogenina no grupo CIA quando comparado ao grupo controle, resultado não observado em IM. Na quantificação da proteína LC3 não houve diferença entre os grupos. Esse estudo demonstrou que o desenvolvimento da artrite experimental está associado com perda de peso e da mobilidade, atrofia muscular e degradação muscular nesses animais. Pela primeira vez foi demonstrado que a atrofia muscular na artrite está associada com a própria doença e não com a imobilidade, visto que o grupo IM, apesar de atrofia mais muscular mais marcada, não apresentou ativação das vias de atrofia (MuRF-1 e miogenina) que foram observadas no grupo CIA. / Objective: Although causing great functional impact, the mechanisms of muscle wasting in RA have been poorly studied. The objective of this study is to describe the muscular involvement in an experimental model of arthritis and its pathways and compare with disuse atrophy. Methods: Female Wistar rats were separated in three groups: control (CO), collageninduced arthritis (CIA) and immobilized (IM). Spontaneous locomotion and weight were evaluated weekly. Gastrocnemius muscle was evaluated by histology and immunoblotting to measure LC3, MuRF-1 and myogenin expression. Significance was considered at p<0.05 level. Results: Histological analysis of the joint confirmed the severity of the arthropathy. There was significant difference in spontaneous locomotion (distance, velocity, number of times standing and number of times resting) in CIA group. Animal body weight, gastrocnemius muscle weight and relative muscle weight decreased 20%, 30% and 20% in CIA rats. Inflammatory infiltration, swelling and type 2 fiber atrophy was present in CIA gastrocnemius muscles, with reduced cross-sectional area by 30%, and 60% in IM. Imunoblotting analysis demonstrated increased expression of myogenin and MuRF-1 in CIA muscles by about 70%, while in IM remained similar to control. Conclusions: This study demonstrated that the development of experimental arthritis is associated to decreased mobility, weight loss, muscle atrophy, increased expression of markers of muscle proteolysis and regeneration. For the first time it is demonstrated that muscle atrophy in arthritis is associated with the disease itself, and not simply due to decreased mobility, since immobilized group presented no activation of the same atrophy pathways.

A miopatia esquelética em doenças sistêmicas é um importante preditor de mortalidade e prognóstico em diversas síndromes, incluindo a insuficiência cardíaca. Os danos músculo-esqueléticos em situações de comprometimento cardíaco são descritos pela literatura há décadas, entretanto, nenhum recurso farmacológico proposto até o momento mostrou-se eficiente em reverter esses prejuízos, ressaltando o papel do treinamento físico aeróbio. Apesar dos inegáveis benefícios desta terapia adjuvante no tratamento da insuficiência cardíaca, muito pouco se sabe sobre a intensidade de exercício capaz de otimizar os ganhos promovidos por esta intervenção. Dado isso, nesse estudo avaliamos a eficácia do treinamento físico aeróbio em alta intensidade na musculatura esquelética em ratos submetidos ao infarto do miocárdio, comparando-a com protocolo isocalórico realizado em intensidade moderada. Observamos que os animais infartados apresentaram alterações patológicas na musculatura esquelética, similarmente ao observado em pacientes com IC, como prejuízos em enzimas metabólicas fundamentais, atrofia muscular, perturbação da homeostase redox e ativação do complexo proteassomal 26S. Ambos os protocolos de treinamento físico aeróbio foram capazes de aprimorar substancialmente a capacidade funcional e potência aeróbia máxima nos animais infartados, prevenindo a queda da atividade máxima das enzimas hexoquinase e citrato sintase, restaurando a morfologia da musculatura esquelética e aumentando a distribuição de fibras musculares do tipo I, o que foi acompanhado por melhora do balanço redox e redução da atividade do complexo proteassomal 26S. Apesar do treinamento físico aeróbio em alta intensidade ter proporcionado resultados superiores ao protocolo de intensidade moderada em relação a capacidade funcional dos animais, as adaptações músculo-esqueléticas às diferentes intensidades de TFA apresentaram-se muito semelhantes / Impaired skeletal muscle performance in systemic diseases is shown to strongly predict mortality and long-term prognosis in a wide variety of syndromes, including heart failure. The clinical picture of skeletal muscle damage in cardiac situations has been described for decades. However, no pharmacological strategy proposed so far was shown to effectively prevent the onset of skeletal myopathy, reinforcing the role of aerobic exercise training in counteracting such phenomenon. Despite the well-known benefits of exercise training in sets of cardiac dysfunction, very little is known about the optimal exercise intensity to elicit maximal outcomes. Therefore, in the present study we compared the effects of high-intensity aerobic exercise training with those of an isocaloric moderate-intensity protocol on skeletal muscle adaptations in infarcted rats. Our data suggest that infarcted rats presented signs of skeletal myopathy resembling those observed in HF patients, such as metabolic enzymes impairment, skeletal muscle atrophy, disrupted redox balance and proteasomal overactivation. Here we show that both high- and moderate-intensity aerobic exercise training were able to substantially increase aerobic capacity in infarcted rats, preventing the decay of citrate synthase and hexokinase maximal activities, reestablishing normal skeletal muscle morphology to a healthy profile and increasing the number of type I muscle fibers. Such outcomes were accompanied by an improved redox balance and reduced proteasomal activity in skeletal muscle. Even though high-intensity aerobic interval training was superior to moderate-intensity in improving functional capacity, the observed adaptations in skeletal muscle were remarkably similar between the protocols. Therefore, our data allow us to conclude that high-intensity and moderate-intensity aerobic exercise training equally prevent skeletal myopathy induced by myocardial infarction in rats

Orientador: Maeli Dal Pai / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-25T22:59:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Souza_RodrigoWagnerAlves_D.pdf: 5360593 bytes, checksum: 671f4fb61a48674646503b892003184f (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A insuficiência cardíaca (IC) caracteriza-se por reduzida tolerância ao exercício físico devido à ocorrência precoce de fadiga e dispnéia. Esses sintomas ocorrem, em parte, devido à atrofia e mudanças no fenótipo do músculo esquelético. O treinamento físico aeróbico é considerado uma conduta proposta e aceita para minimizar as alterações musculares na IC. Assim, entender os mecanismos moleculares envolvidos nas alterações dos músculos cardíaco e esquelético nessa doença pode ser favorável para a elaboração de intervenções terapêuticas e para o direcionamento de programas de treinamento específicos. O objetivo deste trabalho foi investigar a estrutura, função e componentes moleculares do coração, além da expressão gênica e proteica dos agentes que mediam as vias atrófica e hipertrófica no músculo esquelético de ratos com IC submetidos ao treinamento aeróbico. Foram utilizados ratos Wistar machos (90 a 100g) com três a quatro semanas de idade para a indução da IC através de estenose aórtica (EAo) supravalvar. Após 18 semanas da cirurgia de EAo, quando os animais apresentavam disfunção cardíaca, diagnosticada por ecocardiograma, foram aleatoriamente divididos para realizarem 10 semanas (5 dias/semana) de treinamento físico aeróbico (AS-ET) ou não (AS-UN). A velocidade de treinamento foi relativa ao limiar de lactato, obtido em teste progressivo. Assim, após 28 semanas os três grupos foram submetidos à outra análise ecocardiográfica e então os animais foram pesados e mortos. O coração foi removido e o ventrículo separado do átrio para investigação da fibrose e quantificação gênica. Os músculos sóleo e plantar foram coletados e para análise morfométrica, bioquímica, proteica e gênica das fibras musculares. A avaliação da expressão gênica e proteica dos componentes foi realizada por PCR em tempo real (RT-qPCR), e por Western blotting, respectivamente. O soro sanguíneo foi utilizado para análise dos níveis de IGF-1 e TNF-? pelo método de ELISA. Ao final do experimento, o grupo AS-UN que demonstrou sinais de IC, apresentou sinais de fibrose e aumento de componentes relacionados com a degradação do músculo cardíaco. Os músculos sóleo e plantar apresentaram atrofia em conjunto com um aumento na expressão de fatores catabólicos, como TNF-?, NF?B, MAFbx, MuRF1, FoxO1, e miostatina. No entanto, no grupo submetido ao treinamento aeróbico (AS-ET), a deterioração da estrutura e função cardíaca foi prevenida em associação com a atenuação da perda de músculo esquelético e diminuição dos promotores de atrofia. Interessantemente, as alterações na expressão dos fatores anabólicos não foram observadas. Contudo, no músculo plantar foram mantidos níveis elevados de PGC1? pelo treinamento físico. Assim, o treinamento físico realizado durante a transição entre hipertrofia cardíaca e IC teve a capacidade tanto de atenuar o prejuízo da estrutura e função cardíaca quanto prevenir a atrofia do músculo esquelético; fato que não ocorreu por um aumento dos fatores anabólicos, mas sim através da atividade anti-catabólica, possivelmente causada por ação de PGC1?. Estes achados indicam o potencial terapêutico do treinamento aeróbico em bloquear a atrofia muscular induzida pela IC através da atenuação do aumento do estado catabólico / Abstract: Heart failure (HF) is associated with exercise intolerance due to early fatigue and dyspnea. These symptoms are related to atrophy and changes in the skeletal muscle phenotype. Aerobic exercise training is proposed and accepted to minimize muscle abnormalities in HF. Thus, elucidate the molecular mechanisms related to cardiac and skeletal muscle alterations in this disease may help in designing therapeutic interventions and for targeting specific training programs. The aim of if the aerobic training performed during the transition from cardiac hypertrophy to HF would alter the cardiac structure, function and molecular expression, in addition to gene and protein levels of components that mediate atrophic and hypertrophic pathways in skeletal muscle of rats with HF submitted to aerobic training. Three- to four-week-old male Wistar rats weighing 90¿100 g were submitted to aortic stenosis surgery. A total of 8 age-matched control animals underwent left thoracotomy without clip placement (Sham group). At 18 weeks after surgery, when the aortic stenosis animals (AS) presented ventricular dysfunction as measured by echocardiography, the AS animals were redistributed into 2 groups: aortic stenosis untrained (AS-UN, n = 8), in which the group of AS rats remained untrained over a 10-week period, and aortic stenosis exercise training (AS-ET, n = 8), in which the AS rats that were subjected to 10 weeks of aerobic ET. After 28 weeks, all 3 groups underwent another echocardiogram and were then euthanized. The heart was removed, and the atria and ventricles were separated to fibrosis and gene expression analysis. The soleus and plantaris muscles were harvested to subsequent analysis of muscle fibers morphometry, bichemistry, protein and gene. The evaluation of gene expression and protein levels was performed by real-time PCR (RT-qPCR) and Western blotting, respectively. The serum was used for analysis of IGF-1 and TNF-? by ELISA. At the end of the experiment, At 28 weeks, the AS-UN group presented HF signs in conjunction with soleus and plantaris muscle atrophy and an increase in the expression of TNF-?, NF?B, MAFbx, MuRF1, FoxO1, and myostatin catabolic factors. However, in the AS-ET group, the deterioration of cardiac function was prevented in association with a prevention of muscle wasting and a decrease in atrophy promoters. Interestingly, changes in anabolic factor expression (IGF-I, AKT, and mTOR) were not observed. Nevertheless, in the plantaris muscle, high PGC1? levels were maintained by ET. Thus, the ability of aerobic training performed during the transition from cardiac hypertrophy to HF to attenuate cardiac function was accompanied by a prevention of skeletal muscle atrophy that did not occur via an increase in anabolic factors but through anti-catabolic activity, presumably caused by PGC1? action. These findings indicate the therapeutic potential of aerobic training to block HF-induced muscle atrophy by counteracting the increased catabolic state / Doutorado / Biologia Celular / Doutor em Biologia Celular e Estrutural

Le muscle squelettique adulte est un tissu possédant la capacité fondamentale d’adapter sa taille à la demande fonctionnelle : il peut s’atrophier ou s’hypertrophier en réponse à une variation de la charge mécanique qui lui est appliquée. A l’heure actuelle, les facteurs impliqués dans la plasticité musculaire demeurent méconnus. D’une part, grâce à différents modèles d’atrophie musculaire, nous démontrons que le facteur de transcription Srf joue le rôle de médiateur de la mécano-transduction par la voie actine/Mrtfs/Srf. L’arrêt de l’activité mécanique provoque une accumulation nucléaire d’actine monomérique, une délocalisation de Mrtf-A, coactivateur de Srf, et une diminution de l’activité de Srf, se traduisant notamment par une baisse de la transcription Srf-dépendante. Les gènes cibles de Srf comptant un grand nombre de protéines sarcomériques, telles que l’α-actine squelettique, la réduction de leur expression pourrait participer à l’atrophie musculaire. De plus, nos travaux suggèrent que la diminution de l’activité de Srf pourrait influencer l’organisation du réseau mitochondrial et le flux autophagique par des mécanismes qui restent à élucider. D’autre part, en tirant parti d’un modèle d’invalidation conditionnelle et inductible de Srf dans les cellules satellites, nous montrons que le phénomène d’hypertrophie compensatoire requiert l’expression de Srf par les cellules satellites. L’absence de Srf n’altère ni la prolifération ni l’entrée en différenciation des myoblastes, néanmoins elle provoque un défaut de fusion des myoblastes aux fibres au cours de l’hypertrophie induite par surcharge. Ainsi, nos travaux démontrent que Srf est un acteur majeur de la plasticité musculaire, à la fois en tant que médiateur de la mécano-transduction par la voie actine/Mrtfs/Srf et par son implication dans la fusion des cellules satellites aux fibres musculaires, nécessaire à l’hypertrophie compensatoire. / Adult skeletal muscle is able to adapt its size to functional demand. It can undergo atrophy or hypertrophy according to mechanical load. To date, the molecules that mediate muscle plasticity remain unclear.Using different models inducing muscle atrophy, we show that the transcription factor Srf is a mediator of mechanotransduction through the actin/Mrtfs/Srf pathway. Mechanical load abolition leads to G-actin nuclear accumulation, delocalization of Mrtf-A, an Srf coactivator, and Srf activity downregulation. This results in a decrease in Srf-dependent transcription. Many Srf target genes encode sarcomeric proteins such as α-skeletal actin, thus a downregulation of Srf-dependent transcription could participate to muscle atrophy. In addition, our results suggest that Srf activity decrease could affect mitochondrial network organization and autophagic flux in a way that remains to be determined. Besides, using a satellite cell-specific conditional and inducible Srf knockout, we show that overload hypertrophy requires Srf expression by satellite cells. Myoblasts proliferation and early differentiation are not altered by Srf loss. However, mutant myoblasts are unable to fuse with myofibers during overload hypertrophy. Altogether, our results demonstrate that Srf is an important player in skeletal muscle plasticity: it is a mediator of mechanotransduction via the actin/Mrtfs/Srf pathway and its expression by satellite cells is required for myoblasts to fuse with myofibers during overload hypertrophy.

Des approches thérapeutiques visant à la stimulation de la régénération et/ou à l’inhibition des processus de dégénérescence neuromusculaire pourraient constituer des stratégies efficaces pour préserver le tonus musculaire des patients et augmenter ainsi leur espérance de vie. L’activation de la Calcineurine A (CnA), une phosphatase des sérines et thréonines, contrôle une large gamme de réseaux régulateurs dans le muscle squelettique, notamment en stimulant l’expression de gènes spécifiques des fibres musculaires lentes (de type I). La CnA est considérée comme un acteur clé de la réponse hypertrophique et du processus de régénération dans le muscle squelettique. L’activation de la CnA est ainsi considérée comme une stratégie potentielle pour stimuler la régénération musculaire dans les cas de myopathie. Nous avons identifié un aptamère peptidique qui active la CNA in vitro et in vivo. Dans un modèle murin d’atrophie musculaire induite par dénervation, l’aptamère a montré de significatives capacités thérapeutiques. L’effet curatif de l’aptamère a notamment été observable par une augmentation générale de la surface des muscles traités, mais aussi par un accroissement de la surface individuelle des fibres musculaires.Une augmentation du niveau de NFAT nucléaire dans ces fibres a été observée, en cohérence avec les capacités d’activation de la CnA par notre aptamère. Par ailleurs, une autre observation faite dans les muscles traités avec l’aptamère a été l’augmentation de noyaux centraux, caractéristiques de la présence de nouvelles fibres. Finalement, l’identification du site d’interaction entre la CnA et notre aptamère, permise par l’utilisation de plusieurs formes tronquées de la phosphatase, a offert un aperçu du mécanisme d’action de l’aptamère à l’échelle moléculaire. Dans l’ensemble, les études présentées ici ont offert la première démonstration qu’une activation directe de la CnA endogène a un impact significatif sur les processus cellulaires, résultant en la stimulation de la régénération musculaire et l’amélioration de l’état physiopathologique chez les modèles animaux utilisés. / Therapeutic approaches leading to the stimulation of regeneration, and/or inhibition of degeneration processes in neuromuscular disorders are believed to offer valid therapeutic strategies that would preserve muscle tone and contribute to the quality of life while lengthening patient life span. Activation of CalcineurinA (CnA), a threonine-serine phosphatase, controls gene regulatory programs in skeletal muscle by stimulating slow muscle fiber (type I) gene expression. This phosphatase has been also identified as a key mediator in the hypertrophic response and in skeletal muscle regeneration. Activation of CnA is, therefore, considered as a potentially interesting means of stimulating muscle regeneration in myopathies. We have identified a peptide aptamer that activates CnA in vitro, in cells and in vivo. In a mouse model for denervation-induced muscle atrophy, CnA-activating peptide aptamers show significant positive impact. This is reflected in larger overall muscle cross-sectional surface area due to an increased number of fibers and larger individual fiber surface area. Insight into the biological mechanism is afforded by observation of increased levels of nuclear NFAT transcription factor in these fibers, in agreement with peptide aptamer-mediated activation of CnA. Furthermore, a significant increase in central nuclei, characteristic of the presence of new fibers, is observed in muscles treated with the peptide aptamers specifically activating CnA. Identification of the specific binding site of the peptide aptamer on CnA was achieved using several truncations of the phosphatase, offering insight into the molecular mechanism of action. Together, these studies offer the first proof that direct activation of endogenous CnA has a measureable impact on cellular responses resulting in stimulation of muscle regeneration and enhancement of pathophysiological state in selected animal models. / Specifici approcci terapeutici diretti alla stimolazione della rigenerazione e/o dell’inibizione dei processi degenerativi in patologie neuromuscolari, sono considerati come strategie efficaci per preservare il tono muscolare e aumentare in questo modo la speranza di vita dei pazienti. L’attivazione della Calcineurin A (CnA), una treonina/serina fosfatasi, controlla una vasta gamma di vie di trasduzione nel muscolo scheletrico, stimolando in particolare l’espressione dei geni specifici delle fibre muscolari lente (tipo 1). La Cna rappresenta un elemento chiave nella risposta ipertrofica e nel processo di rigenerazione muscolare. Per questo motivo, l’attivazione della CnA é considerata come un’approccio terapeutico interessante per stimolare la rigenerazione muscolare nelle miopatie. Nel nostro laboratorio, abbiamo identificato un aptamero peptidico che attiva la CnA sia in vitro che in vivo. In un modello murino di atrofia muscolare indotta tramite denervazione, l’aptamero petidico risulta avere delle significative potenzialità terapeutiche. Tale effetto si riflette in un aumento della superficie totale delle sezioni trasversali dei muscoli trattati, dovuto all’aumento sia del numero delle fibre che alla loro superficie individuale. L’effetto dell’aptamero peptidico sull’attivazione della CnA , nelle fibre trattate in vivo é dimostrata dall’osservazione della localizzazione prevalentemente nucleare del fattore di trascrizione NFAT, principale substrato della CnA. Un notevole aumento di nuclei centrali, caratteristica principale del processo di rigenerazione muscolare, é inoltre osservato in queste fibre. L’identificazione del sito d’interazione dell’aptamero peptidico e la proteina tramite l’utilizzo di vari costrutti della CnA ha permesso di avanzare delle ipotesi sul meccanismo d’azione dell’aptamero a livello molecolare. In conclusione, gli studi esposti in questa tesi rappresentano la prima dimostrazione che la diretta attivazione della CnA endogena ha un notevole effetto sulla stimolazione della rigenerazione muscolare e porta al miglioramento dello stato fisio-patologico nei modelli murini utilizzati.

Neste estudo analisamos o envolvimento de E3 ligases sob três aspectos da plasticidade muscular esquelética: a perda de massa decorrente do desuso, a manutenção de fibras tipo I e II e a regeneração do tecido muscular. O primeiro objetivo foi determinar se leucina atenuaria a perda de massa provocada pela atrofia. Nossos dados mostraram que este aminoácido evitou a perda de massa, sobretudo através da inibição da expressão de E3 ligases. A seguir, analisamos se a ausência de duas E3 ligases, MuRF1 e MuRF2, poderia alterar a proporção de miofibras tipo I e tipo II. Detectamos que na ausência destas E3 ligases, a identidade de fibras tipo II era perdida, além destas fibras estarem protegidas da atrofia sem MuRF1. Por fim, analisamos o papel de MuRF1 e MuRF2 durante a regeneração. Os resultados mostraram que estas E3 ligases em conjunto são cruciais para a fisiologia das células-satélites e portanto para a regeneração do tecido. Esta tese mostrou que determinadas E3 ligases exercem um papel crucial para a plasticidade muscular. / In the present thesis we analyzed the involvement of E3 ligases under three aspects of skeletal muscle plasticity: mass loss resulting from disuse, maintenance of fiber type I and II and regeneration of muscle tissue. Our first aim was to determine whether leucine, was able to attenuate the mass loss caused by wasting. Our results showed that this amino acid prevented the mass loss, mainly by inhibiting the expression of E3 ligases. The second aim was to determine whether the absence of two E3 ligases, MuRF1 and MuRF2, could alter the proportion of type I and type II fibers. We found that in the absence of these E3 ligases, the identity of type II fibers was lost, and these fibers were protected against atrophy in the absence of MuRF1. Lastly, we analyze the role of MuRF1 and MuRF2 in muscle tissue regeneration. The results showed that these E3 ligases together are crucial to satellite-cells physiology and consequently an adequate tissue regeneration. This thesis show that certain E3 ligases can play a crucial role in muscle plasticity.