اثر یک دوره تمرین هوازی بر فعالیت فاکتور رونویسی Mondo A و ژن‌های هدف آن در عضله اسکلتی موش‌های پیش دیابت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
ناهید صادقیان رنانی 1
سید محمد مرندی 2
جلیل رئیسی 3
زهرا صفایی نژاد 4
محمد حسین نصراصفهانی 5
1 دانشجوی دکتری فیزیولوژی ورزشی، گروه فیزیولوژی ورزشی دانشکده علوم ورزشی، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران
2 استاد فیزیولوژی ورزشی، دانشکده علوم ورزشی، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران
3 استادیار فیزیولوژی ورزشی، دانشکده علوم ورزشی، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران
4 دکتری تخصصی سلول تکوینی جانوری، پژوهشگاه رویان، پژوهشکده زیست فناوری جهاد دانشگاهی، مرکز تحقیقات علوم سلولی، گروه زیست فناوری جانوری، اصفهان، ایران
5 استاد جنین شناسی، پژوهشگاه رویان، پژوهشکده زیست فناوری جهاددانشگاهی، مرکز تحقیقات علوم سلولی، گروه زیست فناوری جانوری، اصفهان، ایران
10.22089/spj.2023.15165.2268
چکیده
اهداف: عضلات اسکلتی نقش مهمی در هومئوستاز کل بدن دارند.هر گونه اختلال در عملکرد عضلات اسکلتی می‌تواند زمینه ساز بروز مشکلات متابولیکی از جمله پیش دیابت و دیابت نوع 2 شود. MondoA یک فاکتور رونویسی است که در شرایط طبیعی با افزایش میزان گلوکز داخل سلول فعال شده و ژن‌های TXNIPو ARRDC4 را رونویسی می‌کند.هدف از مطالعه حاضر بررسی اثر تمرین هوازی بر میزان فعالیت فاکتور رونویسی MondoA و بیان ژن‌های هدف آن در عضله اسکلتی موش‌های مدل پیش دیابت می‌باشد.مواد و روش‌ها: 15 موش نر(C57BL/6)4 هفته ای با وزن تقریبی 12-14 گرم به منظور القای پیش دیابت به مدت 12 هفته با رژیم غذایی پرچرب تغذیه شدند.پس از القای پیش دیابت، موش ها به دو گروه رژیم غذایی پرچرب(5 موش/ بدون تمرین) و گروه تمرین هوازی(5 موش/ 10 هفته تمرین هوازی)تقسیم شدند.پروتکل تمرین هوازی به صورت دویدن بر تردمیل 5 روز در هفته و 45 دقیقه در روز با سرعت فزاینده از 15 الی 23 متر بر دقیقه با شدت متوسط انجام شد.نتایج: یافته‌ها نشان داد، تمرین ورزشی می‌تواند گلوکز خون و مقاومت انسولینی را کاهش دهد( p < 0:001).همچنین تمرین ورزشی سطح نسبی بیان ژن‌هایTXNIP( p < 0: 01)،ARRDC4( p < 0:05) و حضور فاکتور رونویسی MondoA در هسته را کاهش داد (p < 0.01. همچنین بیان پروتئین Glut4 در غشای سلول افزایش یافت( p < 0:01).نتیجه گیری: به طور کلی نتایج نشان می‌دهد که تمرین هوازی می‌تواند از طریق کاهش فعالیت MondoA در هسته و افزایش حضور Glut4 در غشای سلول در کاهش قند خون موثر باشد.
کلیدواژه‌ها
تمرین هوازی
MondoA
TXNIP
ARRDC4
عضلات اسکلتی
پیش دیابت

موضوعات

  1. Khetan AK, Rajagopalan S. Prediabetes. Canadian Journal of Cardiology. 2018;34(5):615-23.
  2. Tabák AG, Herder C, Rathmann W, Brunner EJ, Kivimäki M. Prediabetes: a high-risk state for diabetes development. The Lancet. 2012;379(9833):2279-90.
  3. Esteghamati A, Larijani B, Aghajani MH, Ghaemi F, Kermanchi J, Shahrami A, et al. Diabetes in Iran: prospective analysis from first nationwide diabetes report of National Program for Prevention and Control of Diabetes (NPPCD-2016). Scientific Reports. 2017;7(1):1-10.
  4. Andes LJ, Cheng YJ, Rolka DB, Gregg EW, Imperatore G. Prevalence of prediabetes among adolescents and young adults in the United States, 2005-2016. JAMA Pediatrics. 2020;174(2):e194498-e.
  5. Echouffo-Tcheugui JB, Selvin E. Prediabetes and what it means: the epidemiological evidence. Annual Review of Public Health. 2021;42:59-77.
  6. DeFronzo RA, Ferrannini E, Groop L, Henry RR, Herman WH, Holst JJ, et al. Type 2 diabetes mellitus. Nature reviews Disease Primers. 2015;1(1):1-22.
  7. DeFronzo RA, Tripathy D. Skeletal muscle insulin resistance is the primary defect in type 2 diabetes. Diabetes Care. 2009;32(suppl_2):S157-S63.
  8. Li M, Li X, Zhang H, Lu Y. Molecular mechanisms of metformin for diabetes and cancer treatment. Frontiers in Physiology. 2018;9:1039-46.
  9. Song Z, Yang H, Zhou L, Yang F. Glucose-sensing transcription factor MondoA/ChREBP as targets for type 2 diabetes: opportunities and challenges. International Journal of Molecular Sciences. 2019;20(20):5132.
  10. Cade WT. The manifold role of the mitochondria in skeletal muscle insulin resistance. Current Opinion in Clinical Nutrition and Metabolic Care. 2018;21(4):267.
  11. Ahn B, Wan S, Jaiswal N, Vega RB, Ayer DE, Titchenell PM, et al. MondoA drives muscle lipid accumulation and insulin resistance. JCI Insight. 2019;4(15):1-16.
  12. Peterson CW, Ayer DE. An extended Myc network contributes to glucose homeostasis in cancer and diabetes. Frontiers in Bioscience-Landmark. 2011;16(6):2206-23.
  13. Stoltzman CA, Peterson CW, Breen KT, Muoio DM, Billin AN, Ayer DE. Glucose sensing by MondoA: Mlx complexes: a role for hexokinases and direct regulation of thioredoxin-interacting protein expression. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2008;105(19):6912-7.
  14. Zhang X, Fu T, He Q, Gao X, Luo Y. Glucose-6-phosphate upregulates Txnip expression by interacting with MondoA. Frontiers in Molecular Biosciences. 2020;6:147.
  15. Yoshihara E. TXNIP/TBP-2: a master regulator for glucose homeostasis. Antioxidants. 2020;9(8):765.
  16. Waldhart AN, Dykstra H, Peck AS, Boguslawski EA, Madaj ZB, Wen J, et al. Phosphorylation of TXNIP by AKT mediates acute influx of glucose in response to insulin. Cell Reports. 2017;19(10):2005-13.
  17. Richards P, Ourabah S, Montagne J, Burnol A-F, Postic C, Guilmeau S. MondoA/ChREBP: the usual suspects of transcriptional glucose sensing; Implication in pathophysiology. Metabolism. 2017;70:133-51.
  18. Imamura M, Chang BH-J, Kohjima M, Li M, Hwang B, Taegtmeyer H, et al. MondoA deficiency enhances sprint performance in mice. Biochemical Journal. 2014;464(1):35-48.
  19. Ahn B, Soundarapandian MM, Sessions H, Peddibhotla S, Roth GP, Li J-L, et al. MondoA coordinately regulates skeletal myocyte lipid homeostasis and insulin signaling. The Journal of Clinical Investigation. 2016;126(9): 3567-3579.
  20. Mohammad Alhawiti N, Al Mahri S, Azhar Aziz M, Shafi Malik S, Mohammad S. TXNIP in metabolic regulation: physiological role and therapeutic outlook. Current Drug Targets. 2017;18(9):1095-103.
  21. Parikh H, Carlsson E, Chutkow WA, Johansson LE, Storgaard H, Poulsen P, et al. TXNIP regulates peripheral glucose metabolism in humans. PLoS Medicine. 2007;4(5):e158.
  22. Stevanović J, Beleza J, Coxito P, Ascensão A, Magalhães J. Physical exercise and liver “fitness”: Role of mitochondrial function and epigenetics-related mechanisms in non-alcoholic fatty liver disease. Molecular Metabolism. 2020;32:1-14.
  23. Stanford KI, Goodyear LJ. Exercise and type 2 diabetes: molecular mechanisms regulating glucose uptake in skeletal muscle. Advances in Physiology Education. 2014;38(4):308-14.
  24. Richter EA, Hargreaves M. Exercise, GLUT4, and skeletal muscle glucose uptake. Physiological Reviews. 2013;93(3):993-1017.
  25. Park SS, Seo Y-K. Excess accumulation of lipid impairs insulin sensitivity in skeletal muscle. International Journal of Molecular Sciences. 2020;21(6):1949.
  26. Chaves AB, Miranda ER, Mey JT, Blackburn BK, Fuller KN, Stearns B, et al. Exercise reduces the protein abundance of TXNIP and its interacting partner REDD1 in skeletal muscle: potential role for a PKA-mediated mechanism. Journal of Applied Physiology. 2022;132(2):357-66.
  27. Kawamoto E, Tamakoshi K, Ra S-G, Masuda H, Kawanaka K. Immobilization rapidly induces thioredoxin-interacting protein gene expression together with insulin resistance in rat skeletal muscle. Journal of Applied Physiology. 2018;125(2):596-604.
  28. Ra SG, Kawamoto E, Koshinaka K, Iwabe M, Tomiga Y, Iizawa H, et al. Acute bout of exercise downregulates thioredoxin‐interacting protein expression in rat contracting skeletal muscles. Physiological Reports. 2020;8(11):e14388.
  29. Chai TF, Hong SY, He H, Zheng L, Hagen T, Luo Y, et al. A potential mechanism of metformin-mediated regulation of glucose homeostasis: inhibition of Thioredoxin-interacting protein (Txnip) gene expression. Cellular Signalling. 2012;24(8):1700-5.
  30. Johnson ML, Distelmaier K, Lanza IR, Irving BA, Robinson MM, Konopka AR, et al. Mechanism by which caloric restriction improves insulin sensitivity in sedentary obese adults. Diabetes. 2016;65(1:)74-84.
  31. Choi B-K, Park S-B, Lee D-R, Lee HJ, Jin Y-Y, Yang SH, et al. Green coffee bean extract improves obesity by decreasing body fat in high-fat diet-induced obese mice. Asian Pacific Journal of Tropical Medicine. 2016;9(7):635-43.
  32. Akbarian F, Rahmani M, Tavalaee M, Abedpoor N, Taki M, Ghaedi K, et al. Effect of different high-fat and advanced glycation end-products diets in obesity and diabetes-prone C57BL/6 mice on sperm function. International Journal of Fertility & Sterility. 2021;15(3):
  33. Abdollahi M, Marandi SM, Ghaedi K, Safaeinejad Z, Kazeminasab F, Shirkhani S, et al. Insulin-related liver pathways and the therapeutic effects of aerobic training, green coffee, and chlorogenic acid supplementation in prediabetic mice. Oxidative Medicine and Cellular Longevity. 2022;2022:1-14.
  34. Dougherty JP, Springer DA, Gershengorn MC. The treadmill fatigue test: a simple, high-throughput assay of fatigue-like behavior for the mouse. JoVE (Journal of Visualized Experiments). 2016(111):e54052.
  35. Baek K-W, Gim J-A, Park J-J. Regular moderate aerobic exercise improves high-fat diet-induced nonalcoholic fatty liver disease via monoacylglycerol O-acyltransferase 1 pathway suppression. Journal of Sport and Health Science. 2020;9(5):472-8.
  36. Ghareghani P, Shanaki M, Ahmadi S, Khoshdel AR, Rezvan N, Meshkani R, et al. Aerobic endurance training improves nonalcoholic fatty liver disease (NAFLD) features via miR-33 dependent autophagy induction in high fat diet fed mice. Obesity research & Clinical Practice. 2018;12(1):80-9.
  37. Ma Y, Gao M, Liu D. Chlorogenic acid improves high fat diet-induced hepatic steatosis and insulin resistance in mice. Pharmaceutical Research. 2015;32:1200-9.
  38. Ok D-P, Ko K, Bae JY. Exercise without dietary changes alleviates nonalcoholic fatty liver disease without weight loss benefits. Lipids in Health and Disease. 2018;17:1-7.
  39. Wang T-Y, Wang X-H. Effects of aerobic exercise on PPARα signaling in diabetes rats and its association with PPARγ. Zhongguo Ying Yong Sheng li xue za zhi= Zhongguo Yingyong Shenglixue Zazhi= Chinese Journal of Applied Physiology. 2020;36(4):312-7.
  40. Yang J, Sáinz N, Félix-Soriano E, Gil-Iturbe E, Castilla-Madrigal R, Fernández-Galilea M, et al. Effects of long-term DHA supplementation and physical exercise on non-alcoholic fatty liver development in obese aged female mice. Nutrients. 2021;13(2):501.
  41. Li H, Dun Y, Zhang W, You B, Liu Y, Fu S, et al. Exercise improves lipid droplet metabolism disorder through activation of AMPK-mediated lipophagy in NAFLD. Life Sciences. 2021;273:119314.
  42. Jois T, Howard V, Youngs K, Cowley MA, Sleeman MW. Dietary macronutrient composition directs ChREBP isoform expression and glucose metabolism in mice. PLoS One. 2016;11(12):e0168797.
  43. Ran H, Lu Y, Zhang Q, Hu Q, Zhao J, Wang K, et al. MondoA is required for normal myogenesis and regulation of the skeletal muscle glycogen content in Mice. Diabetes & Metabolism Journal. 2021;45(3):439-51.
  44. Havula E, Hietakangas V, editors. Glucose sensing by ChREBP/MondoA–Mlx transcription factors. Seminars in Cell & Developmental Biology. 2012;23(6):640-7.
  45. Han K-S, Ayer DE. MondoA senses adenine nucleotides: transcriptional induction of thioredoxin-interacting protein. Biochemical Journal. 2013;453(2):209-18.
  46. Hirosumi J, Tuncman G, Chang L, Görgün CZ, Uysal KT, Maeda K, et al. A central role for JNK in obesity and insulin resistance. Nature. 2002;420(6913):333-6.
  47. Zhu X, Zhang F, Chen J, Zhao Y, Ba T, Lin C, et al. The effects of supervised exercise training on weight control and other metabolic outcomes in patients with type 2 diabetes: a meta-analysis. International Journal of Sport Nutrition and Exercise Metabolism. 2022;1(aop):1-9.
  48. Havula E, Teesalu M, Hyötyläinen T, Seppälä H, Hasygar K, Auvinen P, et Mondo/ChREBP-Mlx-regulated transcriptional network is essential for dietary sugar tolerance in Drosophila. PLoS Genetics. 2013;9(4):e1003438.
  49. Görgens SW, Benninghoff T, Eckardt K, Springer C, Chadt A, Melior A, et al. Hypoxia in combination with muscle contraction improves insulin action and glucose metabolism in human skeletal muscle via the HIF-1α pathway. Diabetes. 2017;66(11):2800-7.
فیزیولوژی ورزشی
دوره 15، شماره 58
تیر 1402
صفحه 149-180

  • تاریخ دریافت 11 تیر 1402
  • تاریخ بازنگری 17 مهر 1402
  • تاریخ پذیرش 29 آذر 1402