冷却诱导的细胞内过氧化的变化和鼠标骨肌中的基因表达 in vivo
Ryotaro Kano1,2, Reo Takeda1,3, Yuta Sotani1
1Department of Engineering Science, Bioscience and Technology Program, University of Electro-Communications, Chofu, Tokyo, Japan.
概括
冷却小鼠的骨肌改变了细胞内过氧化 (H2O2) 水平,间歇性冷却促进了抗氧化基因 Nrf2 的表达. 然而,持续冷却减少了关键的抗氧化基因,揭示了细胞对温度变化的明显反应.
科学领域:
- 细胞生理学 细胞生理学
- 分子生物学分子生物学
- 骨肌肉研究 骨肌肉研究
背景情况:
- 细胞内过氧化 (H2O2) 度变化调节细胞适应.
- 骨肌肉的冷却会影响H2O2水平和抗氧化基因表达.
- 在冷却过程中,H2O2变化与基因表达之间的确切的温度依赖性和定量关系尚不清楚.
研究的目的:
- 调查假设在冷却/回暖过程中细胞质和线粒体H2O2的差异变化决定了与H2O2相关的基因表达模式.
- 描述H2O2在冷却过程中骨肌肉变化的温度依赖.
- 确定H2O2变化与抗氧化剂基因表达之间的定量关系.
主要方法:
- 使用基因改造的小鼠表达H2O2敏感的光蛋白 (HyPer7和MLS-HyPer7) 在小腿前肌.
- 在体内成像中使用,在冷却协议 (35°C至0°C) 期间测量细胞和线粒体H2O2的温度依赖变化.
- 应用了两种冷却模式:间歇冷却 (I-Cool) 和持续冷却 (S-Cool) 到13°C,持续60分钟,随后实时进行基因表达的PCR分析.
主要成果:
- 观察到H2O2的下降从35°C到13°C在两个区间,在细胞质中更大. 降温低于12°C会导致H2O2的反弹增加,特别是在细胞质中.
- 间歇冷却 (I-Cool) 显著增加了Nrf2 mRNA水平 (+15%).
- 持续冷却 (S-Cool) 显著降低了抗氧化基因Sod2 (-20%),Cat (-23%) 和Ucp3 (-30%) 的mRNA水平.
结论:
- 在肌肉纤维的细胞和线粒体区中,最显著的温度依赖的H2O2下降发生在13°C左右.
- 间歇性冷却通过增加Nrf2 mRNA表达来促进适应性反应.
- 持续冷却似乎通过降低关键抗氧化剂相关基因的调节来抑制抗氧化剂防御机制,这表明不同的冷却模式会激活不同的分子通路.
