РЕГУЛЯЦИЯ МЕТАБОЛИЗМА СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ ЭПИГЕНЕТИЧЕСКИМИ ФАКТОРАМИ
PDF

Ключевые слова

эпигенетика
метилирование ДНК
модификация гистонов
микроРНК
физическая нагрузка

Как цитировать

Астратенкова, И. В., Ахметов, И. И., Гольберг, Н. Д., & Рогозкин, В. А. (2019). РЕГУЛЯЦИЯ МЕТАБОЛИЗМА СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ ЭПИГЕНЕТИЧЕСКИМИ ФАКТОРАМИ. Российский физиологический журнал им. И. М. Сеченова, 105(9), 1113–1121. https://doi.org/10.1134/S0869813919090036

Аннотация

В регуляции метаболизма скелетных мышц участвует сложный набор молекулярных механизмов, включая генетические и эпигенетические факторы. Каскады реакций, связанные с посттрансляционной модификацией белков, являются универсальным механизмом контроля внутриклеточного обмена веществ, обеспечивающего дифференцировку, трансформацию, гипертрофию и атрофию мышечных клеток. Эпигенетическая регуляция экспрессии генов в скелетных мышцах человека включает три процесса: метилирование ДНК, модификацию гистонов и взаимодействие мРНК с микроРНК. В статье рассматриваются возможные механизмы эпигенетической регуляции внутриклеточного метаболизма скелетных мышц при выполнении однократных и систематических физических нагрузок. Основное внимание обращено на эпигенетическую регуляцию экспрессии структурных и метаболических генов в скелетных мышцах при различных функциональных состояниях человека.

https://doi.org/10.1134/S0869813919090036
PDF

Литература

Su X., Wellen K.E., Rabinowitz J.D. Metabolic control of methylation and acetylation. Current Opinion in Chem. Biol. 30: 52-60. 2016.

Dean W. Pathways of DNA demetylation. Adv. Exp. Med. Biol. 945: 247-274. 2016.

Yin X., XuY. Structure and function of TET enzymes. Adv. Exp. Med. Biol. 945: 275-302. 2016.

Ravichandran M., Jurkowska R.Z., Jurkowski T.P. Target specificity of mammalian DNA methylation and demethylation machinery. Org. Biomol. Chem. 16(9):1419-1435. 2018. doi:10.1039/c7ob02574b

Sharples A.P., Stewart C.E., Seaborne R.A. Does skeletal muscle have an epi-memory? The role of epigenetics in nutritional programming, metabolic disease, aging and exercise. Aging Cell. 15: 603-616. 2016.

Begue G., Rane U., Jemiolo B., Trappe S. DNA mutilation assessment from human slow-and fast-twitch skeletal muscular fibers. J. Apply. Physiol. 122(4): 952-967. 2017.

Barres R., Yan J., Edan B., Treebak J.T., Rasmunssen M., Fritz T., Caidahl K., Krook A., O’Gorman D.J., Zierath J.R. Acute exercise remodels promoter methylation in human skeletal muscule. Cell Metab. 15(3): 405-411. 2012.

Howletd K.F., McGee S.L. Epigenetic regulation of skeletal muscle metabolism. Clin. Sci. 130: 1051-1063. 2016.

Lindholm M.E., Marabita F., Gomez-Cabrero D., Rundqvist H., Ekstrom T.J., Tenger J., Sudberg C.I. An integrative analysis reveals coordinates reprogramming of the epigenome and the transcriptome in human skeletal muscle offer training. Epigenetics. 9(12): 1557-1569. 2014.

Hoffman N.J. Omics and exercise: global approaches for mapping exercise biological networks. Cold Spring Harbor Perspect Med. 7. a 029884. 2017.

Ling C., Ronn T. Epigenetic adaptation to regular exercise in human. Drug Discovery Today. 19(7): 1015-1018. 2014.

Rasmussen M., Zierath J., Barres R. Dynamic epigenetic responses to muscle contraction. 19(7): 1010-1014. 2014.

Астратенкова И.В., Рогозкин В.А. Роль ацетилирования/деацетилирования гистонов и транскрипционных факторов в регуляции метаболизма в скелетных мышцах. Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 103(6): 593-605. 2017. [Astratenkova I.V., Rogozkin V.A. The role of acetylation /deacetylation of histones and transcription factors in the regulation of skeletal muscle metabolism. Russ. J. Physiol. 103(6): 593-605. 2017. (In Russ.)].

McGee S.L., Walder K.R. Exercise and the skeletal muscle epigenome. Cold Spring Harb. Perspect. Med. 7(9). a029876. 2017.

Ameres S., Zamore P. Diversifying microRNA sequence and function. Nat. Rev. Biol. Mol. Cell. 14(8): 475-488. 2013.

Finnegan E.F., Pasquinelli A.E. MicroRNA biogenesis: regulating the regulators. Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. 48(1): 51-68. 2013.

Pilotte J., Dupont-Versteegden E.E., Vanderklish P.W. Widespread regulation of miRNA biogenesis at the Dicer step by the cold-inducible RNA-binding protein, RBM3. PLoS ONE 6(12): e8446. 2011.

Langenberger D., Cakir M. V., Hoffman S., Slaider P.F. Dicer-processed small RNAs rules and exceptions. J. Exp. Zool. B Mol. Dev. Evol. 320(1): 35-46. 2013.

Cheloufi S., Dos Santos C.O., Chong M.M., Hannon G.J. A dicer-independent miRNA biogenesis pathway that requires Ago catalysis. Nature. 465(7296): 584-589. 2010.

Астратенкова И.В., Рогозкин В.А. Участие микроРНК в регуляции метаболизма скелетных мышц. Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 101(7): 745-757. 2015. [Astratenkova I.V., Rogozkin V.A. The role of microRNAs in the regulation of muscle metabolism. Russ. J. Physiol. 101(7): 745-757. 2015. (In Russ.)].

Pasquielli A. E. MicroRNAs and their targets: recognition, regulation and an emerging reciprocal relationship. Nat. Rev. Genet. 13(4): 271-282. 2012.

Roberts T. C., Godfrey C., McClorey G., Vader P., Briggs D., Gardinre C. Extracellular microRNAs are dynamic non-vesicular biomarkers of muscle turnover. Nucleic Acids Res. 41(20): 9500-9513. 2013.

Aoi W. Frontier impact of microRNAs in skeletal muscle research: a future perspective. Front Physiol. 5: 495. 2014.

Bandiera S., Mategot R., Girard M., Demongeot J., Herion-Caude A. MitomiRs delineating the intracellular localization of microRNAs at mitochondria. Free Radic. Biol. Med. 64: 12-19. 2013.

Tomasetti M., Neuzil J., Dong L. MicroRNAs as regulators of mitochondrial function: role in cancer suppression. Biochem. Biophys. Acta. 1840(4): 1441-1453. 2014.

Demongeot J., Hazgui H., Bandiera S., Cohen O., Herion-Caude A. MitomiRs, chloromiRs and modeling of the microRNA inhibition. Acta Biother. 61(3): 367-383. 2013.

Duare F., Palmeira C., Rolo A. The role of microRNAs in mitochondria: small players acting wide. Genes. 5 (4): 865-886. 2014.

Das S., Ferlito M., Kent O.A., Fox-Talbot K., Wang R., Liu D., Raghavachari N., Yang Y., Wheelan S.J., Murphy E. Nuclear miRNA regulates the mitochondrial genome in the heart. Circ. Res. 110 (12): 1596-1603. 2012.

Kirby T.J., Chaillou T., McCarthy J.J. The role of microRNAs in skeletal muscle health and disease. Front. Biosci. 20: 37-77. 2015.

Rowlands D. S., Page R. A., Sukala W. R., Giri M., Ghimbovschi S. D., Hayat I. Multi-Omic integrated networks connect DNA methylation and microRNA with skeletal muscle plasticity to chronic exercise in type 2 diabetic obesity. Physiol. Genomics. 46(20): 747-765. 2014.

Nielsen S., Scheele C., Yfanti C., Akerstrom T., Nielsen A.R., Pedersen B.K. Muscle specific microRNAs are regulated by endurance exercise in human skeletal muscle. J. Physiol. (London) 588(20): 4029-4037. 2010.

Russell A.P., Lamon S., Boon H., Wada S., Guller I., Brown E.L., Chibalin A.V. Regulation of miRNAs in human skeletal muscle following acute endurance exercise and short-term endurance training. J. Physiol. 591(18): 4637-4653. 2013.

van Rooij E., Quiat D., Johnson B.A., Suthherland L.B., Qi X., Richardson J.A. A family of microRNAs encoded by myosin genes governs myosin expression and muscle performance. Dev. Cell. 17(5): 662-673. 2009.

Cui S., Wang C., Yin X., Tian D., Lu Q., Zhang C., Chen X., Ma J. Similar responses of circulating microRNAs to acute high-intensity interval exercise and vigorous-intensity continuous exercise. Front. Physiol. 7. 102. 2016.

Sapp R.M., Shill D.D., Rofh S.M., Hagberg J.M. Circulating microRNAs in acute and chronic exercise: more than mere biomarkers. J. Appl. Physiol. 122: 702-717. 2017.

Wardle S., Baiey M.E., Kilikevicius A., Malkova D., Wilson R.H., Venckunas T., Morgan C.N. Plasma microRNA levels differ between endurance and strength athletes. PLOS ONE. 2015. doi 10.1371/journal.pone 0122107