Dokument: Characterization of the exercise-induced secretome of insulin sensitive and insulin resistant skeletal muscle cells
| Titel: | Characterization of the exercise-induced secretome of insulin sensitive and insulin resistant skeletal muscle cells | |||||||
| Weiterer Titel: | Charakterisierung des kontraktions-induzierten Sekretoms von Insulin sensitiven und Insulin resistenten Skelettmuskelzellen | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=66357 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20240711-135807-2 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Förster, Pia Marlene [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Al-Hasani, Hadi [Gutachter] Prof. Dr. Scheller, Jürgen [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit | |||||||
| Beschreibungen: | Skeletal muscle is an endocrine organ that secretes proteins (myokines) to communicate with other organs in an autocrine, paracrine, and endocrine manner. Contraction-induced myokines are released from skeletal muscle cells and are thought to mediate the health-promoting effects of exercise. Electrical pulse stimulation (EPS) is a widely used method to stimulate contractile activity in skeletal muscle cells in vitro. Recent studies have identified contraction-induced myokines released in response to EPS, however, the knowledge about the composition of the muscle secretome of contracting skeletal muscle cells is limited.
In the present thesis, the muscle secretomes of the two most commonly used cell culture models, murine C2C12 cells and human skeletal muscle cells (HSkMCs), were investigated after acute (6h) low-frequency EPS. In both cell culture models, EPS induced contractile activity concurrent with activation of the AMPK signaling pathway. Analysis of muscle secretomes by high-resolution mass spectrometry (MS) identified 1,440 and 385 novel myokines secreted by murine and human myotubes, respectively. While EPS induced the secretion of hundreds of proteins, the overlap of myokines in both murine and human secretomes was moderate, suggesting that EPS induced a distinct myokine secretion profile in both cell models. Secondly, the effect of EPS on the muscle secretome of insulin sensitive and insulin resistant HSkMCs was investigated. An in vitro protocol was established by exposing human myotubes to high levels (800 μM) of palmitic acid. Insulin resistance was characterized by impaired insulin signaling and reduced insulin-stimulated glycogen synthesis in HSkMCs. MS analysis revealed differences in the secretomes of resting and contracting insulin sensitive and resistant myotubes, indicating that the myokine secretion profile is altered in the insulin resistant state. A comprehensive analysis of the secreted proteins revealed a distinct myokine pattern in contracting human myotubes, comprising 70 myokines exclusively secreted in insulin sensitive cells and 93 myokines exclusively secreted in insulin resistant cells. Lastly, bioinformatics analysis suggests that several different secretory pathways are altered in insulin resistant cells, leading to a different balance of classical and unconventional protein secretion (UPS). In conclusion, insulin resistant HSkMCs exhibit distinct alterations in myokine secretion, which may affect, at least in part, the metabolic response to exercise in type 2 diabetes. Moreover, comparative analysis of the secretomes underscore the importance of studies using HSkMCs to translate the knowledge gained to the human system. Further studies are needed to investigate i) the underlying mechanisms that cause the changes in the myokine profile of insulin resistant HSkMCs, and ii) the impact of differentially secreted myokines on human metabolism.Der Skelettmuskel ist ein endokrines Organ, das Proteine (Myokine) sekretiert, um mit anderen Organen auf auto-, para- und endokrine Weise zu kommunizieren. Durch die Muskelkontraktion werden Myokine freigesetzt, von denen angenommen wird, dass sie an den gesundheitsfördernden Effekten körperlicher Aktivität beteiligt sind. Die Elektrische Puls Stimulation (EPS) ist eine weit verbreitete Methode, um die kontraktile Aktivität von Skelettmuskelzellen in vitro zu simulieren. Mehrere Studien haben bereits kontraktionsinduzierte Myokine identifiziert, jedoch ist das bisherige Wissen über die Zusammensetzung des Muskelsekretoms kontrahierender Skelettmuskelzellen begrenzt. In der vorliegenden Arbeit wurden die Sekretomprofile der beiden am häufigsten verwendeten Zellkulturmodelle, murine C2C12 Skelettmuskelzellen und humane Skelettmuskelzellen (HSkMCs), nach akuter (6h) Niederfrequenz-EPS untersucht. In beiden Zellkulturmodellen führte die EPS zu einer kontraktilen Aktivität, die mit der Aktivierung des AMPK-Signalweges einherging. Die Analyse der Muskelsekretome mittels hochauflösender Massenspektrometrie (MS) identifizierte 1440 (C2C12) bzw. 385 (HSkMCs) bislang nicht beschriebene Myokine. Obwohl die EPS die Sekretion von Hunderten von Proteinen induzierte, war die Überlappung der Myokine beider Sekretome moderat. Des Weiteren wurde die Wirkung von der EPS auf das Muskelsekretom von insulinsensitiven und insulinresistenten HSkMCs untersucht. Insulinresistenz wurde in vitro durch die Behandlung von humanen Myotuben mit Palmitinsäure erzeugt, welche durch eine Beeinträchtigung der Insulinsignaltransduktion sowie einer reduzierten insulin-stimulierten Glykogensynthese im Skelettmuskel charakterisiert wurde. Die MS-Analyse ergab Unterschiede in den Sekretomen von ruhenden und kontrahierenden insulinsensitiven und resistenten Myotuben, was darauf hindeutet, dass das Myokin-Sekretionsprofil im insulinresistenten Zustand verändert ist. Insgesamt induzierte die EPS die Sekretion von 70 Myokinen ausschließlich von insulinsensitiven und 93 Myokinen ausschließlich von insulinresistenten Zellen. Des Weiteren zeigten bioinformatische Analysen des insulinresistenten Sekretoms Veränderungen innerhalb der konventionellen und unkonventionellen Sekretionswege. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass insulinresistente HSkMCs deutliche Veränderungen in der Myokinsekretion aufweisen, die zumindest teilweise die metabolische Reaktion auf körperliche Betätigung bei Diabetes mellitus Typ 2 beeinflussen können. Darüber hinaus unterstreicht die vergleichende Analyse der Sekretome beider Spezies die Bedeutung von Studien mit HSkMCs, um die gewonnenen Erkenntnisse auf das menschliche System zu übertragen. Weitere Studien sind erforderlich, um i) die zugrundeliegenden Mechanismen zu untersuchen, die die Veränderungen im Myokinprofil von insulinresistenten HSkMCs verursachen, und ii) die Auswirkungen der unterschiedlich sezernierten Myokine auf den menschlichen Stoffwechsel. | |||||||
| Lizenz: |  Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Pharmazie | |||||||
| Dokument erstellt am: | 11.07.2024 | |||||||
| Dateien geändert am: | 11.07.2024 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 10.04.2024 | |||||||
| Datum der Promotion: | 27.06.2024 |
