血清中の細胞外小胞 miR-203a-3p 含有量は、廃用萎縮および再生期の骨格筋量およびタンパク質ターンオーバーと関連している

Serum extracellular vesicle miR-203a-3p content is associated with skeletal muscle mass and protein turnover during disuse atrophy and regrowth.

• Douglas W Van Pelt
• Ivan J Vechetti
• Marcus M Lawrence
• Kathryn L Van Pelt
• Parth Patel
• Benjamin F Miller
• Timothy A Butterfield
• Esther E Dupont-Versteegden

抄録

小規模ノンコーディングマイクロRNA（miRNA）は骨格筋サイズの重要な調節因子であり、細胞外小胞（EV）内に循環するmiRNAは萎縮とそれに関連する全身的な影響に寄与する可能性がある。本研究の目的は、筋肉の萎縮と再生がin vivoの血清EV miRNA含有量をどのように変化させるかを理解することであった。また、血清EV miRNAの変化をタンパク質合成、タンパク質分解、筋肉、腎臓、肝臓内のmiRNAと関連づけた。成体F334/BNラットを体重負荷（WB）、7日間の後肢懸濁（HS）、7日間のHSと7日間のリローディング（HSR）の3つの条件に供した。EV miRNA含有量のマイクロアレイ解析から、血清EV miRNAの全体的な変化は、主要な代謝経路、異化経路、メカノ感受性経路を標的としていることが予測された。MiR-203a-3pは、WBと比較してHSのEVにおいて実質的な違いを示した唯一のmiRNAであった。EVのmiRNA含有量と筋肉、腎臓または肝臓内の対応するmiRNA含有量との関連は限定的であった。ステップワイズ線形回帰により、EV miR-203a-3pは、すべての条件において、筋肉量、および筋肉タンパク質の合成および分解と相関していることが示された。最後に、EV miR-203a-3pの発現は、筋萎縮を誘発するために片側下肢懸垂（ULLS）を受けたヒト被験者で有意に減少した。以上のことから、血清EV miR-203a-3p発現は骨格筋のタンパク質ターンオーバーと筋萎縮に関連していることが明らかになった。血清EV miR-203a-3p含有量が有用なバイオマーカーである可能性が示唆され、今後の研究では、血清EV miR-203a-3p含有量がタンパク質合成および分解と機械論的に関連しているかどうかを調査すべきである。

Small non-coding microRNAs (miRNAs) are important regulators of skeletal muscle size and circulating miRNAs within extracellular vesicles (EVs) may contribute to atrophy and its associated systemic effects. The purpose of this study was to understand how muscle atrophy and regrowth alters in vivo serum EV miRNA content. We also associated changes in serum EV miRNA with protein synthesis, protein degradation and miRNA within muscle, kidney and liver. We subjected adult (10 mo.) F334/BN rats to 3 conditions: weight-bearing (WB), hindlimb suspension (HS) for 7 days to induce muscle atrophy, and HS for 7 days followed by 7 days of reloading (HSR). Microarray analysis of EV miRNA content showed that the overall changes in serum EV miRNA were predicted to target major anabolic, catabolic, and mechanosensitive pathways. MiR-203a-3p was the only miRNA demonstrating substantial differences in HS EVs compared with WB. There was a limited association of EV miRNA content to the corresponding miRNA content within the muscle, kidney or liver. Stepwise linear regression demonstrated that EV miR-203a-3p was correlated with muscle mass, and muscle protein synthesis and degradation across all conditions. Finally, EV miR-203a-3p expression was significantly decreased in human subjects that underwent unilateral lower limb suspension (ULLS) to induce muscle atrophy. Altogether, we show that serum EV miR-203a-3p expression is related to skeletal muscle protein turnover and atrophy. We suggest that serum EV miR-203a-3p content may be a useful biomarker and future work should investigate if serum EV miR-203a-3p content is mechanistically linked to protein synthesis and degradation.