Effect of selected nutrients on skeletal muscle mitochondrial metabolism

Abstract

Skeletal muscle plays an important role in the maintenance of whole-body metabolic homeostasis. Metabolic alterations of skeletal muscle contribute to the pathogenesis of a wide range of human diseases, such as obesity, type 2 diabetes and hypertension. Relative excess and suboptimal composition of nutrients negatively affect skeletal muscle metabolism and a better understanding of mechanisms involved in these changes is of central importance. The aim of the work presented in this thesis was to explore cell viability and mitochondrial respiratory parameters following experimentally induced changes in the availability or composition of selected nutrients (fatty acids and glutamine). We attempted to elucidate the mechanisms responsible for the observed changes, such as mitochondrial DNA (mtDNA) damage, or nuclear receptors activation. The studies were performed in vitro on skeletal muscle cell culture models. In addition, we examined mitochondrial function and fat accumulation in skeletal muscle of vegans, i.e. subjects consuming a strict plant-based diet. Using C2C12 skeletal muscle cells we studied the effects of free fatty acids (FFA). We found that relatively low doses of saturated palmitic acid increased hydrogen peroxide production and induced mtDNA damage, mitochondrial respiratory dysfunction...

SOUHRN Kosterní sval hraje významnou roli v udržování metabolické homeostázy celého organismu. Metabolické změny v kosterním svalu přispívají k patogenezi celé řady onemocnění, jako je obezita, diabetes 2. typu a hypertenze. Nadbytek a nevhodné složení živin negativně ovlivňují metabolismus kosterního svalu. Porozumění mechanismům, kterými k tomu dochází, je tedy důležitým cílem metabolického výzkumu. Cílem této práce bylo sledovat viabilitu buněk kosterního svalu a parametry mitochondriální respirace po experimentálně indukovaných změnách v dostupnosti nebo složení vybraných živin (mastných kyselin a glutaminu). Pokusili jsme se také objasnit mechanismy zodpovědné za pozorované změny, jako je poškození mitochondriální DNA (mtDNA) nebo aktivace jaderných receptorů. Jako in vitro model kosterního svalu byly použity kultivované svalové buňky. Dále jsme sledovali mitochondriální funkci a akumulaci tuku v kosterním svalu u veganů, tedy jedinců konzumujících striktně rostlinnou stravu. Na svalových buňkách linie C2C12 jsme studovali účinky volných mastných kyselin (VMK). Zjistili jsme, že již relativně nízké dávky nasycené kyseliny palmitové zvýšily produkci peroxidu vodíku, indukovaly poškození mtDNA a mitochondriální respirační dysfunkci a snížily viabilitu myoblastů. Diferencované myotuby byly více...