チチンのC末端PEVKエクソンを削除すると、受動的な筋剛性が増加し、スプライシングが変化し、骨格筋の断面および縦方向の肥大が誘導されることが明らかになった

Deleting Titin's C-Terminal PEVK Exons Increases Passive Stiffness, Alters Splicing, and Induces Cross-Sectional and Longitudinal Hypertrophy in Skeletal Muscle.

• Robbert J van der Pijl
• Brian Hudson
• Tomotaroh Granzier-Nakajima
• Frank Li
• Anne M Knottnerus
• John Smith
• Charles S Chung
• Michael Gotthardt
• Henk L Granzier
• Coen A C Ottenheijm

抄録

チチンのプロリン、グルタミン酸、バリン、リジンリッチ（PEVK）領域は、線条筋に受動的な張力を与えるエントロピックスプリングを構成している。PEVK領域のサイズをわずかに小さくした場合の機能的および構造的影響を調べるために、構成的に発現しているC末端PEVKエクソン219-225を欠失させたTtnモデル（MGI：Ttn）を用いてマウスの骨格筋を調べた。この欠失に基づいて、骨格筋の受動張力は∼17%増加すると予測されました(サルコメア長3.0μm)。対照的に、ヒラメ筋とEDL筋の両方で測定された受動張力（サルコメア長3.0μm）は、それぞれ53±11％と62±4％増加した。この予期せぬ増加は、細胞外マトリックスの変化ではなく、チチンの変化によるものであり、Ttn N2Aチチンを代表するより大きなアイソフォームと、N2A2と呼ばれるより小さなアイソフォームの2つのチチンアイソフォームのTtn筋肉内での共発現によって引き起こされたと考えられます。N2A2は、チチンエキソンマイクロアレイ解析によって決定されたように、スプリングエレメントエキソンの発現が減少したスプライシング適応を表している。最大テタニック張力は、Ttnヒラメ筋（WT 240 ± 9; Ttn 276 ± 17 mN/mm）で増加したが、EDL筋（WT 315 ± 9; Ttn 280 ± 14 mN/mm）では減少した。活性張力の変化は、遅い繊維タイプへの切り替えと、予期せぬことに、張力の生成と弛緩のより速い速度論と一致した。機能的過負荷（FO;アブレーション）および後肢懸垂（HS;アンローディング）実験も実施した。Ttnマウスは、FOに応答して縦方向の肥大（直列のサルコメアの数の増加）と横断面の肥大（並列のサルコメアの数の増加）の両方の増加を示し、HSに応答して横断面の萎縮が減衰した。要約すると、タイチンのPEVKエクソン219-225を欠いたマウスモデルの遅筋と速筋は、タイチンのバネ領域のスプライシングの他の場所の変化、張力の発生と弛緩の速度論の増加、および機能的な過負荷と過負荷に対する栄養応答の変化に起因して、高い受動的な張力を持つことになる。このことは、タイチンのC末端PEVK領域が受動的・能動的な筋力学と筋可塑性の調節に関与していることを示唆している。

The Proline, Glutamate, Valine and Lysine-rich (PEVK) region of titin constitutes an entropic spring that provides passive tension to striated muscle. To study the functional and structural repercussions of a small reduction in the size of the PEVK region, we investigated skeletal muscles of a mouse with the constitutively expressed C-terminal PEVK exons 219-225 deleted, the Ttn model (MGI: Ttn ). Based on this deletion, passive tension in skeletal muscle was predicted to be increased by ∼17% (sarcomere length 3.0 μm). In contrast, measured passive tension (sarcomere length 3.0 μm) in both soleus and EDL muscles was increased 53 ± 11% and 62 ± 4%, respectively. This unexpected increase was due to changes in titin, not to alterations in the extracellular matrix, and is likely caused by co-expression of two titin isoforms in Ttn muscles: a larger isoform that represents the Ttn N2A titin and a smaller isoform, referred to as N2A2. N2A2 represents a splicing adaption with reduced expression of spring element exons, as determined by titin exon microarray analysis. Maximal tetanic tension was increased in Ttn soleus muscle (WT 240 ± 9; Ttn 276 ± 17 mN/mm), but was reduced in EDL muscle (WT 315 ± 9; Ttn 280 ± 14 mN/mm). The changes in active tension coincided with a switch toward slow fiber types and, unexpectedly, faster kinetics of tension generation and relaxation. Functional overload (FO; ablation) and hindlimb suspension (HS; unloading) experiments were also conducted. Ttn mice showed increases in both longitudinal hypertrophy (increased number of sarcomeres in series) and cross-sectional hypertrophy (increased number of sarcomeres in parallel) in response to FO and attenuated cross-sectional atrophy in response to HS. In summary, slow- and fast-twitch muscles in a mouse model devoid of titin's PEVK exons 219-225 have high passive tension, due in part to alterations elsewhere in splicing of titin's spring region, increased kinetics of tension generation and relaxation, and altered trophic responses to both functional overload and unloading. This implicates titin's C-terminal PEVK region in regulating passive and active muscle mechanics and muscle plasticity.

Copyright © 2020 van der Pijl, Hudson, Granzier-Nakajima, Li, Knottnerus, Smith, Chung, Gotthardt, Granzier and Ottenheijm.