Chociaż receptory kannabinoidowe CB1 kontrolują sygnalizację insuliny w mięśniach szkieletowych, niewiele wiadomo na temat ich roli w tworzeniu mięśni podczas różnicowania się od mioblastów do miotubul. Zależne od napięcia kanały Kv7 K+, które są aktywowane tonicznie przez błonę fosfolipidową, fosfatydyloinozytol-4,5-bisfosforan (PIP2), zamiast tego aktywują tworzenie miotub. Odkryliśmy, że poziomy endogennego agonisty CB1, 2-arachidonoiloglicerolu, zmniejszają się podczas różnicowania mysich mioblastów w miotuby, podczas gdy ekspresja CB1 jest zwiększona. Aktywacja CB1 hamuje tworzenie miotub. Efekt ten jest wywierany poprzez zmniejszenie wiązania PIP2 z Kv7.4, który reprezentuje podjednostkę Kv7 odpowiedzialną za efekty promiogenne. Odpowiednio aktywacja CB1 hamuje prądy, w których pośredniczy Kv7.4, w transfekowanych komórkach CHO. Układ endokannabinoidowy może zatem odgrywać rolę w dystrofiach mięśni szkieletowych.
Niewiele wiadomo na temat udziału endokannabinoidów i receptorów kannabinoidowych w różnicowaniu komórek mięśni szkieletowych. Podajemy, że ze względu na zmiany w ekspresji genów zaangażowanych w jego metabolizm, poziomy endokannabinoidu 2-arachidonoiloglicerolu (2-AG) zmniejszają się zarówno podczas tworzenia miotubul in vitro z mysich mioblastów C2C12, jak i podczas wzrostu mięśni myszy in vivo. Endokannabinoid, jak również agonista CB1, arachidonoilo-2-chloroetyloamid, zapobiegają tworzeniu się miotub w sposób antagonizowany przez knockdown CB1 i antagonistów CB1, którzy zamiast tego stymulują różnicowanie. Co ważne, 2-AG hamuje także różnicowanie pierwotnych ludzkich komórek satelitarnych. Pęczki mięśniowe z zarodków z nokautem CB1 zawierają więcej włókien mięśniowych, a myszy poporodowe wykazują włókna mięśniowe o zwiększonej średnicy w porównaniu z osobnikami z miotu typu dzikiego. Hamowanie aktywności kanału Kv7.4, który odgrywa permisywną rolę w miogenezie i zależy od 4,5-bisfosforanu fosfatydyloinozytolu (PIP2), leży u podstaw działania 2-AG. Stwierdzamy, że stymulacja CB1 zmniejsza zarówno poziomy PIP2 całkowite, jak i związane z Kv7.4 w komórkach C2C12 i hamuje prądy Kv7.4 w transfekowanych komórkach CHO. Sugerujemy, że 2-AG jest endogennym represorem różnicowania mioblastów poprzez hamowanie kanałów Kv7.4 za pośrednictwem CB1.
Układ endokannabinoidowy (ECS) odnosi się do dużej grupy endogennych cząsteczek, w tym dwóch głównych mediatorów neuromodulacyjnych pochodzących z arachidonianu, anandamidu (AEA) i 2-arachidonoiloglicerolu (2-AG), znanych jako endokannabinoidy (EC); kilka enzymów biorących udział w metabolizmie AEA (NAPE-PLD, ABDH4, GDE1, PTPN22 do biosyntezy i FAAH do degradacji) i 2-AG (DAGLα i DAGLβ do biosyntezy oraz MAGL, ABDH6, ABDH12 i FAAH do degradacji); oraz dwa receptory sprzężone z białkiem G, znane jako receptory kannabinoidowe typu 1 (CB1) i typu 2 (CB2). AEA aktywuje także kanały waniloidowe typu 1 (TRPV1) receptora przejściowego potencjału przenikania kationów (1). U ssaków ECS reguluje dużą liczbę procesów fizjologicznych; zmiany w jego działaniu są bowiem odpowiedzialne za pojawienie się lub postęp wielu rodzajów zaburzeń dotykających zarówno ośrodkowy, jak i obwodowy układ nerwowy oraz inne narządy (2–5). Jak dotąd kilka badań wykazało, że aktywność receptora CB1 kontroluje kluczowe procesy metaboliczne mięśni szkieletowych, takie jak sygnalizacja insulinowa, wychwyt glukozy i utlenianie kwasów tłuszczowych (6, 7). Jednak niewiele, jeśli w ogóle, wiadomo na temat profilu ekspresji i funkcjonalnej roli odgrywanej przez ECS podczas rozwoju mięśni szkieletowych.
Miogeneza szkieletowa jest ściśle regulowanym procesem, który wymaga skoordynowanych zmian w dużej liczbie genów, umożliwiających proliferującym mioblastom wycofanie się z cyklu komórkowego i połączenie, tworząc duże wielojądrowe miotubule (8). Kilka klas kanałów jonowych odgrywa kluczową rolę w inicjacji procesu różnicowania. Na przykład wiadomo, że sekwencyjna aktywacja dwóch odrębnych klas kanałów K+, eterowego Kv10.1 i prostownika wewnętrznego KIR2.1 (9, 10), jest jednym z pierwszych zdarzeń molekularnych, które powoduje hiperpolaryzację mioblastów. To zdarzenie z kolei prowadzi do aktywacji zależnych od napięcia kanałów Ca2+ typu T, które zwiększają [Ca2+]i niezbędne do zainicjowania zaangażowania mioblastów w różnicowanie do miotubul (11). Niedawno odkryto, że członkowie podrodziny Kv7 (KCNQ) aktywowanych napięciem kanałów K+ ulegają ekspresji zarówno w mioblastach, jak i miotubach (12, 13), a w szczególności wykazano, że ekspresja kanału Kv7.4 odgrywa rolę permisywna rola w miogenezie szkieletu (14).
Podrodzina Kv7 składa się z pięciu podjednostek (Kv7.1 – Kv7.5), z których każda wykazuje odmienne rozmieszczenie w tkankach i właściwości fizjologiczne. Funkcja kanału Kv7 jest regulowana przez kilka klas receptorów sprzężonych z Gq/11, w tym receptory muskarynowe (15), bradykyninę (16), serotoninę (17) i receptory somatostatyny (18). Stymulacja tych receptorów prowadzi do aktywacji fosfolipazy C (PLC), a następnie hydrolizy 4,5-bisfosforanu fosfatydyloinozytolu (PIP2) do 1,4,5-trifosforanu inozytolu (IP3) i diacyloglicerolu (DAG). Tak więc, biorąc pod uwagę, że PIP2 jest ściśle wymagany do aktywności kanałów Kv7, stymulacja receptora sprzężonego z Gq/11 stanowi jeden z najważniejszych mechanizmów komórkowych, dzięki któremu ta podklasa kanałów K+ jest utrzymywana pod kontrolą ujemną (19). Co ciekawe, prąd M, którego podstawą są kanały Kv7, może być również hamowany poprzez stymulację receptora CB1 przez AEA na poziomie postsynaptycznym w neuronach hipokampa (20) lub przez stymulację sierocego receptora GPR55 sprzężonego z Gq/11 (21).
W tym badaniu staraliśmy się zrozumieć rolę odgrywaną przez ECS w rozwoju mięśni i jego wpływ na aktywność Kv7 podczas miogenezy, stosując techniki biologii molekularnej, biochemicznej, farmakologicznej, morfologicznej i elektrofizjologicznej. Nasze wyniki wskazują, że endokannabinoid 2-AG tonicznie hamuje różnicowanie mysich i ludzkich mioblastów poprzez sekwencyjną aktywację receptorów CB1, redukcję poziomów PIP2 i hamowanie aktywności kanału Kv7.
źródło: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.1406728111