Modelling exercise-metabolism with electrical pulse stimulated C2C12 myotubes

Abstract

Säännöllisellä liikunnalla on positiivinen vaikutus kokonaisvaltaiseen terveyteen muun muassa parantuneen aerobisen metabolian kautta. Lihassolujen (myotuubien) sähköpulssistimulaatio (engl. electrical pulse stimulation; EPS) mahdollistaa solutason mekanismien tutkimuksen eristetysti lihassolusupistuksen aikana. Kaikkia solutason adaptaatioita ei ole saatu aiheutettua sähköpulssistimulaatiolla johdonmukaisesti tai tutkimustulosta on vähäisesti, kuten rasvahappojen hapetuksen ja mitokondrioiden hengityksen osalta. Työn tarkoituksena oli selvittää matalafrekvenssisen 24 tunnin sähköpulssistimulaation vaikutusta (1) rasvahappojen hapetukseen ja sitraattisyntaasin sekä β-hydroksiasyyli-koentsyymi-A dehydrogenaasin aktiivisuuteen, sekä (2) liikunnan jälkeiseen rutiinihengitykseen ja maksimaaliseen elektroninsiirtoketjun kapasiteettiin käyttäen C2C12 myotuubeja. Rasvahappojen hapetus mitattiin oleaatin radioaktiivisella hajoamisella ja mitokondrioiden hengitystä korkean resoluution respirometrillä. Rasvahappojen hapetus laski sähköpulssistimulaation seurauksena, eivätkä 1 h sähköpulssistimulaation jälkeen mitatut rutiinihengitys ja elektronisiirtoketjun kapasiteetti muuttuneet tilastollisesti merkittävästi. Käytetty EPS-protokolla saattaakin olla parempi glykolyyttisen, kuin matala-intensiteettisen aerobisen liikunnan mallintamiseen. Tulevaisuuden tutkimuksessa tulisi keskittyä stimulaatio -protokollien johdonmukaiseen kehittämiseen, jotta pystyttäisiin kehittämään luotettavia solumalleja erilaisiin liikuntamuotoihin.

Regular exercise promotes overall health by inducing positive adaptations in for instance glucose and fatty acid metabolism and mitochondrial function. However, not all molecular mechanisms behind the health-promoting effects of skeletal muscle contractions are yet completely understood. Electrical pulse stimulation (EPS) has been used as an in vitro exercise mimetic and when applied to cell-culture, it allows research of cellular mechanisms of contracting myotubes in an isolation. There are contradictory findings of EPS-evoked fatty acid oxidation and lack of studies of post-EPS mitochondrial respiration. The aim of this thesis was to examine (1) fatty acid oxidation and activities of citrate synthase (CS) and β‐hydroxyacyl‐Coenzyme A dehydrogenase (β-HAD), and (2) routine respiration and electron transfer system (ETS) capacity after 24-hour low frequency EPS in C2C12 myotubes. Fatty acid oxidation was measured with radioactive labelled oleic acid and liquid scintillation counting and respiration states with high-resolution respirometry. This study revealed that fatty acid oxidation decreased after EPS in C2C12 myotubes independent of glucose availability, while simultaneously CS activity was not consistently changed. β-HAD measurements were unsuccessful. Additionally, routine respiration or ETS capacity were not altered significantly measured an hour post-EPS. The results suggest that this often used 24-hour EPS myotube contraction protocol may alternatively better mimic glycolytic than low-intensity aerobic exercise. The applied settings of EPS should be determined consistently in the future research to accomplish reliable cell-models for different types of exercise.