Elektrisk pulsstimulering av humane skjelettmuskelceller i kultur : Sammenlikning av celler fra normalvektige, ekstremt overvektige og ekstremt overvektige med type 2-diabetes

Abstract

Bakgrunn/formål: Overvekt og fedme er et stadig økende problem på verdensbasis og fører i mange tilfeller til utvikling av type 2-diabetes. Trening har en udiskutabel rolle i både forebygging og behandling av fedme og type 2-diabetes. Det er nylig blitt utviklet en modell for trening in vitro av humane skjelettmuskelceller i kultur. Treningsmodellen baserer seg på å tilføre cellene kroniske, lavfrekvente elektriske pulser (EPS). EPS i 48 timer er vist å øke mitokondrielt innhold og oksidativ kapasitet i humane skjelettmuskelceller. I denne masteroppgaven var formålet å se etter forskjeller i gen- og proteinekspresjon mellom EPS- behandlede og ubehandlede differensierte humane skjelettmuskelceller opprettet fra tre ulike donorgrupper; normalvektige (NV), ekstremt overvektige med normal glukosetoleranse (EO-NGT) og ekstremt overvektige med type 2-diabetes (EO-T2D). Metode: Satellittceller fra humane skjelettmuskelbiopsier fra M. obliquus internus abdominis ble isolert, proliferert og differensiert til myotuber. Biopsiene ble donert i forbindelse med bariatrisk kirurgi eller nyredonasjon. Skriftlig informert samtykke ble gitt fra samtlige donorer. Konfluente, differensierte myotuber ble behandlet med EPS i 48 timer. Nivåer av relevante gener ble målt ved qPCR og nivåer av relevante proteiner ble målt ved Western-blotting. Resultater: EPS-behandlede myotuber fikk en endret genekspresjon av IL-6, IL-8 IL-33, IL-34 og MYH7. EPS induserte en signifikant økning i IL-6-mRNA-nivåer i celler fra NV- og EO-NGT-donorgruppene, mens celler fra EO-T2D-donorene ikke responderte på EPS med endret ekspresjon av IL-6. Et liknende mønster ble funnet for IL-8, men her var endringene ikke signifikante. I celler fra EO-T2D, men ikke fra de andre donorgruppene, ble mRNA-nivået av IL-33, IL-34 og MYH7 nedregulert etter EPS. Det var ingen signifikant effekt på fosforylering av AMPK, ERK eller p38MAPK. Konklusjon: EPS-behandling av humane skjelettmuskelceller i 48 timers endret cellenes mRNA uttrykk av enkelte gener, men ga ingen klar forskjell i fosforylering av signalveiene AMPK, ERK og p38MAPK. Celler fra diabetiske donorer så ut til å ha et annet EPS-indusert mønster enn celler fra donorer med normal glukosetoleranse.

Background: Obesity and overweight have become an increasing problem worldwide and is also a major cause of type 2 diabetes. Exercise plays an indisputable role in both prevention and treatment of obesity and type 2 diabetes. Recent advances in research have made it possible to model exercise in vitro using human skeletal muscle cells. This model is based on stimulating the cells with chronic, low frequency electrical pulse stimulating (EPS). 48-hour EPS has been shown to increase mitochondrial content and oxidative capacity in human skeletal muscle cells. The purpose of this thesis was to examine the differences in gene and protein expression EPS treated and untreated differentiated human skeletal muscle cells derived from three different donor groups; lean, extremely obese with normal glucose tolerance and extremely obese with type 2-diabetes. Method: Sattelite cells from human skeletal muscle biopsies from M. obliquus internus abdominis were isolated, proliferated and differentiated into myotubes. The biopsies were donated associated with bariatric surgery or a kidney donation. Written consent was given by all donors. Confluent, differentiated myotubes were treated with EPS for 48 hours. Expressions of relevant genes were measured using RT-qPCR and expressions of relevant proteins were measured using Western blotting. Results: EPS-treated myotubes showed an altered gene expression of IL-6, IL-8 IL-33, IL-34 and MYH7. EPS induces a significant increase in IL-6-mRNA levels in cells from LD- and EO-NGT-donor groups, while cells from EO-T2D-donors did not show altered IL-6 expression upon EPS. Similar observations were seen with IL-8 expression, however the changes in IL-8 gene expression were not significant. In cells from the EO-T2D, mRNA levels of IL-33, IL-34 and MYH7 were down regulated after EPS, however this was not seen in cells from the other donors. There were no significant changes in the phosphorylation of AMPK, ERK or p38MAPK. Conclusion: EPS-treatment of human skeletal muscle cells for 48 hours changed the expression of mRNA in various genes, yet no clear differences in the phosphorylation of the AMPK, ERK, and p38MAPK pathways were seen. Cells from diabetic donors appeared to have a different EPS-induced pattern compared to cells from donors with normal glucose tolerance.