文摘
背景。卸载应力诱导骨骼肌萎缩。我们有报道说Cbl-b泛素连接酶的主调节器unloading-associated肌肉萎缩。本研究旨在阐明是否饮食中的大豆大豆球蛋白的蛋白质能预防denervation-mediated肌肉萎缩,基于抑制肽的存在对Cbl-b泛素连接酶大豆中所含的大豆球蛋白的蛋白质。方法。老鼠20%酪蛋白饮食,20%大豆分离蛋白饮食,10%大豆球蛋白的饮食含有10%酪蛋白,或20%大豆球蛋白的饮食。一个星期后,正确的坐骨神经被切断。湿重,横截面积(CSA), igf - 1信号和atrogene表达在下肢肌肉检查1,3,3.5,或者去神经后4天。结果。20%大豆大豆球蛋白饮食显著预防denervation-induced减少肌肉湿重和肌纤维CSA。此外,食用大豆蛋白抑制denervation-induced IRS-1泛素化和退化的胫骨前肌。食用大豆大豆球蛋白部分抑制atrogenes denervation-mediated表达式,如MAFbx / atrogin-1 MuRF-1,通过保护igf - 1信号估计Akt-1的磷酸化。结论。大豆大豆球蛋白包含一个功能抑制序列对muscle-atrophy-associated泛素连接酶Cbl-b。食用大豆大豆球蛋白的蛋白质明显阻止老鼠去神经后肌肉萎缩。
1。介绍
骨骼肌萎缩造成卸货的特点是减少响应性肌原性的生长因子,如胰岛素样生长因子(igf - 1)和胰岛素,并增加蛋白水解作用[1- - - - - -3]。我们以前报道,卸载压力导致骨骼肌萎缩的诱导和激活泛素连接酶小屋b细胞lymphoma-b (Cbl-b) [4]。Cbl-b诱导的泛素化和降解胰岛素受体底物(IRS-1), igf - 1信号的中间。反过来,IRS-1造成的损失forkhead转录因素3 - (FOXO3)依赖诱导肌肉萎缩(MAFbx) / atrogin-1盒蛋白质,蛋白质水解的主要中介萎缩性肌。我们还表明,Cbl-b-deficient小鼠耐unloading-induced萎缩和肌肉功能损失(4]。这些结果表明,Cbl-b-dependent IRS-1退化的关键中介增加蛋白质降解和蛋白质合成减少unloading-induced肌肉萎缩。
我们还报道说,一个五肽酪氨酸的模仿608年磷酸化IRS-1 DGpYMP,我们叫Cblin (Cbl-b抑制剂),防止denervation-induced小鼠肌肉萎缩(4]。我们还发现Cblin抑制Cbl-b-mediated IRS-1 MAFbx / atrogin-1[的泛素化和表达4]。这些结果表明,抑制Cbl-b-mediated IRS-1泛素化可以治疗有利于unloading-induced肌肉萎缩。
大豆蛋白和衍生肽能有效地缓解肌肉损伤(5),促进蛋白质合成,和翻译起始运动后(6]。此外,我们先前证明含有大豆蛋白饮食防止运动性骨骼肌蛋白降解,通过抑制calpain-mediated蛋白水解作用[7]。因此,食用大豆蛋白影响骨骼肌蛋白质周转。然而,到目前为止,没有信息的影响大豆蛋白unloading-induced肌肉萎缩。
在初步研究中,我们发现,序列的大豆大豆球蛋白,大豆蛋白的主要组成部分,类似于Cblin。基于这一发现,我们探讨是否大豆大豆球蛋白及其衍生肽预防denervation-associated在小鼠肌肉萎缩。治疗HEK293细胞soy-glycinin-derived肽抑制Cbl-b-mediated IRS-1泛素化。此外,老鼠与大豆大豆球蛋白显示抑制denervation-associated肌肉萎缩,这种效应是通过保护igf - 1介导的信号。这些研究结果表明,大豆大豆球蛋白是一种有用的膳食蛋白质与肌肉卸货相关的肌肉萎缩。
2。材料和方法
2.1。氨基酸序列的多个对齐
我们分析了大豆球蛋白前体的主要结构与ClustalX软件(http://www-igbmc.u-strasbg.fr/BioInfo/ClustalX/Top.html)。
2.2。细胞培养
HEK293细胞保持在杜尔贝科修改鹰介质(DMEM)含10%胎牛血清,100 U /毫升青霉素,100μg / mL链霉素在37°C下5%的股份有限公司2-195%的空气气体混合物。
2.3。转染
HEK293细胞(40 - 60%的融合)和质粒转染向量,利用已有马克斯脂质转染试剂(DOJINDO、熊本、日本),如前所述[8]。本研究中使用的表达质粒pCEFL-human Cbl-b-HA, pcDNA3.1-rat IRS-1-V5,和pcDNA3-FLAG-Ubiquitin。
2.4。免疫印迹和免疫沉淀反应
免疫印迹和免疫沉淀反应分析如前面所描述的9]。以下使用抗体:anti-actin(美国Calbiochem拉霍亚,CA), anti-HA。11(BabCo, Richmond, CA, USA), anti-V5 (Invitrogen, Carlsbad, CA, USA), anti-FLAG M2 (Sigma, St. Louis, MO, USA), anti-IRS-1 (Upstate Biotechnology, Lake Placid, NY, USA), anti-Akt-1 (PharMingen International, Tokyo), and anti-phospho-S473年-Akt-1(细胞信号技术,贝弗利,妈,美国)。
2.5。游离泛素化分析
如前所述(执行的游离泛素化分析4]。我们准备好的免疫沉淀反应Cbl-b (IP-Cbl-b)和IRS-1 (IP-IRS-1),分别绑定到anti-HA——anti-IRS-1-IgG-linked蛋白质提取物(1毫克的蛋白质)的珠子HEK293细胞转染和pCEFL-Cbl-b-HA pcDNA3.1-IRS-1-V5 (5μ克)。泥浆IP-Cbl-b和IP-IRS-1孵化在37°C反应4小时的缓冲(50μL)包含ATP-regenerating系统,重组鼠标E1 (500 ng), UbcH7 (5μg;E2), GST-tagged泛素(10μg)和/或ubiquitin-aldehyde (Ubc-CHO) (1μg;deubiquitinase抑制剂),购买从波士顿生物化学公司。(美国Cambridge, MA)。然后,20μL煮上层清液由sds - page分离,用免疫印迹anti-IRS-1抗体。
2.6。Soy-Derived肽的制备和合成肽
我们使用以下五肽或hexapeptides来源于大豆:soy-glycinin-derived肽、大豆-β-conglycinin-derived肽,脂蛋白(LP)衍生肽,大豆分离蛋白(SPI)。这些肽被富士请提供石油有限公司(日本大阪)。此外,我们使用以下合成肽:Cblin, DGpYMP,表现出抑制活动Cbl-b-mediated IRS-1泛素化在我们之前的研究4]。专利申请提出了序列肽(Pat。不。5113346)。消极的控制与VGpYLR肽序列,没有抑制活性与Cbl-b-mediated IRS-1泛素化(4]。所提供的这些肽请大冢制药有限公司(德岛、日本)。我们还与Cblin-like五肽合成大豆中所含的大豆球蛋白的氨基酸序列,称为Cblin-like肽或DIpYNP,并检查其抑制活动使用游离泛素化分析,如上所述。自从soy-glycinin-derived肽显示抑制活动IRS-1泛素化的无细胞系统(帕特。不。4963044),它在细胞培养进行进一步分析。
2.7。动物模型
在C57BL / 6 j小鼠进行的实验(日本SLC、静冈市、日本)。在麻醉6周大的老鼠,右腿的坐骨神经被切断,切除一块10毫米。左腿保持和被用作控制支配。老鼠牺牲在1、3、3.5或4天之后的操作。老鼠的以下四个饮食从1周前去神经直到牺牲:混合饮食含有20%酪蛋白蛋白质(控制饮食);混合的饮食含有20% SPI饮食(SPI);混合的饮食含有20%大豆大豆球蛋白的蛋白质(20%大豆球蛋白饮食);和一个混合的饮食含有10%酪蛋白蛋白质+ 10%大豆大豆球蛋白的蛋白质(10%大豆球蛋白的饮食)。这些蛋白质被富士请提供石油有限公司(日本大阪)。的大量营养素成分表列出不同的饮食1。委员会的护理和使用实验动物德岛大学的批准本研究的所有协议,进行根据指南的护理和使用实验动物德岛大学(http://cms.db.tokushima-u.ac.jp/DAV/organization/10998/anex-HP/anex/aigo-t/tokusima-u_doubutukannrikisoku.pdf)。
2.8。组织化学分析
胫骨前(TA)肌肉被隔离后牺牲和立即冻结在chille disopentane和液氮储存在−80°如前面所描述的10]。部分被苏木精和伊红染色())。助教肌肉部分是数字捕获用亮视场BZ-II分析仪(日本基恩士,大阪,日本)。数字成像进行最终放大10倍。图像处理是使用Adobe Photoshop CS执行(Adobe日本东京)。的周长每个纤维提出了使用一个ImageJ软件(国家健康研究所)产生CSA的肌纤维。用于肌肉纤维的选择标准来衡量CSA的肌纤维包括一个完整的、截然不同的细胞膜没有明显的失真或折叠的迹象。细长的纤维指示一个斜剖面被排除在外。图像分析是由两个合作者(TY和TS)。
2.9。实时rt - pcr
在小样本测量mRNA,即时逆转录-聚合酶链反应(rt - PCR)进行SYBR绿色染料使用ABI 7300实时PCR系统(美国应用生物系统公司,培育城市,CA)如前所述[11]。表中列出的寡核苷酸引物用于放大2。
2.10。统计分析
所有数据都统计评估通过多重比较使用Excel数据版本。6.0(日本东京Esumi有限公司),用平均数±标准差表示。两组之间的差异进行评估与邓肯的多个测试或雪莉威廉斯的多重比较测试范围。差异被认为是重要的。
3所示。结果
3.1。Cblin-Like序列鉴定大豆大豆球蛋白
我们以前报道,Cblin DGpYMP,抑制Cbl-b-mediated IRS-1的泛素化和降解在体外和在活的有机体内(4]。我们搜索蛋白质包含Cblin-like序列使用基本的局部比对搜索工具(http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi/),发现大豆在大豆蛋白含有大豆球蛋白Cblin肽的序列相似,DI / FYNP。多重序列比对的五个大豆大豆球蛋白同系物,G1, G2, G3、G4,和G,表明Cblin-like序列,DIYNP是守恒的,其中大豆球蛋白同系物(图1)。
3.2。大豆中所含的大豆球蛋白的Cblin-Like肽抑制Cbl-b-Mediated IRS-1在HEK293细胞泛素化
首先,我们合成上述五肽序列,包括Cblin-like合成肽,DIpYNP, DIYNP。西方和塔(12)报道,休此处则被吸收,至少在某种程度上,没有去磷酸化。免疫印迹分析表明,大豆大豆球蛋白含有比蛋白磷酸化酪氨酸(图2)。因此,我们使用了磷酸化肽,DIpYNP,在接下来的实验。治疗与igf - 1诱导的泛素化IRS-1在HEK293细胞中转染与Cbl-b IRS-1,泛素(图3)。此前报道,与120年治疗μM Cblin抑制IRS-1 Cbl-b和IRS-1(图之间的泛素化和互动3)。有趣的是,Cblin-like合成肽显著抑制Cbl-b-mediated泛素化的IRS-1剂量依赖性的方式(图3)。此外,Cblin-like合成肽预防Cbl-b和IRS-1(图之间的互动3)。光密度分析表明,集成电路50这种肽是大约350的价值μM(图3),而集成电路50Cblin价值大约是120年μ米(4]。这些结果表明,Cblin-like肽是一种Cbl-b抑制剂。
由于大豆大豆球蛋白含有Cblin-like肽,我们检查了各种肽的抑制活性(平均长度= 5 - 6氨基酸)来自大豆大豆球蛋白在Cbl-b-mediated IRS-1泛素化。在我们游离泛素化系统,Cbl-b之间的交互和IRS-1导致Cbl-b-dependent IRS-1泛素化与预期的电泳IRS-1 ubiquitinated产品(图的模式4(一))。中使用的各种肽,soy-glycinin-derived肽显著抑制Cbl-b-mediated IRS-1泛素化系统游离,但大豆-β-conglycinin、LP, SPI-derived肽没有(图4(一))。我们还研究了soy-glycinin-derived肽的抑制影响使用细胞培养系统。与游离泛素化分析的结果一致,soy-glycinin-derived肽抑制IRS-1泛素化在Cbl-b-transfected HEK293细胞(图4 (b))。此外,anti-IRS-1从HEK293细胞免疫沉淀反应处理soy-glycinin-derived肽含有少量Cbl-b,相比治疗控制肽(图4 (b))。这些结果表明,soy-glycinin-derived肽显著预防Cbl-b-mediated IRS-1泛素化通过抑制Cbl-b IRS-1交互。
(一)
(b)
3.3。饮食中的大豆大豆球蛋白的蛋白质能预防Denervation-Induced肌肉湿重的损失
检查的抑制性影响大豆大豆球蛋白Cbl-b-mediated肌肉萎缩在活的有机体内的右腿肌肉C57BL / 6 j小鼠被切片去神经的坐骨神经,而左腿肌肉的老鼠是虚假的操作。去神经的老鼠被分成四组基于使用的饮食类型:20%酪蛋白饮食组(),20% SPI饮食组(),10%大豆大豆球蛋白+ 10%酪蛋白饮食组(),20%的大豆大豆球蛋白饮食组()。没有明显差异在日常摄入的食物,蛋白质和能量的四组老鼠(表3)。在去神经的20%酪蛋白饮食的老鼠,去神经的TA肌肉湿重的去神经后4天下降了9%,相比之下,sham-operated TA肌肉(图5(一个))。相比之下,SPI, 10%的大豆大豆球蛋白+ 10%酪蛋白饮食,和20%的大豆大豆球蛋白饮食预防denervation-induced减少湿重的助教肌肉(图5(一个))。有趣的是,我们还指出剂量依赖性抑制作用的大豆大豆球蛋白的蛋白质在潮湿denervation-induced TA肌肉减肥(图5(一个))。类似的抑制大豆大豆球蛋白对TA肌肉的影响被发现在腓肠肌和EDL肌肉(图5(一个))。然而,这些肌肉的变化,除了助教肌肉,未达到统计上的显著水平。食用大豆蛋白质并没有表现出抑制作用unloading-mediated肌肉比目鱼肌(图5(一个))。基于这些结果,我们下一个检查饮食大豆大豆球蛋白的影响蛋白质denervation-mediated减少横截面积(CSA)助教肌肉。在老鼠身上20%的酪蛋白饮食集团4-day-denervation TA的CSA肌肉减少10%,而虚假的操作(图5 (b))。SPI饮食或大豆大豆球蛋白10% + 10%酪蛋白饮食未能恢复CSA的减少去神经的助教肌肉(图5 (b)),而喂食20%大豆大豆球蛋白饮食明显恢复的CSA去神经的助教肌肉sham-operated TA的肌肉。喂食20%大豆大豆球蛋白的饮食也改变了CSA分布更广泛的比老鼠的SPI饮食和大豆大豆球蛋白10% + 10%酪蛋白饮食组(图5 (c))。
(一)
(b)
(c)
3.4。大豆大豆球蛋白预防igf - 1信号衰减的去神经的肌肉
地址是否大豆大豆球蛋白预防Cbl-b-mediated IRS-1退化,igf - 1信号估计通过免疫印迹TA去神经的老鼠的肌肉的控制和20%大豆球蛋白饮食组。中的IRS-1去神经的助教肌肉减少时间的方式(图6(一))。此外,IRS-1的降解去除神经支配TA肌肉出现在去神经后第三天,第四天完工。因此,我们研究了膳食大豆大豆球蛋白的抑制作用蛋白IRS-1退化使用助教后肌肉去神经后3.5天。IRS-1明显的退化和泛素化阻止大豆球蛋白组小鼠的20%,与对照组(数字6 (b)和6 (c))。基于这些结果,我们还研究了磷酸化Akt-1 igf - 1信号。符合IRS-1蛋白质水平,减少Akt-1磷酸化在去神经的助教小肌肉20%的大豆球蛋白组比对照组(图6 (d))。此外,denervation-induced表达MAFbx / atrogin-1和MuRF-1,但不是Cbl-b,废除在去神经的助教肌肉20%的大豆球蛋白组与对照组相比(图6 (e))。这些结果表明,大豆大豆球蛋白改善denervation-induced降低igf - 1信号通过抑制IRS-1退化。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
4所示。讨论
我们以前报道,Cbl-b与降解IRS-1, igf - 1信号中间,骨骼肌在卸荷条件下(4),这表明Cbl-b unloading-related肌肉萎缩的一个关键酶。我们还报道,五肽Cblin抑制Cbl-b-mediated IRS-1退化,导致抑制denervation-mediated肌肉萎缩(4]。因此,我们假设食品含有Cblin-like氨基酸序列可用于防止unloading-induced肌肉萎缩。目前的研究表明,肽中包含“DIpYNP”大豆大豆球蛋白抑制Cbl-b-mediated IRS-1泛素化在体外。此外,食用大豆大豆球蛋白的蛋白质抑制denervation-induced IRS-1泛素化和退化在活的有机体内和显著预防损失的湿重和CSA去神经的助教肌肉。认为,目前的研究表明,大豆大豆球蛋白是一种有效的蛋白质来源对unloading-related肌肉萎缩可能通过diet-mediated抑制肌肉泛素连接酶Cbl-b。大豆蛋白调节骨骼肌蛋白质周转(5- - - - - -7),虽然这种有益的效应的机制仍然是未知的。glycinin-derived的Cbl-bs抑制肽的贡献,至少在某种程度上,大豆蛋白在肌肉的有利影响营业额。
Cbl-b保存酪氨酸激酶绑定(TKB)领域,这是一个修改Src同源性2 (SH2)域和介导绑定在Cbl-b目标分子。因此,脱去磷酸Cblin弱形式与Cbl-b TKB域。事实上,脱去磷酸Cblin肽抑制活动减少了Cbl-b-mediated比磷酸化IRS-1泛素化;的集成电路50值Cblin和脱去磷酸Cblin约120μM和1毫米,分别4]。在目前的研究中,磷酸化Cblin-like肽,DIpYNP,有效抑制Cbl-b-mediated IRS-1泛素化和退化,虽然我们不能确定集成电路50价值的脱去磷酸Cblin-like肽。然而,酪蛋白此处则(CPP)是一种磷酸化蛋白和抗拒去磷酸化在消化过程中12]。此外,我们指出,大豆球蛋白是相当磷酸化,而蛋清和牛血清白蛋白蛋白质。基于这些结果,我们建议Cblin-like膳食大豆大豆球蛋白的序列可能磷酸化和吸收而不去磷酸化。进一步的研究需要阐明机制膳食大豆大豆球蛋白的抑制作用在活的有机体内。
我们建议Cbl-b是负的调节器的igf - 1信号在卸货(4]。igf - 1干扰信号,如IRS-1退化,诱导表达MAFbx / Akt atrogin-1和MuRF-1去磷酸化。自卸货的诱导表达Cbl-b ubiquitinate在mRNA水平,降低IRS-1蛋白质,它是一致的表达MAFbx / atrogin-1 MuRF-1负面受膳食大豆大豆球蛋白,但表达Cbl-b不是我们的在活的有机体内实验。
功能肽是休肽发挥,超出了他们的营养价值,在人类生理或种效果。功能肽的序列中不活跃的父母酶法水解蛋白质,可以发布在胃肠道消化或食品加工。他们发现牛奶,鸡蛋,肉,和各种各样的鱼,以及在许多植物。从大豆中所含的大豆球蛋白的氨基酸序列类似于Cblin抑制denervation-mediated IRS-1泛素化,这个序列的大豆是一种强有力的功能肽对肌肉萎缩。与各种类型的药物,休肽几乎没有副作用。基于此属性,食用大豆蛋白是一种合适的蛋白质来源有效控制肌肉蛋白质的分解代谢。除了大豆蛋白,某些植物,例如,木瓜和李子,含有蛋白质与氨基酸序列与Cblin相似。不幸的是,他们只有一个Cblin-like每个分子序列。因此,高剂量的功能性食品生产泛素化的抑制效应是必要的在活的有机体内。等全球寻找食物是必要的开发更有效的功能食品对肌肉萎缩。
有一个争议休生物活性肽的检测。的潜在生物活性肽在食品蛋白玉米胚芽蛋白酶解物经常被屏蔽在体外本研究分析如图所示。与其他功能性物质,如多酚和多胺,一些肽的食物在体外生物活性肽酶可能会进一步退化过程中摄入,消化和吸收。因此,这些肽可能失去生物活性的潜在活动检测使用。因此,肽的量应通过饲养试验测量的靶器官。然而,很少有论文显示休肽检测的靶器官主要是由于低浓度与血浆蛋白相互作用。他们建议只有休肽可能积累在靶器官,因为他们有一个长期而非严重影响健康。在目前的研究中,我们还未能衡量Cblin-like肽的量。因此,它是下一个重要的话题。我们喂养小鼠基因改性蛋白质,含有高量的Cblin-like序列,并检测鼠门静脉的功能肽。检测diet-derived Cblin-like肽肌肉将发表在我们的未来。
5。结论
目前的研究发现Cblin-like序列,DI / FYNP,大豆大豆球蛋白。类似于Cblin,大豆大豆球蛋白预防治疗肌肉萎缩通过抑制小鼠Cbl-b-induced IRS-1退化。结果还显示,20%大豆大豆球蛋白的饮食预防denervation-related TA肌肉湿减肥在老鼠身上,这表明摄入大豆大豆球蛋白可以防止肌肉萎缩。
缩写
| ATP: | 三磷酸腺苷 |
| Atrogenes: | 肌肉atrophy-related基因 |
| Cbl: | Casitus b-lineage淋巴瘤 |
| 客服人员: | 横截面面积 |
| DMEM: | 杜尔贝科鹰介质的修改 |
| 联盟: | 趾长伸肌肌腱牵向前肌肉 |
| FOXO3: | Forkhead转录因素3 |
| GAPDH: | Glyceraldehyde-3-phosphate脱氢酶 |
| ): | Hematoxylin-eosin染色 |
| IB: | 免疫印迹 |
| 集成电路50: | 50%抑制浓度 |
| igf - 1: | 胰岛素样生长因子- 1 |
| IRS-1: | 胰岛素受体底物 |
| LP: | 脂蛋白 |
| MAFbx / atrogin-1: | 肌肉萎缩盒蛋白质 |
| MuRF-1: | 阳性无名指蛋白质1 |
| 聚合酶链反应: | 聚合酶链反应 |
| SH2域: | Src同源性2域 |
| SPI: | 大豆分离蛋白 |
| 助教肌肉: | 胫骨前肌 |
| TKB域: | 酪氨酸激酶结合域。 |
利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
作者感谢Lipkowitz博士pCEFL-Cbl-b-HA pcDNA3-FLAG-Ubiquitin和铃木博士。他们也感谢富士石油公司提供SPI,大豆球蛋白的蛋白质,soy-derived肽。本研究从富士蛋白质研究基金会提供资助。本研究也开展的“创新生物科学促进基础研究活动”从Bio-oriented技术研究发展机构,日本(Takeshi Nikawa)。