Der Skelettmuskel ist ein dynamisches Gewebe, das seine Funktionalität durch Anpassung des Gleichgewichts zwischen Proteinabbau und Proteinsynthese aufrechterhält. Kritisch kranke septische Patienten in der Intensivstation erleiden häufig eine dort erworbene tiefgreifende Muskelschwäche und –atrophie (intensive care unit acquired weakness, ICUAW). Es gibt Hinweise darauf, dass die Regenerationsfähigkeit des Muskels bei kritisch kranken Patienten beeinträchtigt ist. Die Pathogenese der ICUAW ist nur unzureichend verstanden, jedoch werden Sepsis und Entzündungen als führende Risikofaktoren angesehen. In früheren RNA-Sequenzierungsanalysen aus Muskeln septischer Mäuse wurde eine Herunterregulierung des Transforming Growth Factor beta (TGF-β)-Signals und eine erhöhte Genexpression von SPRY domain and SOCS-box containing protein 1 (SPSB1) gefunden. Ich stellte also die Hypothese auf, dass SPSB1 die Proteinhomöostase im Muskel beeinträchtigt, indem es den TGF-β/TβRII-Signalweg beeinflusst und eine entzündungsinduzierte Muskelatrophie verursacht. Die quantitative Echtzeit-Polymerase-Kettenreaktion verifizierte eine erhöhte Spsb1/SPSB1-Expression im Skelettmuskel von septischen Mäusen und ICUAW-Patienten. Die inflammatorischen Zytokine IL-6, IL-1β und Tumor-Nekrose-Faktor induzierten Spsb1 in C2C12-Myozyten in vitro. Die Überexpression von SPSB1 hemmte den TGF-β-Akt-Signalweg durch Destabilisierung von TβRII, was zu einer reduzierten Proteinsynthese in Myozyten führte. Als Konsequenz beeinträchtigte die SPSB1-Überexpression die Myogenese von C2C12-Myoblasten, gemessen an reduzierten Differenzierungs- und Fusionsindizes, sowie einer verminderten Protein- und mRNA-Expression der Differenzierungsfaktoren Mymk, Mymx, Myog, Myh1, 3 und 7. Zusammengenommen hemmt SPSB1 den TβRII-Signalweg im entzündeten Skelettmuskel, was die Myogenese beeinträchtigt. Daher könnte die Hemmung von SPSB1 hilfreich sein, um entzündungsinduziertes Muskelversagen zu verhindern. / Skeletal muscle is a dynamic tissue which maintains its functionality by adapting the balance between protein degradation and protein synthesis. Critically ill septic patients often develop intensive care unit acquired weakness (ICUAW), characterized by profound muscle weakness and atrophy. Emerging evidence suggests that the regenerative ability is impaired in patients with ICUAW. However, the pathogenesis of this disease is poorly understood. Sepsis and inflammation are considered as leading risk factors for ICUAW. In previous RNA sequencing analyses from muscle of septic mice, downregulation of transforming growth factor beta (TGF-β)-signaling and an increased gene expression of SPRY domain and SOCS-box containing protein 1 (SPSB1) have been found. If SPSB1 and TGF-β signaling play a role in inflammation-induced muscle atrophy was unknown. I hypothesized that SPSB1 impairs protein homeostasis in muscle by affecting TGF-β/TβRII signaling and causes inflammation-induced muscle atrophy. Quantitative real-time polymerase chain reaction verified increased Spsb1/SPSB1 expression in skeletal muscle of septic mice and ICUAW patients. The inflammatory cytokines IL-6, IL-1β and tumor necrosis factor induced Spsb1 in C2C12 myocytes in vitro. Overexpression of SPSB1 inhibited the TGF-β-Akt signaling pathway by destabilization of TβRII, leading to reduced protein synthesis in myocytes. These effects on TβRII signaling were mediated by the SPRY- and SOCS-box domains of SPSB1. As a consequence, SPSB1 overexpression impaired myogenesis of C2C12 myoblasts as measured by reduced differentiation and fusion indices, decreased protein and mRNA expression of the differentiation factors Mymk, Mymx, Myog, Myh1, 3 and 7. Taken together, SPSB1 binds and inhibits TβRII signaling in the inflammatory skeletal muscle resulting in impaired myogenesis. Therefore, inhibition of SPSB1 could be useful to prevent inflammation-induced muscle failure.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:HUMBOLT/oai:edoc.hu-berlin.de:18452/24709 |
| Date | 02 February 2022 |
| Creators | Li, Yi |
| Contributors | Sommer, Thomas, Fielitz, Jens, Gotthardt, Michael |
| Publisher | Humboldt-Universität zu Berlin |
| Source Sets | Humboldt University of Berlin |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | doctoralThesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | (CC BY-NC-ND 4.0) Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International, https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ |
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