University of Oulu

Dihydropyridine receptors in skeletal muscle with comparative reference to muscle development and exercise in mouse and salmon

Saved in:
Author: Mänttäri, Satu
Organizations: University of Oulu, Faculty of Science, Department of Biology
Format: eBook
Online Access: PDF Full Text (PDF, 2.5 MB)
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9514277201
Language: English
Published: 2005
Publish Date: 2005-05-17
Thesis type: Doctoral Dissertation
Defence Note: Academic Dissertation to be presented with the assent of the Faculty of Science, University of Oulu, for public discussion in Kuusamonsali (Auditorium YB210), Linnanmaa, on May 27th, 2005, at 12 noon
Reviewer: Docent Juha Oksa
Professor Matti Vornanen
Description:

Abstract

The dihydropyridine receptor (DHPR) in the skeletal muscle plasma membrane functions as a voltage sensor for excitation-contraction coupling. In the present work the expression and special features of DHPR were studied under various conditions. In order to localize and visualize the DHPRs, a method using fluorophore-conjugated dihydropyridine molecules as a probe was developed. In addition, different laboratory assays and electrophysiological measurements were used to study the expression of the myofibrillar proteins, force production of the muscle and conduction velocity of the plasma membrane.

During the postnatal development of mouse skeletal muscle the density of DHPR increased. By the time of DHPR appearance, the expression of sodium channels had started and the typical assembly of basic structural components and membrane compartments was clearly detectable.

According to the histochemical analysis, the DHPR was selectively expressed in type IIA muscle fibres of mouse. In addition to the fibre type specificity, the uneven distribution of DHPRs was also seen at the muscle level. The attenuation of the contraction force after addition of DHPR blocker was largest in muscles with a high percentage of type IIA fibres. In fish muscles, the distribution of DHPR was homogenous and the density between different fibre types was quite similar.

In gastrocnemius muscle of mouse, the density and mRNA expression of DHPR increased significantly by 21.5 and 66.8%, respectively, after a 15-week aerobic exercise programme. The increase correlated significantly with the raise in % myosin heavy chain IIa isoform. In thigh and heart muscles, no significant changes were observed.

In fish, the environmental change following hatchery release and downstream migration of 46.5 km induced an increase in the DHPR density in swimming muscles. Furthermore, a transition of phenotypic profile from fast-to-slow fibres was observed.

Taken together, the present data provide evidence for the fact that the expression of DHPR increases during postnatal development. Moreover, the expression correlates with a specific fibre-type metabolism, thus having an impact on the overall contractile properties of the muscle. This is further manifested as an increase in the DHPR density after endurance training in mammalian as well as in fish muscle. In addition, a strong correlation exists between the level of muscle activity and the density of DHPR.


Tiivistelmä

Poikkijuovaisen lihaksen solukalvolla esiintyvä dihydropyridiini (DHP) reseptori toimii jännitesensorina lihaksen ärsytys-supistus kytkennässä. Tässä työssä tutkittiin DHP reseptorin erityispiirteitä sekä erilaisten fysiologisten tekijöiden vaikutusta reseptorin ilmenemiseen. DHP reseptorien visualisointiin kehitettiin histologinen värjäysmenetelmä, jossa merkkiaineena toimi fluorofori-konjugoitu DHP molekyyli. Lisäksi työssä tutkittiin lihaksen proteiinien ekspressiota, lihaksen voimantuottoa sekä solukalvon johtonopeutta erilaisten määritysmenetelmien ja elektrofysiologisten mittausmenetelmien avulla.

Tulokset osoittivat, että yksilönkehityksen aikana DHP reseptorien tiheys kasvoi hiiren poikkijuovaisessa lihaksessa. DHP reseptorien ekspression alkaessa natriumkanavat olivat jo ilmaantuneet solukalvolle ja lihassolun rakenne oli pitkälle erilaistunut.

Histokemiallisten määritysten perusteella DHP reseptorin ekspressio oli selektiivistä. Reseptoreita esiintyi runsaimmin tyypin IIA soluissa. Reseptoriproteiinin solutyyppispesifisyys oli huomattavissa myös lihastasolla. Tulosten mukaan proteiinin salpaaja alensi lihaksen supistumisvoimaa erityisesti niissä hiiren lihaksissa, joiden solutyyppikoostumuksessa tyypillä IIA on suuri prosentuaalinen osuus. Kalan lihaksissa DHP reseptorit olivat homogeenisesti jakautuneet. Lisäksi reseptoritiheys oli samankaltainen eri solutyyppien välillä.

15 viikon aerobinen harjoittelu lisäsi sekä DHP reseptorin proteiini- että mRNA- ekspressiota tilastollisesti merkitsevästi (21,5 ja 66,8 %) hiiren kantalihaksessa. Ekspression kasvu korreloi merkitsevästi samanaikaisesti tapahtuneen myosiini isomuoto IIa määrän kasvun kanssa. Reisi- ja sydänlihaksessa merkittäviä muutoksia ei havaittu.

Kalan uintilihaksissa DHP reseptorien tiheys kasvoi vapauttamisen jälkeisen ympäristön muutoksen ja 46,5 km pituisen vaelluksen jälkeen. Lisäksi lihasten solutyyppikoostumuksessa tapahtui muutos kohti hitaasti supistuvia solutyyppejä.

Yhteenvetona voidaan todeta, että saatujen tulosten perusteella DHP reseptorien ekspressio kasvaa syntymän jälkeen hiiren poikkijuovaisessa lihaksessa. Solujen erilaistuessa ekspressio korreloi solutyyppimetabolian kanssa vaikuttaen edelleen lihaksen supistumisominaisuuksiin. Tästä johtuen myös kestävyysharjoittelun seurauksena DHP reseptorien määrä kasvaa sekä nisäkkään että kalan lihaksissa. Erityisesti lihaksen aktiivisuudella on merkitystä DHP reseptorin ekspressioon.


Series: Acta Universitatis Ouluensis. A, Scientiae rerum naturalium
ISSN-E: 1796-220X
ISBN: 951-42-7720-1
ISBN Print: 951-42-7719-8
Issue: 436
Subjects:
Copyright information: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.