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Erschienen in: Arthritis Research & Therapy 1/2012

Open Access 01.12.2012 | Oral presentation

Molecular mechanism of unloading-mediated muscle atrophy and development of its countermeasures

verfasst von: Takeshi Nikawa

Erschienen in: Arthritis Research & Therapy | Sonderheft 1/2012

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Excerpt

The ubiquitin ligase Cbl-b plays a major role in skeletal muscle atrophy induced by unloading [1]. The mechanism of Cbl-b-induced muscle atrophy is unique in that it does not appear to involve the degradation of structural components of the muscle, but rather it impairs muscular trophic signals in response to unloading conditions. Recent studies on the molecular mechanisms of muscle atrophy have focused on the role of IGF-1/PI3K/Akt-1 signaling cascade as a vital pathway in the regulation of the balance between hypertrophy and atrophy [2, 3]. These studies indicate that under muscle wasting conditions, such as disuse, diabetes and fasting, decreased IGF-1/PI3K/Akt-1 signaling augments the expression of atrogin-1, resulting in muscle atrophy. However, these studies did not address the mechanisms of unloading-induced impairment of growth factor signaling. In the present study, we found that under both in vitro and in vivo experimental conditions, Cbl-b ubiquitinated and induced specific degradation of IRS-1, a key intermediate of skeletal muscle growth regulated by IGF-1/insulin and growth hormone, resulting in inactivation of Akt-1. Inactivation of Akt-1 led to upregulation of atrogin-1 through dephosphorylation (activation) of FOXO3, as well as reduced mitogen response, in skeletal muscle. Thus, activation of Cbl-b may be an important mechanism underlying the failure of atrophic muscle to respond to growth factor-based treatments such as IGF-1 (Figure 1).
Literatur
1.
Zurück zum Zitat Nakao R, Hirasaka K, Goto J, Ishidoh K, Yamada C, Ohno A, Okumura Y, Nonaka I, Yasutomo K, Baldwin KM, Kominami E, Higashibata A, Nagano K, Tanaka K, Yasui N, Mills EM, Takeda S, Nikawa T: Ubiquitin ligase Cbl-b is a negative regulator for insulin-like growth factor 1 signaling during muscle atrophy caused by unloading. Mol Cell Biol. 2009, 29: 4798-4811. 10.1128/MCB.01347-08.PubMedCentralCrossRefPubMed Nakao R, Hirasaka K, Goto J, Ishidoh K, Yamada C, Ohno A, Okumura Y, Nonaka I, Yasutomo K, Baldwin KM, Kominami E, Higashibata A, Nagano K, Tanaka K, Yasui N, Mills EM, Takeda S, Nikawa T: Ubiquitin ligase Cbl-b is a negative regulator for insulin-like growth factor 1 signaling during muscle atrophy caused by unloading. Mol Cell Biol. 2009, 29: 4798-4811. 10.1128/MCB.01347-08.PubMedCentralCrossRefPubMed
2.
Zurück zum Zitat Sandri M, Sandri C, Gilbert A, Skurk C, Calabria E, Picard A, Walsh K, Schiaffino S, Lecker SH, Goldberg AL: Foxo transcription factors induce the atrophy-related ubiquitin ligase atrogin-1 and cause skeletal muscle atrophy. Cell. 2004, 117: 399-412. 10.1016/S0092-8674(04)00400-3.PubMedCentralCrossRefPubMed Sandri M, Sandri C, Gilbert A, Skurk C, Calabria E, Picard A, Walsh K, Schiaffino S, Lecker SH, Goldberg AL: Foxo transcription factors induce the atrophy-related ubiquitin ligase atrogin-1 and cause skeletal muscle atrophy. Cell. 2004, 117: 399-412. 10.1016/S0092-8674(04)00400-3.PubMedCentralCrossRefPubMed
3.
Zurück zum Zitat Stitt TN, Drujan D, Clarke BA, Panaro F, Timofeyva Y, Kline WO, Gonzalez M, Yancopoulos GD, Glass DJ: The IGF-1/PI3K/Akt pathway prevents expression of muscle atrophy-induced ubiquitin ligases by inhibiting FOXO transcription factors. Mol Cell. 2004, 14: 395-403. 10.1016/S1097-2765(04)00211-4.CrossRefPubMed Stitt TN, Drujan D, Clarke BA, Panaro F, Timofeyva Y, Kline WO, Gonzalez M, Yancopoulos GD, Glass DJ: The IGF-1/PI3K/Akt pathway prevents expression of muscle atrophy-induced ubiquitin ligases by inhibiting FOXO transcription factors. Mol Cell. 2004, 14: 395-403. 10.1016/S1097-2765(04)00211-4.CrossRefPubMed
Metadaten
Titel
Molecular mechanism of unloading-mediated muscle atrophy and development of its countermeasures
verfasst von
Takeshi Nikawa
Publikationsdatum
01.12.2012
Verlag
BioMed Central
Erschienen in
Arthritis Research & Therapy / Ausgabe Sonderheft 1/2012
Elektronische ISSN: 1478-6362
DOI
https://doi.org/10.1186/ar3599

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