https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30459708
Edustava kaava luustolihaksessa tapahtuvasta heksosaminibiosynteesitiestä, jossa muodostuu O-GlcNAc ja tapahtuu posttranslationaalinen lisääminen solussa oleviin proteiineihin transferaasilla OGT / tai tämän ryhmän poisto OGA hydrolaasilla). kuvan oiekassa yläkulmassa.
kuvassa esitetään myös miten insuliini signaloituminen tapahtuu IR insuliinireseptoriteitse, jolloin aktivoituu signaalitie IRS-1- PI3K-PDK1-Akt.
Glukoosin tulo soluun tapahtuu GLUT4-proteiinin avulla ja sitten kinaasi fosforyloi sen Glukoosi-6 fosfaatiksi. Siitä voi osa mennä glykogeeniaineenvaihduntaan, jolloin sen täytyy ensin muuttau Glukoosi-1-fosfaatiksi ja aktivoitua UTP-energialla. UDP-glukoosiksi, josta voi syntetisoida lihasglykogeeniä.
Osa soluun tulleesta glukoosista jatkaa muuttumalla fruktoosiksi Fru-6-P ja siten fruktoosi-bifosfaatiksi ja menee glykolyysiteihen. Palorypälehappovaiheesta voi osa mennä anaaerobiseen glykolyysiin tarvittaessa ja siitä tulee vähän ATP:tä ja lopulta maitohappoa. Aerobinen glykolyysi tuottaa paljon ATP:tä mitokondriasta. Lihaksessa ATP-energiaa voidaan slussata lihakseen kreatiniinislussin avulla . Myosiinissa on omia ATPaaseja. Entsyymien nimiå alla. Ne kuuluvat kuvan selitykseen.
- Representative scheme of the presence of O-GlcNAcylation on glucose
metabolism in skeletal muscle. Several signaling and metabolic pathways
are indicated, in particular the hexosamine biosynthesis pathway,
glycolysis (anaerobic and aerobic glycolysis), glycogen metabolism,
insulin signaling, and TCA cycle. Specific molecular components of
skeletal muscle such as myofibrils and creatine shuttle are also
represented. Red asterisks correspond to O-GlcNAcylated proteins; blue
asterisks correspond to enzymes including in protein-protein complexes
(such as the glycolytic metabolon) which could be potentially modulated
consecutively to O-GlcNAcylation changes in skeletal muscle cells. A,
Aconitase; BE, Beta-enolase; CKc, Creatine kinase cytoplasmic; CKm,
Creatine kinase mitochondrial; CS, Citrate synthase; FBPA,
Fructose-bisphosphate aldolase; FH, Fumarate hydratase; GAPDH,
Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase; GFAT,
Glutamine,fructose-6-phosphate aminotransferase; GK, Glucokinase; GP,
Glycogen phosphorylase; GS, Glycogen synthase; IDH, Isocitrate
dehydrogenase; KGD, Ketoglutarate dehydrogenase; LD, Lactate
dehydrogenase; MDH, Malate dehydrogenase; OGA, O-GlcNAcase; OGT,
O-GlcNAc transferase; PDH, Pyruvate Dehydrogenase; PFK,
Phosphofructokinase; PGI, Phosphoglucose isomerase; PGK,
Phosphoglycerate kinase; PGM, Phosphoglycerate mutase; PK, Pyruvate
kinase; PM, phosphoglucomutase; PP, UDP-glucose pyrophosphorylase; SDH,
Succinate Dehydrogenase; SL, Succinyl-CoA ligase; TPI, Triose-phosphate
isomerase.
Abstraktista suomennosta:
LUUSTOLIHAS ( tahdonalainen lihaksisto) käsittää 40 % koko kehonpainosta. Lihaksen päätehtävä on konvertoida kemiallinen energia mekaaniseksi energiaksi, mikä takaa voiman generoitumista liikkeisiin ja lokomotioon ja pitää yllä asentoa. Ratkaisevasta energiariippuvuudesta vastaa lihaksisto, joka on keskeinen koko kehon
aminohappojen ja
hiilihdydraattien varasto. Juuri näistä ravintoaineista muun muuassa riippuu posttranslationaalinen modifikaatio
N-asetyyliglukosaminin (GlucNAc) liittäminen -O- asemaan entsyymeissä (O-GlucNAc-) Siinä siirretään tai tarvitatessa irrotetaan näitä ainutlaatuisia monosakkarideja ( N-asetyyli-D-glukosamineja) aminohappojen seriinin tai treoniini OH-ryhmään nukleosytoplasmisessa tai mitokondriaalisessa proteiinissa. Prosessi on dynaaminen: ja tapahtuu entsyymien O-GlcNAc- transferaasin (OGT) tai vastaavasti O-GlcNAc-glykosidihydrolaasin (OGA) katalysoimina reaktioina. Tämä heksosamini on rakenteellinen sokeri ja sillä on paljon merkitystä typpipitoisena aminosokerina solujen pintarakenteissa ja proteiinien ikää pidentävissä tekijöissä.
OGT = O-linkkiytynyt N-asetyyliglukosaminyylitransferaasi
OGA , 3-O-(N-asetyyli-D-glukosaminyyli) L-seriini/treoniini N-asetyyliglukosaminyylihydrolaasi
tai lyhemmin sanottuna O-GlcNAcaasi
(Selitys:
Glukosamini on hiilihydraattiaineenvaihdunnasta peräisin oleva sokeri
glukoosi, jossa on aminohapon glutamiinihapon
amidityppi (N) liitetty sokeriin.
Tämä glukosamini on sitten asetyloitu, saanut Ac- ryhmänsä.
Nyt se on GlcNAc
Sitten se on liitetty proteiinissa olevan aminohapon OH- ryhmään sen O -molekyyliin, joten saadaan O-GlcNAc . Nyt on sokeriaineenvaihdunnasta kehittynyt rakenteellinen molekyyli, jonka avulla saadaan erilaisia glykokonjugaatteja proteiineille. Ihmiskehon rakenneaminohapoista seriinillä ja treoniinilla on OH- ryhmät rakenteessa. Seriini ja treoniini (s ja t) kuuluvat niihin aminohappoihin joita ihmisen genomi koodaa).
- Skeletal muscle represents
around 40% of whole body mass. The principal function of skeletal muscle
is the conversion of chemical energy toward mechanic energy to ensure
the development of force, provide movement and locomotion, and maintain
posture. This crucial energy dependence is maintained by the faculty of
the skeletal muscle for being a central place as a "reservoir" of amino
acids and carbohydrates in the whole body. A fundamental
post-translational modification, named O-GlcNAcylation, depends, inter alia,
on these nutrients; it consists to the transfer or the removal of a
unique monosaccharide (N-acetyl-D-glucosamine) to a serine or threonine
hydroxyl group of nucleocytoplasmic and mitochondrial proteins in a
dynamic process by the O-GlcNAc Transferase (OGT) and the O-GlcNAcase
(OGA), respectively.
O-GlucNAc- rakenteen liittämisen on havaittu osallistuvan vahvasti solunsisäiseen aineenvaihduntaan eri elimissä ja kudoksissa, sollä se moduloi signalointiteitä, geeni-ilmentymää ja sytoskeletaalisia funktioita. Tällaista on havaittu aivosta, maksasta, munuaisesta ja haimasta ja O-GlcNAc linkkiytyy eri tautien etiologiaankin. Viime vuosina on monet tutkimukset kohdistuneet O-GlucNAc- liitännän osuuteen luustolihaksen fysiologiassa ja patofysiologiassa. Näissä tutkimuksissa on päämielenkiinto kohdistunut O-GlcNAc-liittymiin lihastreenin aikana tai lihaksen kuihtumistiloissa. Suurin osa tutkimuksista viittaa siihen, että esiintyy erilaista O-GlcNAc-liittymäleimaa riippuen lihakselle tyypillisestä aineenvaihdunnasta levossa, lihaksen kuihtumissa tai treenausolosuhteissa, samoin riippuen treenausohjelmasta, siitä onko kyse äkkinäsiestä vai pitkäaikaisesta voimanponnistuksesta.
Ensimmäiset saadut oivallukset antoivat viitettä jonkin verran erilaisiin OGT/OGA ilmentymisiin ja /tai aktiivisuuksiin ja erilaisiin solustressivasteisiin (ROS, reaktiivisiin happilajeihin ja/tai HSP-proteiineihin).
Vankkaa tietoa tuli siitä, että nämä O-GluNAc-muutokset voisivat johtaa
(1) hiilihydraattiaineenvaihdunnan erilaisiin moduloitumisiin, koska tiedetään suurimman osan entsyymeistä saavan posttranslationaalisen O-GlcNAc- lisukkeen ja
(2) proteiinisynteesi/proteiininhajoitustasapainon erilaiseen modulaatioon, koska O-GlcNAc -päätteen saaminen säätelee luustolihaksessa muutamia avainasemassa olevia signaaliteitä kuten Akt/GSK3beeta, Akt/mTOR, myogeniini/atrogiini-1, myogeniini/Mef2D, Mrf4 ja PGC-1alfa.
- O-GlcNAcylation has been shown to be strongly
involved in crucial intracellular mechanisms through the modulation of
signaling pathways, gene expression, or cytoskeletal functions in
various organs and tissues, such as the brain, liver, kidney or
pancreas, and linked to the etiology
of associated diseases. In recent years, several studies were also
focused on the role of O-GlcNAcylation in the physiology and the
physiopathology of skeletal muscle. These studies were mostly interested
in O-GlcNAcylation during muscle exercise or muscle-wasting conditions.
Major findings pointed out a different "O-GlcNAc signature" depending
on muscle type metabolism at resting, wasting and exercise conditions,
as well as depending on acute or long-term exhausting exercise protocol.
First insights showed some differential OGT/OGA expression and/or
activity associated with some differential stress cellular responses
through Reactive Oxygen Species and/or Heat-Shock Proteins. Robust data
displayed that these O-GlcNAc changes could lead to (i) a differential
modulation of the carbohydrates metabolism, since the majority of
enzymes are known to be O-GlcNAcylated, and to (ii) a differential
modulation of the protein synthesis/degradation balance since
O-GlcNAcylation regulates some key signaling pathways such as Akt/GSK3β,
Akt/mTOR, Myogenin/Atrogin-1, Myogenin/Mef2D, Mrf4 and PGC-1α in the
skeletal muscle.
Lopuksi O-GlcNAc -siirron osallistuminen joihinkin luustolihaksen metabolisiin prosesseihin saattaisi linkkiytyä joihinkin liitännäistauteihin kuten
tyypin 2 diabetekseen tai
neuromuskulaarisiin sairauksiin, joissa näyttäa olevan yleisesti kriittisesti kohonnutta O-GlcNAc liitäntää.
- Finally, such involvement of O-GlcNAcylation in some
metabolic processes of the skeletal muscle might be linked to some
associated diseases such as type 2 diabetes or neuromuscular diseases showing a critical increase of the global O-GlcNAcylation level.
