T.G. Anthony

Departamentul de Științe Nutritive, Universitatea Rutgers, New Brunswick, NJ 08901 SUA

proteic

Abstract

1. Introducere

Creșterea populației la nivel mondial a crescut cererea mondială pentru o nutriție adecvată a proteinelor [1]. Sunt necesare noi strategii pentru creșterea producției de carne, reducând în același timp efectele adverse asupra mediului [2]. Abordările genetice pentru creșterea producției de produse de origine animală prin creșterea selectivă au succes, dar duc și la complicații economice, ecologice și etice [3,4]. În general, eforturile de satisfacere a necesităților de proteine ​​ale lumii împotriva unei scăderi a stresului asupra mediului (adică constrângeri fizice, chimice și biologice asupra productivității speciei [5]) creează presiuni mai mari asupra agriculturii animale decât oricând. Din aceste motive, o mai bună înțelegere a punctelor de control fundamentale în determinarea echilibrului proteinelor musculare este relevantă pentru sustenabilitatea agriculturii animale.

În ultimele două decenii, progresele în genomică au permis ca reproducerea selectivă să fie mai informată și astfel orientată. Evoluțiile recente ale tehnologiei au consolidat și mai mult dacă nu au înlocuit epoca genomică cu o epocă de proteomică și metabolomică. Aceste tehnologii permit adresarea de întrebări și mai sofisticate, mutând domeniul de la monitorizarea genotipului la fenotip [6]. O înțelegere mai profundă a mecanismelor fenotipice care reglează masa musculară va oferi, la rândul său, o nouă perspectivă despre cum să abordăm cel mai bine provocările de mediu pentru creșterea animalelor și să îmbunătățim sănătatea generală a animalelor. Având în vedere cele de mai sus, următoarea perspectivă a fost creată pentru a oferi o imagine de ansamblu de bază asupra progreselor recente în studiul echilibrului proteinelor musculare scheletice in vivo. Aceste informații au ca scop informarea domeniilor producției de animale domestice și de animale cu privire la modalitățile de a monitoriza sau modifica mai bine capacitatea și eficiența creșterii, cu accent pe mușchiul scheletic.

2. Evoluția metodologiei în evaluarea echilibrului proteic

Aplicațiile care se bazează pe metode de detectare bazate pe anticorpi, cum ar fi imunoblotarea, imunofluorescența și citometria în flux, sunt utilizate în mod obișnuit pentru a vizualiza expresia proteinelor și a oferi o măsură calitativă a proteomei. Marcarea proteinelor nou sintetizate cu puromicină este o metodă mai recentă utilizată pentru a estima sinteza proteinelor noi în mușchi [25,26]. O altă abordare utilizează puromicina biotinilată pentru a eticheta proteinele nou sintetizate în condiții fără celule, urmată de o analiză proteomică pentru a genera un instantaneu al translatomului [27,28]. Aceste abordări de etichetare a proteinelor pentru a evalua proteomul sunt mai rapide și mai ușoare decât metodele bidimensionale de electroforeză pe gel pentru a evalua proteomul [10,29].

3. Rețeaua proteostazei în mușchiul scheletic

4. Sinteza proteinelor musculare este controlată la nivelul traducerii ARNm

5. Căile de degradare a proteinelor reglează masa musculară

Mutațiile vizate ale componentelor mașinilor autofagice din mușchiul scheletic al șoarecilor au arătat că macroautofagia este esențială pentru remodelarea musculară și controlul calității. În special, formele selective de macroautofagie, cum ar fi mitofagia, au roluri importante în funcția mitocondrială și în apărarea stresului oxidativ în timpul îmbătrânirii [79]. Macroautofagia este reglementată de starea nutrițională, stimulând postul și hrănind inhibarea biomarkerilor de formare a autofagozomilor [77]. La porcii neonatali, atât insulina, cât și aminoacizii joacă un rol în inhibarea macroautofagiei, în timp ce CMA nu este modificată [80]. Trebuie remarcat faptul că evaluarea funcțională a autofagiei este complexă și există unele controverse legate de biomarkerii valizi ai maturizării autofagozomilor. Cititorul este îndreptat către o declarație de poziție formală care descrie aceste considerații [81].

Celălalt sistem proteolitic important în mușchiul scheletic este calea proteazomului ubiquitin [71]. Calea proteazomului ubiquitin realizează degradarea selectivă a proteinelor prin hidroliza ATP și marcarea proteinei client cu un lanț de polubiquitină. Într-o serie de trei reacții catalitice de cooperare mediate de enzimele E1 (activarea ubiquitinei), E2 (conjugarea ubiquitinei) și E3 (ubiquitina ligază), patru sau mai mulți monomeri ubiquitinici sunt atașați covalent la proteinele selectate pentru distrugere de către proteasomul 26S. Deoarece ligasele E3 catalizează etapa finală și limitarea ratei cascadei ubiquitinării, eforturile de cercetare au fost îndreptate spre identificarea determinanților selecției substratului. Cu toate acestea, mai puțin de jumătate din ligasele E3 cunoscute găzduiesc singure activitate enzimatică; majoritatea necesită interacțiune cu E2 adecvat pentru a viza corect substraturile pentru degradare [82]. Aceste relații E2 - E3 în dezvoltarea sau atrofierea mușchilor scheletici sunt în mare parte necunoscute.

Multe afecțiuni catabolice corespund unei creșteri a expresiei sau activității unui număr de ligase E3, dintre care unele există în general în diferite tipuri de celule și altele cu expresie exclusivă a mușchilor scheletici [83-85]. Două ligase de ubiquitină E3 specifice mușchilor, denumite Muscle RING Finger 1 (MuRF1) și Muscle Atrophy F-box (MAFbx)/Atrogin-1 sunt bine studiate în nivelurile lor de expresie în timpul diferitelor stări de catabolism și atrofie musculară [84]. Alte ligase E3, cum ar fi Nedd4-1, Trim32 și TRAF6 joacă roluri critice în diferite modele de atrofie și diferite stadii de dezvoltare musculară [71]. O listă completă a ligazelor E3 relevante pentru controlul masei musculare nu a fost încă generată, la fel și identitatea E2-urilor care se împerechează cu acestea. O înțelegere detaliată a acestui nivel de control va dezvălui noi mijloace de îmbunătățire a rezistenței la mediu.