Viljeltyjen ihmislihassolujen proteiinisynteesin stimulointi ja glukoosin käyttö biomolekyylien synteesissä

Abstract

Lihakset ovat ihmisille elintärkeitä, sillä ne mahdollistavat kehon välttämättömät toiminnot, kuten hengittämisen ja liikkumisen. Lihaskoon säätely on kompleksinen prosessi, jonka ymmärtäminen voi mahdollistaa lihaskadon hoitomenetelmien kehittämisen. Tässä Pro gradu -tutkielmassa tutkittiin eri tapoja lisätä viljeltyjen ihmislihassolujen proteiinisynteesiä sekä näiden lihassolujen glukoosin käyttöä biomolekyylien synteesissä. Viljellyille ihmislihassoluille tehtiin solukokeita tarkoituksena lisätä lihassolujen proteiinisynteesiä. Lihassoluista eristettiin proteiinit ja niiden proteiinikonsentraatiot mitattiin. Nestetuikelaskennan avulla tutkittiin lihassolujen sisältämien proteiinien määriä sekä glukoosin käyttöä proteiinien, RNA:n ja lipidien synteesissä. Seriinisynteesireitillä toimivan entsyymin, 3-fosfoglyseraattidehydrogenaasin (eng. Phosphoglycerate dehydrogenase, PHGDH), sekä Rapamysiinin mekanistisen kohteen 1 (eng. The mechanistic target of rapamycin complex 1, mTORC1) aktiivisuudesta kertovien fosforyloituneiden S6K1- ja S6-proteiinien määriä näytteissä tutkittiin Western blotin avulla. Tuloksia analysoitiin Western blotin membraanikuvia hyödyntäen. Seerumistimulaatio ja insuliinin kaltainen kasvutekijä 1 (eng. Insulin-like growth factor 1, IGF-1) lisäsivät viljeltyjen ihmislihassolujen proteiinisynteesiä. Seerumistimulaatiossa lihassolujen medium sisälsi enemmän kasvutekijöitä suhteessa kontrolliryhmään. Seerumistimulaatio lisäsi 14C-glukoosin hiiliatomien kertymistä proteiineihin ja RNA:han, kun taas insuliinin kaltainen kasvutekijä 1 lisäsi 14C-glukoosin hiiliatomien kertymistä RNA:han ja lipideihin. Tulokset viittasivat siihen, että seerumistimulaatiolla ja insuliinin kaltaisella kasvutekijä 1:llä voi olla kykyä lisätä viljeltyjen ihmislihassolujen kasvua, mikä on tärkeä tulos lihaskadon hoitomenetelmiin liittyvien jatkotutkimusten kannalta. Tulevaisuuden tutkimuksissa tulisi selvittää, millainen vaikutus glukoosilla on biomassan synteesissä lihaksessa ja voidaanko näitä biosynteesireittejä hyödyntää lihaskadon hoitomenetelmien kehittämisessä.

Muscles are essential for humans, because they allow the necessary functions of the body like breathing and movements. The stimulation of muscle size is a complex process, but understanding it is crucial for the development of treatment methods for patients suffering from muscle loss. In this Master’s thesis, we investigated how to increase the protein synthesis of cultured human muscle cells and how glucose is utilized in the biomolecule synthesis of these muscle cells. We cultured human muscle cells and accomplished cell tests to increase the protein synthesis. We isolated proteins from the muscle cells and measured protein concentrations. Liquid scintillation counting was used to measure protein contents and study the incorporation of glucose into proteins, RNAs and lipids. We utilized Western blotting to discover possible differences in rates of phosphoglycerate dehydrogenase enzyme (PHGDH) and phosphorylated proteins S6K1 and S6. Phosphoglycerate dehydrogenase enzyme is an essential enzyme in serine synthesis pathway, and phosphorylated proteins S6K1 and S6 indicate the activation of the mechanistic target of rapamycin complex 1 (mTORC1). The results were analyzed using Western blotting membrane photos. Serum stimulation and insulin-like growth factor 1 (IGF-1) increased the protein synthesis of the muscle cells. In serum stimulation the medium of the muscle cells contained more growth factors compared to the medium of the control cells. Serum stimulation caused an increase in incorporation of 14C glucose carbon atoms into proteins and RNAs. Insulin-like growth factor 1 increased the incorporation of those carbon atoms into RNAs and lipids. Our results suggested that serum stimulation and insulin-like growth factor 1 may have potential to increase the growth of the cultured human muscle cells, which is an important result for further studies of treatment methods for muscle loss. In the future, it is important to study how significant role glucose has in the biomolecule synthesis of the muscle and whether these biosynthesis pathways can be utilized in the development of treatment methods for muscle loss.