مقایسة تأثیر هشت هفته تمرین تداومی هوازی و تناوبی پرشدت بر بیان ژن‌های eF2K، mTORC1 و eEF2 در ماهیچه نعلی موش‌های صحرایی نر نژاد ویستار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه فیزیولوژی ورزشی، دانشکده تربیت بدنی وعلوم ورزشی، دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 گروه علوم زیستی ورزش و سلامت، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

زمینه و هدف: سازوکار ساخت پروتئین ماهیچه از مسیر mTORC1 و مسیرهای پایین‌دستی خاصی از جمله eEF2 کنترل می‌شود که افزایش اندازة تار ماهیچة اسکلتی را به حداکثر می‌رساند. هدف از پژوهش حاضر مقایسة تأثیر هشت هفته تمرین تداومی هوازی و تناوبی پرشدت بر بیان ژن‌های mTORC1 ,eEF2K ,eEF2 در ماهیچة نعلی موش‌های صحرایی نر نژاد ویستار بود.
مواد و روش‌ها:  بدین منظور 24 سر موش صحرایی نر نژاد ویستار با میانگین وزنی 280-300 گرم و سن هشت هفته، تصادفی به سه گروه تمرین تناوبی با شدت بالا، تمرین تداومی استقامتی و کنترل تقسیم شدند. روش تمرین عبارت بود از هشت هفته تمرین تداومی هوازی و تناوبی با شدت بالا که با شیب 15 درجه آغاز شد. در تمرین تناوبی شدت تمرین از دو تکرار با شدت بالا (85-95% V̇O2 max) در هفتة اول به پنج تکرار پرشدت و مدت تمرین از 40 دقیقه در هفتة اول به 70 دقیقه در هفتة آخر رسید. در گروه تدامی هوازی نیز این افزایش در شدت و مدت رعایت شد. در این برنامة تمرینی مدت زمان تمرین از 50 دقیقه در هفتة اول با شدت 65-75% V̇O2 max به 80 دقیقه در هفتة آخر افزایش یافت. برای گرم کردن و سرد کردن، آزمودنی‌ها در شروع و پایان هر جلسة تمرین 10 دقیقه با شدت 40 تا 50 درصد اکسیژن مصرفی بیشینه فعالیت کردند. 48 ساعت پس از آخرین جلسة تمرین، ماهیچة نعلی موش‌های صحرایی استخراج و بیان عوامل موردنظر توسط Real Time PCR سنجش شد. از تحلیل واریانس یکطرفه با آزمون تعقیبی LSD و سطح معناداری 05/0=α در نظر گرفته شد.
نتایج:  نتایج پژوهش نشان داد تمرین استقامتی روی نوار گردان موجب افزایش معنادار نسبت وزن ماهیچة نعلی به وزن بدن )۰٫۰۱ (P=و بیان ژن eEF2K (002/0P=) شد. همچنین تمرین استقامتی سبب افزایش بیان mTORC1 در گروه تمرین (001/0p=) شد، حال آنکه تغییرات eEF2(0.05P ≥)از دید آماری معنادار نبود. از طرف دیگر هشت هفته تمرین تناوبی پرشدت سبب افزایش معناداری در بیان  mTORC1(001/0P=)،  eEF2K (05/0P=) و نسبت وزن ماهیچة نعلی به وزن بدن شد (05/0p=). این در حالی است که تفاوت معناداری در بیان eEF2 دیده نشد (05/0P>).
نتیجه‌گیری:   یافته‌ها نشان داد که انجام تمرین استقامتی و تمرین تناوبی با شدت بالا روی نوار گردان با شیب 15 درجه سبب افزایش بیان ژن mTORC1 و افزایش نسبت وزن ماهیچة نعلی به وزن بدن شد. با توجه افزایش بیان eEF2K و عدم تغییر eEF2 در هر دو گروه تمرین به‌نظر می‌رسد مسیر طویل‌سازی پروتئین‌ها نقشی در هایپرتروفی احتمالی ناشی از هر دو تمرین نداشته است.
 
 

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Comparing the effect of 8 weeks of continuous aerobic and high intensity interval training on soleus muscle gene expression of mTORC1, eEF2K, and eEF2 in male Wistar rats

نویسندگان [English]

  • Kia Salimi 1
  • Masoomeh Alvandi 2
  • Rahman Soori Soori 1
  • Ali asghar Ravasi 1
1 Department of Exercise Physiology, Faculty of Sport and Exercise Sciences, University of Tehran, Tehran, Iran
2 Department of Biological Science in Sport and Health, University of Shahid Beheshti, Tehran, Iran
چکیده [English]

Background and Purpose: The mechanism of muscle protein synthesis is regulated by the mTORC1 pathway and specific downstream signaling factors such as Eukaryotic Translation Elongation Factor 2 (eEF2), which maximize skeletal muscle fiber hypertrophy. The aim of the present study was to compare the effects of eight weeks of continuous aerobic training and high-intensity interval training (HIIT) on the gene expression of mTORC1, eEF2K, and eEF2 in the soleus muscle of male Wistar rats.
Material and Methods: For this purpose, twenty-four male Wistar rats (8 weeks old; weight, 280-300 g) were randomly divided into three groups: HIIT (n=8), continuous aerobic training (n=8) and control (n=8). The training protocol consisted of eight weeks of continuous aerobic and HIIT program (three times per week) at a 15° incline. The HIIT protocol included eight minutes of high intensity repetitions at an intensity of 85-95% V̇O2max followed by active recovery at an intensity of 50-60% V̇O2max. The intensity of the exercise increased from two full repetitions in the first week to five repetitions. In the continuous aerobic group, the rats ran at an intensity of 65-75% of V̇O2max and the training time increased from 30 minutes in the first week to 60 minutes in the fourth to last week. For warm-up and cool-down, the subjects ran at 40-50% of V̇O2max for 10 minutes at the beginning and end of each training session. Fourty eight hours after the last training session, the soleus muscle of the rats was extracted and the factors were evaluated by real-time PCR. Data were analyzed using one-way ANOVA with LSD post-hoc test at a significance level of α=0.05.
Results: The results of the study showed that continuous training significantly increased the ratio of soleus muscle weight to body weight (p=0.01) and the expression of eEF2K (p=0.002). Moreover, mTORC1 expression was significantly elevated in the continuous aerobic group (p=0.001). However, changes in eEF2 expression were not statistically significant (p>0.05). The HIIT also led to significant increases in mTORC1 (p=0.001), eEF2K (p=0.05), and the soleus muscle-to-body weight ratio (p=0.05), while no significant changes were observed in eEF2 expression (p>0.05).
Conclusion: Our results showed that 8 weeks of continuous aerobic training and HIIT on a treadmill at a 15° incline increased mTORC1 gene expression and the ratio of soleus muscle weight to body weight. Given the increased expression of eEF2K and no changes in eEF2 in both exercise groups, it appears that the elongation pathway does not play a major role in the potential hypertrophy caused by either training modality.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Continuous aerobic training
  • high intensity interval training
  • eEF2
  • eEF2K
  • mTORC1

مراجع

  1. Ferraro, E., et al., Exercise-induced skeletal muscle remodeling and metabolic adaptation: redox signaling and role of autophagy. Antioxidants & redox signaling, 2014. 21(1): p. 154-176.
  2. Neelagandan, N., et al., What determines eukaryotic translation elongation: recent molecular and quantitative analyses of protein synthesis. Open Biol, 2020. 10(12): p. 200292.
  3. Sanchez, M., et al., Cross Talk between eIF2α and eEF2 Phosphorylation Pathways Optimizes Translational Arrest in Response to Oxidative Stress. iScience, 2019. 20: p. 466-480.
  4. Wang, X., et al., Eukaryotic elongation factor 2 kinase activity is controlled by multiple inputs from oncogenic signaling. Mol Cell Biol, 2014. 34(22): p. 4088-103.
  5. Salimi, K., et al., Regulating eEF2 and eEF2K in skeletal muscle by exercise. Arch Physiol Biochem, 2024. 130(5): p. 503-514.
  6. Ahtiainen, J.P., et al., Exercise type and volume alter signaling pathways regulating skeletal muscle glucose uptake and protein synthesis. Eur J Appl Physiol, 2015. 115(9): p. 1835-45.
  7. Atherton, P.J., et al., Selective activation of AMPK-PGC-1alpha or PKB-TSC2-mTOR signaling can explain specific adaptive responses to endurance or resistance training-like electrical muscle stimulation. Faseb j, 2005. 19(7): p. 786-8.
  8. Gibala, M.J. and S.L. McGee, Metabolic adaptations to short-term high-intensity interval training: a little pain for a lot of gain? Exercise and sport sciences reviews, 2008. 36(2): p. 58-63.
  9. Coffey, V.G. and J.A. Hawley, The molecular bases of training adaptation. Sports medicine, 2007. 37(9): p. 737-763.
  10. Baar, K., Training for endurance and strength: lessons from cell signaling. Medicine & Science in Sports & Exercise, 2006. 38(11): p. 1939-1944.
  11. Murach, K.A. and J.R. Bagley, Skeletal Muscle Hypertrophy with Concurrent Exercise Training: Contrary Evidence for an Interference Effect. Sports Med, 2016. 46(8): p. 1029-39.
  12. Watson, K. and K. Baar. mTOR and the health benefits of exercise. in Seminars in cell & developmental biology. 2014. Elsevier.
  13. Inoki, K., T. Zhu, and K.-L. Guan, TSC2 mediates cellular energy response to control cell growth and survival. Cell, 2003. 115(5): p. 577-590.
  14. Atherton, P.J., et al., Selective activation of AMPK-PGC-1α or PKB-TSC2-mTOR signaling can explain specific adaptive responses to endurance or resistance training-like electrical muscle stimulation. The FASEB journal, 2005. 19(7): p. 786-788.
  15. Wilkinson, S.B., et al., Differential effects of resistance and endurance exercise in the fed state on signalling molecule phosphorylation and protein synthesis in human muscle. J Physiol, 2008. 586(15): p. 3701-17.
  16. Fernandes, T., et al., Signaling pathways that mediate skeletal muscle hypertrophy: effects of exercise training, in Skeletal Muscle-From Myogenesis to Clinical Relations. 2012, InTech.
  17. Konopka, A.R. and M.P. Harber, Skeletal muscle hypertrophy after aerobic exercise training. Exerc Sport Sci Rev, 2014. 42(2): p. 53-61.
  18. Gholipour, M., Endurance exercise training under normal diet conditions activates skeletal muscle protein synthesis and inhibits protein degradation signaling except MuRF1. Sport Sciences for Health, 2022. 18: p. 1033–1041.
  19. Glynn, E.L., et al., A chronic increase in physical activity inhibits fed-state mTOR/S6K1 signaling and reduces IRS-1 serine phosphorylation in rat skeletal muscle. Applied Physiology, Nutrition, and Metabolism, 2008. 33(1): p. 93-101.
  20. Dreyer, H.C., et al., Resistance exercise increases AMPK activity and reduces 4E-BP1 phosphorylation and protein synthesis in human skeletal muscle. J Physiol, 2006. 576(Pt 2): p. 613-24.
  21. Browne, G.J. and C.G. Proud, Regulation of peptide‐chain elongation in mammalian cells. European Journal of Biochemistry, 2002. 269(22): p. 5360-5368.
  22. Bolster, D.R., et al., AMP-activated protein kinase suppresses protein synthesis in rat skeletal muscle through down-regulated mammalian target of rapamycin (mTOR) signaling. J Biol Chem, 2002. 277(27): p. 23977-80.
  23. Hizli, A.A., et al., Phosphorylation of eukaryotic elongation factor 2 (eEF2) by cyclin A–cyclin-dependent kinase 2 regulates its inhibition by eEF2 kinase. Molecular and cellular biology, 2013. 33(3): p. 596-604.
  24. Wang, X., et al., Eukaryotic elongation factor 2 kinase activity is controlled by multiple inputs from oncogenic signaling. Molecular and cellular biology, 2014. 34(22): p. 4088-4103.
  25. Rose, A.J., et al., Exercise rapidly increases eukaryotic elongation factor 2 phosphorylation in skeletal muscle of men. The Journal of physiology, 2005. 569(1): p. 223-228.
  26. Schiaffino, S., et al., Mechanisms regulating skeletal muscle growth and atrophy. The FEBS journal, 2013. 280(17): p. 4294-4314.
  27. ESTES, R.R., et al., The effect of high intensity interval run training on cross-sectional area of the vastus lateralis in untrained college students. International journal of exercise science, 2017. 10(1): p. 137.
  28. Robinson, M.M., et al., Enhanced protein translation underlies improved metabolic and physical adaptations to different exercise training modes in young and old humans. Cell metabolism, 2017. 25(3): p. 581-592.
  29. Bell, K.E., et al., Day-to-day changes in muscle protein synthesis in recovery from resistance, aerobic, and high-intensity interval exercise in older men. The Journals of Gerontology: Series A, 2015. 70(8): p. 1024-1029.
  30. Fyfe, J.J., et al., Concurrent exercise incorporating high-intensity interval or continuous training modulates mTORC1 signaling and microRNA expression in human skeletal muscle. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol, 2016. 310(11): p. R1297-311.
  31. Dun, Y., et al., High-Intensity Interval Training in Cardiac Rehabilitation. Clin Geriatr Med, 2019. 35(4): p. 469-487.
  32. Rose, A.J., et al., Skeletal muscle eEF2 and 4EBP1 phosphorylation during endurance exercise is dependent on intensity and muscle fiber type. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol, 2009. 296(2): p. R326-33.

 

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 01 بهمن 1403
  • تاریخ بازنگری: 06 اردیبهشت 1404
  • تاریخ پذیرش: 29 اردیبهشت 1404
  • تاریخ اولین انتشار: 29 اردیبهشت 1404
  • تاریخ انتشار: 01 مهر 1404

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار