Academic literature on the topic 'Aparell locomotor'

Opa1 is a mitochondrial dynamics protein responsible for the fusion of the inner mitochondrial membrane, the maintenance of cristae morphology, and involved in mitochondrial DNA stability. In this study we have explored the origin of the effects of Opa1 deficiency in skeletal muscle, as well as the cellular mechanisms that give rise to the primary responses derived from its deficiency in the muscle context. Chronic treatment with an anti-inflammatory compound rescued the growth defects that suffer mice defective of Opa1 in skeletal muscle, observed in previous studies. These results indicate that inflammation is the primary cause of this growth impairment. The analysis of the origin of this inflammation allows us to describe that it is a NF- κB activation-mediated, local, primary and autonomous process of the muscle cell. At the intracellular level, the data show that the deficiency of Opa1 generates mitochondrial network fragmentation and disarrangement, and a reduction in the oxidative capacity of the electron transport chain of the mitochondria. These observations were made both in muscle cells and in skeletal muscle, which correlates with a dysfunctionality of the mitochondrial fusion as well as of the morphogenesis of the cristae of the organelle. Likewise, the loss of Opa1 function in muscle cells results in a 50% reduction in the mitochondrial DNA content, accompanied by a comparable reduction on TFAM protein levels. Confocal microscopy analysis show a reduction in the number of mitochondrial DNA nucleoids per cell, as well as an enhancement of the relative area of each nucleoids, which has been described as mitochondrial DNA stress. Given the features of mitochondrial DNA, owing to the past of mitochondria as free living bacteria, it has a powerful immunogenic capacity as a damage associated molecular pattern. From the two main pathways with potential to detect misplaced mitochondrial DNA and induce NF-κB activation, we discarded cGAS activation due to the fact that mitochondrial DNA is not detected in the cytosol and that cGAS deficiency is unable to normalize the expression of NF-κB target genes. Given the absence of the molecule in the cytosolic fraction, we analyzed the functionality of mitophagy. Although in Opa1 loss-of-function cells mitophagy initiates normally, the completion of the mitophagic process is impaired, probably resulting in an accumulation of undegraded mitochondrial components, which has been reported that can produce an intracellular inflammatory response. Studies of the location of mitochondrial DNA indicate that all nucleoids are found in mitochondria-containing compartments. In addition, more than half are located in late endosomes. Approximately the same portion is localized in compartments also positive for TLR9. We assessed the importance of this two key components, mitochondrial DNA and TLR9, in the development of the inflammatory response by ablating one or the other and assessing the normalization of NF-κB target gene expression. Indeed, reduction of mitochondrial DNA copy number to a residual 5% rescued the expression pro-inflammatory genes. Moreover, treatment with TLR9 antagonist also restored NF-κB target genes expression and extracellular concentration of IL-6. In parallel to these data, TLR9 depletion can as well normalize inflammatory genes expression. The data compiled in this study indicate that Opa1 deficiency results in mitochondrial dysfunction together with mitochondrial DNA stress. The mitophagy machinery of the cell is able to identify this damage and restrain the damaged mitochondria into mito-autophagosome that, by a mechanism that still needs further investigation, is re-routed to the endosomal pathway. In late endosomes mtDNA can interact with TLR9 which in turn results in activation of NF-κB pro-inflammatory pathway resulting, eventually, in the secretion of cytokines that may potentially cause the growth defects observed in the skeletal muscle specific Opa1 deficient mouse model.<br>La proteïna Opa1 és una GTPasa de dinàmica mitocondrial responsable de la fusió de la membrana mitocondrial interna, del manteniment de la morfologia de les crestes mitocondrials, i relacionada amb l’estabilitat de l’ADN mitocondrial. En aquest estudi explorem l’origen dels efectes de la deficiència d’Opa1 en múscul esquelètic, així com els mecanismes cel·lulars que donen lloc a les respostes primàries derivades de la deficiència en el context muscular. Les dades obtingudes durant el transcurs d’aquesta tesi doctoral identifiquen la inflamació com la causa dels defectes de creixements, observats en estudis anteriors, que pateixen els animals deficients d’Opa1 en múscul esquelètic. L’anàlisi de la procedència d’aquesta inflamació permet descriure que es tracta d’un procés local, primari i autònom de la cèl·lula muscular. A nivell intracel·lular, les dades mostres que la deficiència d’Opa1 genera una desestructuració de la xarxa mitocondrial, i una reducció en la capacitat oxidativa de la cadena de transport d’electrons del mitocondri, tant en cèl·lules com en múscul esquelètic, el que es correlaciona amb una disfuncionalitat tant de la fusió mitocondrial com de l’estructuració de les crestes de l’orgànul. Així mateix, la pèrdua de funció d’Opa1 en cèl·lules musculars comporta una reducció del 50% en el contingut d’ADN mitocondrial, com també presència d’estrès de l’ADN mitocondrial. L’anàlisi de la funcionalitat de la mitofàgia en aquestes condicions indica una correcta iniciació però una manca de finalització, resultant en una acumulació de material mitocondrial no degradat, el que ha estat reportat que pot produir una resposta inflamatòria intracel·lular. Estudis de la localització del ADN mitocondrial indiquen la seva absència en el citosol, contràriament la totalitat de nucleoides es troben en compartiments mitocondrials. A més, més de la meitat es localitzen en endosomes tardans on també colocalitzen amb el receptor TLR9. L’absència de ADN mitocondrial o de TLR9 són suficients per cancel·lar la resposta inflamatòria, pel que podem afirmar que és el TLR9 el que detecta l’ADN mitocondrial i engega la resposta inflamatòria que donarà lloc a la producció de citocines i potencialment als defectes observats en el model animal.

Els mitocondris són orgànuls citoplasmàtics que tenen un paper fonamental en múltiples processos biològics com l’oxidació de substrats i la producció d’ATP, la senyalització cel•lular, l’apoptosi, el control del cicle cel•lular i l’homeòstasi del calci. Els mitocondris són orgànuls dinàmics, que pateixen canvis de morfologia regulats per processos de fusió i de fissió. Existeix un equilibri entre ambdós processos que és indispensable per a la correcta funció mitocondrial. Les proteïnes que participen directament en la fusió mitocondrial en mamífers són les mitofusines (Mfn1 i Mfn2), localitzades a la membrana mitocondrial externa i OPA1, situada a la membrana mitocondrial interna. Diferents estudis han demostrat que la proteïna Mfn2, a més de promoure la fusió dels mitocondris, també està implicada en la interacció entre els mitocondris i el reticle endoplasmàtic i que participa en la regulació del cicle cel•lular i del metabolisme mitocondrial. Per altra banda, l’expressió de Mfn2 es troba disminuïda en múscul esquelètic en situacions de resistència a la insulina, com l’obesitat o la diabetis de tipus 2, que a la vegada es caracteritzen per una alterada activitat mitocondrial. En base a aquestes observacions, l’objectiu principal de la present tesi doctoral ha estat estudiar els efectes de la modulació de l’expressió de Mfn2 sobre el metabolisme i la bioenergètica mitocondrial en múscul esquelètic. Amb aquest propòsit hem expressat una forma truncada de Mfn2 (hMfn2Δ614-757) o bé hem reprimit l’expressió de Mfn2 endògena en el model cel•lular C2C12 i en múscul esquelètic de ratolí. Per dur a terme aquest objectiu hem generat 3 models de ratolí diferents: el model d’expressió transitòria de la forma hMfn2Δ614-757; el model de repressió transitòria de Mfn2 i el ratolí knockdown de Mfn2. Els dos primers models han estat generats mitjançant la tècnica de l’electrotransferència d’ADN en múscul esquelètic. La sobreexpressió de la forma hMfn2Δ614-757 en cèl•lules C2C12 diferenciades incrementa el consum d’oxigen mitocondrial en situació basal i també en desacoblar la cadena de transport d’electrons de la síntesi d’ATP, suggerint una major capacitat respiratòria dels miotubs que expressen la hMfn2Δ614-757. En múscul esquelètic de ratolí, l’expressió d’aquesta forma de Mfn2 causa una estimulació de la taxa d’oxidació de glucosa així com un increment de la Respiratory Control Ratio (RCR). La inducció del metabolisme mitocondrial observada en sobreexpressar la forma hMfn2Δ614-757 no és deguda a un augment de la massa mitocondrial, sinó a un increment en l’expressió i l’activitat d’alguns dels complexes de la cadena respiratòria mitocondrial. La repressió de Mfn2 en miotubs C2C12 produeix un increment en la respiració no associada a la producció d’ATP o proton leak i una disminució en el potencial de membrana mitocondrial. Aquests resultats indiquen que la repressió de Mfn2 provoca el desacoblament de la cadena de transport d’electrons i la síntesi d’ATP, suggerint una disminució de l’eficiència de la fosforilació oxidativa. Els músculs dels ratolins knockdown de Mfn2 presenten una reducció de la taxa d’oxidació de glucosa i de la Respiratory Control Ratio. A més, la repressió de Mfn2 disminueix l’activitat del complex IV de la cadena respiratòria. En conjunt aquests resultats suggereixen que la disminució de l’expressió de Mfn2 origina una disfunció del sistema de transport electrònic mitocondrial. També cal remarcar que els ratolins knockdown de Mfn2 presenten una major susceptibilitat a desenvolupar resistència a la insulina en resposta a l’envelliment o a una dieta rica en greixos. La disfunció mitocondrial i l’augment en la producció d’espècies reactives d’oxigen (ROS) observats en el múscul esquelètic d’aquests ratolins podrien explicar aquesta major susceptibilitat.<br>Mitochondria are cellular organelles that play a fundamental role in many cellular functions, such as substrates oxidation, ATP production, apoptosis and calcium economy. Mitochondria are dynamic organelles that can fuse and divide; the balance between both processes is crucial for a correct mitochondrial function. The most relevant proteins described to date involved in the regulation of mitochondrial fusion are mitofusins 1 and 2 (Mfn1 and Mfn2, respectively) and OPA1. Substantial data indicates that Mfn2 is also a key regulator of cell cycle and mitochondrial metabolism. On the other hand, Mfn2 expression is reduced in skeletal muscle of obese subjects and type 2 diabetic patients, situations characterized by altered mitochondrial activity. Based on these observations, the main objective of this thesis was the study of the metabolic role of Mfn2 in skeletal muscle. We have studied the metabolic effects caused by the manipulation of Mfn2 expression in mice skeletal muscle in vivo. By means of DNA electrotransfer technologies, we have expressed a truncated Mfn2 mutant in skeletal muscle and we have also repressed endogenous Mfn2 expression with microRNAs. We have also generated a skeletal muscle Mfn2 knockout mouse model (Mfn2 KO). The expression of truncated Mfn2 mutant in tibialis stimulated glucose oxidation and increased the Respiratory Control Ratio (RCR). It also increased the expression of subunits Cox4 of OXPHOS complex IV and Atp5a1 of complex V. We observed these metabolic effects in absence of changes in mitochondrial content. The repression of Mfn2 in mice skeletal muscle caused a marked reduction in the expression of subunit Cox4 of OXPHOS complex IV, accompanied with a 20% of decrease in COX activity. In this case we neither observed differences in mitochondrial content. Skeletal muscle from Mfn2 KO mice showed a decrease in glucose oxidation and in the RCR. In addition, Mfn2 KO mice showed a higher susceptibility to develop insulin resistance in response to aging or a high fat diet. Mitochondrial dysfunction and the increased ROS production observed in skeletal muscle of these mice could explain this higher susceptibility.

In mammals, regular exercise is related to important benefits for health by protecting from the development of cardiovascular diseases, stimulating the immune system by providing anti- inflammatory effects and maintaining glucose homeostasis, that is particularly relevant in diabetes. In the present study, the model species zebrafish (Danio rerio) has been used to investigate the physiological response to swimming-induced exercise. After four weeks of a swimming training protocol, we have observed a significant increase of the fiber area and increased capilarization of fast skeletal muscle. These cellular changes are accompanied by a transcriptomic response involving differentially regulated genes and pathways relevant for muscle growth, development, contraction, oxidative metabolism and angiogenesis. Also, mTOR signaling pathway, typically related to processes of muscular hypertrophy and in exercise in mammals, was activated concomitantly with an increase of expression of markers for cell proliferation. The activity of AMPK, a kinase that regulates multiple cellular processes including muscle glucose uptake or mitochondrial biogenesis, was increased by exercise, in conjunction with expression of pgc1a. These results suggest an adaptation towards a more oxidative metabolism of the fast skeletal muscle, similar to mammals. Also, a dynamic regulation of several “myokines" in the zebrafish fast muscle was observed over the training period. In mammals, muscle cells have the capacity to express factors of the immune system under certain stimuli. After stimulation with E.coli lipopolysaccharide, a notable expression of immune and muscle developmental genes has been observed in the fast muscle of previously exercised zebrafish. Nevertheless, survival of exercised zebrafish after an in vivo challenge with P. aeruginosa was not improved, suggesting that exercise did not stimulate zebrafish immune function under the tested conditions. Remarkably, zebrafish has the capacity to regenerate the heart completely after a cardiac injury. The results of this study suggests that exercise improves cardiac regeneration in view of the significant recovery of cardiac function and increased proliferation of cardiomyocytes that coincides with the induction of a specific transcriptomic response. In conclusion, this study shows that exercise in adult zebrafish promotes muscular and cardiac adaptations at the cellular and molecular level, and that these results can contribute to our knowledge of muscular, metabolic and cardiovascular diseases.<br>En mamífers l'exercici s'ha relacionat amb importants efectes fisiològics com protecció contra malalties cardiovasculars, estimulació del sistema immunitari proporcionant defenses antiinflamatòries, i el manteniment homeostàtic de la glucosa sobretot en casos de diabetis on es veu augmentada la sensibilitat a la insulina. En aquest estudi s'ha utilitzat l'espècie model Danio rerio, peix zebra, i mitjançant un protocol de natació s'ha induït l'exercici. Al cap de quatre setmanes de natació s'ha observat un augment significatiu de l'àrea de les fibres musculars i capil·larització del múscul esquelètic. Aquests canvis cel·lulars han estat acompanyats d'una resposta transcriptòmica amb una regulació diferencial de rellevants processos de senyalització relacionats amb creixement muscular, desenvolupament, contracció, metabolisme i angiogènesi. A més, la via de mTOR, característica en processos d'hipertròfia muscular en resposta a l'exercici, apareix activada conjuntament amb un augment de marcadors de proliferació cel·lular. És rellevant l'augment de l'activitat de AMPK, una quinasa reguladora de biogènesi mitocondrial, juntament amb l'augment de pgc1a. Conjuntament, aquests resultats suggereixen una adaptació del múscul a un estat més oxidatiu. S'ha observat una regulació dinàmica en el temps d'algunes "mioquines", factors descrits en mamífers de ser alliberats per les cèl·lules musculars que poden jugar un paper important en els efectes fisiològics de l'exercici. En mamífers les cel·lules musculars presenten una capacitat d'expressar factors del sistema immunitari sota determinats estímuls. Després d'una estimulació amb lipopolisacàrid, s'observa una expressió més notable de factors immunes i musculars en els músculs dels animals prèviament exercitats, però l'exercici no altera la supervivència després d'una infecció aguda amb P. aeruginosa. L'exercici en el peix zebra promou la proliferació dels cardiomiòcits i una tendència a creixement cardíac. El peix zebra té la capacitat de regenerar completament el cor. En un context de lesió cardíaca (simulant un infart de miocardi) l'exercici millora la recuperació de la funció cardíaca i indueix una resposta transcriptòmica que coincideix amb un augment de proliferació dels cardiomiòcits. En aquest estudi es conclou que l'exercici en el peix zebra promou adaptacions musculars i cardíaques a nivell cel·lular i molecular i el seu estudi pot contribuir en el coneixement de patologies musculars, metabòliques i cardiovasculars.

Protein homeostasis (proteostasis) results from the fine regulation of synthesis and degradation. The nuclear cofactor DOR/TP53INP2 was identified originally as a protein expressed in PML of nuclear bodies. However, in response to cellular stress, DOR/TP53INP2 exits the nucleus, localizes to early autophagosomes and regulates autophagy. Recent data from our laboratory has demonstrated that DOR promotes muscle wasting by the activation of basal autophagy in skeletal muscle. Aim of this project is to analyze the role of DOR/TP53INP2 in combining the regulation of autophagy with other muscle homeostatic processes like the Ubiquitin- Proteasome System. Our results indicate that DOR is a negative regulator of the proteasome activity in C2C12 cells and skeletal muscle. Our data suggest that this upregulation of the proteasome activity in DOR-deficient cells is modulated by an induction of some subunits of the proteasome such as PSMD4 and PSMD11, subunits of the 19S regulatory particle involved in the recognition of Ub and proteasome assembly. Moreover, results suggest that DOR is also a negative regulator of protein synthesis. The comprehension of DOR function in regulating proteostasis will potentially identify new targets against muscle atrophy. Indeed, DOR expression is repressed in wasting conditions such as diabetes and cancer cachexia.<br>La homeostasis de proteinas (proteostasis) resulta de una buena regulación de la síntesis y degradación proteica. El cofactor nuclear DOR/TP53INP2 fue identificado originariamente como una proteina expresada en PML de nuclear bodies. Sin embargo, en respuesta a estrés celular, DOR/TP53INP2 sale del núcleo, localiza con autofagosomas tempranos y regula la autofagia. Datos recientes de nuestro laboratorio han demostrado que DOR/TP53INP2 promueve la perdida de masa muscular por la activación de autofagia basal en el músculo esquelético. El objetivo de este proyecto es analizar el papel de DOR/TP53INP2 como regulador que interconecta la autofagia con otros procesos homeostáticos como el sistema de ubiquitina proteasoma (UPS) en el músculo esquelético. Nuestros resultados indican que DOR/TP53INP2 es un regulador negativo de la actividad de la acividad del proteasoma en celulas C2C12 y en el musculo esqueletico. Nuestros datos sugieren que ese incremento de la actividad del proteasoma en células deficientes para DOR/TP53INP2 está modulado por un aumento de algunas subunidades de la parte regulatoria 19S del proteasoma como PSMD4 y PSMD11, las cuales estan implicadas en el reconocimiento de proteinas ubiquitinadas y en el ensamblaje del proteasoma respectivamente. Además, los resultados sugieren que DOR/TP53INP2 es tambien un regulador negativo de la síntesis proteica. El conocimiento de la funcion de DOR/TP53INP2 en regular la prteostasis nos ha permitira identificar nuevas dianas contra la atrofia muscular. De hecho, la expresión de DOR/TP53INP2 está reprimida en condiciones de pérdida muscular así como en diabetes y caquexia cancerosa.

El colágeno VI es una proteína de la matriz extracelular cuyos defectos conducen a una variedad de trastornos musculares en humanos caracterizados por una debilidad muscular entre otros múltiples síntomas. Tanto el colágeno VI, como su fragmento soluble carboxilo terminal llamado endotrofina se encuentran altamente expresados en los dos principales tejidos periféricos que regulan la glucemia, el músculo esquelético y tejido adiposo. Los niveles de ARNm de colágeno VI en el tejido adiposo se han asociado con la obesidad y la resistencia a la insulina y su expresión está regulada por los niveles de glucosa, agonistas PPAR-gamma y la leptina. Se ha demostrado como, en modelos de ratón expuestos a una dieta alta en grasas, la sobreexpresión de endotrofina en el tejido adiposo contribuye a la fibrosis e inflamación de este tejido así como al empeoramiento de un estado de resistencia a la insulina. En relación a lo anterior, la ausencia de colágeno VI en ratones obesos mejora su perfil metabólico incluyendo resistencia a la insulina. A pesar de estas evidencias no se han investigado un papel del colágeno VI en la homeostasis de la glucosa así como sus implicaciones en el contexto de la deficiencia de colágeno VI en los seres humanos. En este trabajo se utilizó un modelo in vitro basado en el tratamiento de líneas celulares musculares y adiposas, humanas y murinas, con colágeno VI o endotrofina para investigar sus efectos en la captación y la utilización de glucosa, así como las vías de señalización y genes implicados. Se estudiaron dichas vías en biopsias musculares de pacientes con mutaciones en colágeno VI y se estudió mediante absorciometría de doble energía la cantidad y distribución del tejido magro y adiposo en estos pacientes y su correlación con la función motora de los mismos y los niveles de adipoquinas circulantes. Se demostró que el colágeno VI y la endotrofina son capaces de producir, mediante la acción de la quinasa ligada a integrinas (ILK), un aumento significativo en la captación de glucosa de una manera independiente a la acción de la insulina en las células musculares y adiposas en el caso del colágeno VI y en células musculares en el caso de la ETP. Además, hallamos que el colágeno VI es capaz de producir cambios en los niveles de expresión de genes codificantes para proteínas mitocondriales, así como para la proteína GLUT1 en células musculares. Pudimos observar que los pacientes con mutaciones en colágeno VI manifiestan un aumento en los niveles de proteína GLUT1 en músculo esquelético así como un incremento de los niveles circulantes de adiponectina de alto peso molecular en suero. También evidenciamos como la cantidad de masa magra de estos pacientes se encuentra reducida, mientras que sufren un considerable incremento en la cantidad de masa grasa, la cual se correlaciona negativamente con su estado funcional y su calidad de vida. En resumen, en este estudio se evidenció el papel del colágeno VI y la ETP en el control de la captación de glucosa de manera independiente a la insulina en miotubos y adipocitos in vitro. Además, el colágeno VI es capaz de producir cambios en relación a la expresión de numerosos genes. Y finalmente, se ha descrito una alteración en la cantidad y distribución de masa muscular y adiposa en pacientes con miopatías relacionadas con déficits el colágeno VI indicando que el aumento de masa grasa en estos pacientes contribuye a la fisiopatología de la enfermedad.<br>Collagen VI is an extracellular matrix protein whose defects lead to a range of musculoskeletal conditions. Post-translational modification of collagen VI results in the cleavage and release of a carboxyterminal soluble fragment named endotrophin (ETP). Collagen VI is highly expressed in the two major tissues regulating glycemia, skeletal muscle and adipose tissue. COL6A3 mRNA levels in adipose tissue have been associated with obesity and insulin resistance and its expression is regulated by glucose levels, PPAR-γ agonists and leptin. In mice, ETP over-expression contributes to fibrosis, inflammation of adipose tissue and insulin resistance. In line with this, the lack of collagen VI in obese mice improves insulin resistance. Despite these evidences a signaling role for collagen VI in glucose homeostasis and its implications in the context of collagen VI deficiency in humans have not been investigated. Human and murine skeletal muscle and adipose cell lines treated with collagen VI or ETP were used to investigate the effect of collagen VI in glucose utilization and signaling pathways and genes involved. Same pathways were studied in muscle biopsies from patients with mutations in collagen VI. It was investigated, by Dual-energy X-ray absorptiometry, the amount and distribution of lean mass and adipose tissue in these patients and their correlation with motor function and levels of circulating adipokines. We demonstrated that collagen VI and endotrophin induce, through the action of integrin-linked kinase (ILK), a significant increase in glucose uptake independently of insulin action in muscle cells and adypocites. Furthermore, collagen VI is able of producing changes in expression levels of genes encoding for mitochondrial proteins as well as for GLUT1 in muscle cells. Patients with mutations in collagen VI showed an increase in GLUT1 protein level in skeletal muscle and an increase in circulating of HMW adiponectin level in serum. Finally, we see that the amount of lean mass of these patients is reduced, while suffering a considerable increase of fat mass, which is negatively correlated with functional status and quality of life. In summary, in this study we demonstrate a role for collagen VI and ETP in in vitro glucose uptake regulation and in the regulation of the expression of numerous genes. And finally, we described an alteration in the amount and distribution of adipose and muscle mass in patients with collagen VI related myopathies indicating that the increase in fat mass in these patients contributes to the pathophysiology of the disease.

HDAC11 is the newest member of the histone deacetylase (HDAC) family and one of the less studied. Its expression was described to be enriched in skeletal muscle tissues from the first moment of its discovery, yet now after 15 years, its roles in myogenesis remain unknown. We started this thesis by analyzing the expression changes of all HDAC’s’ members between proliferation and early differentiation conditions, which constitutes a crucial cell fate point in which cells have to decide whether to continue proliferating or enter to irreversible G0 arrest state to differentiate. With this analysis, we found HDAC11 as the HDAC family member the most upregulated in the skeletal muscle differentiation process. By CRISPR/Cas9 knock-in tagging of endogenous HDAC11, we show that HDAC11 protein levels are absent in proliferating cells and increased through differentiation. The silencing of HDAC11 in proliferation conditions is mediated, at least in part, by class I HDAC’s deacetylation of MYOD. In differentiation conditions, acetylated MYOD and myogenin, the two master regulators of muscle differentiation, bind to HDAC11 promoter regions and trigger its expression. HDAC11 deficient myoblasts did not present major alterations in cell proliferation or differentiation capacities but show reduced fusion ability. Genome-wide transcriptomic analysis of differentiating HDAC11 deficient myoblasts revealed an upregulation of genes involved in proliferation and a decreased expression of genes involved in muscle contraction, suggesting a delayed entry in G0 irreversible arrest state. Our ChIP results suggest that HDAC11 would mediate repression of proliferation related genes by deacetylation of H3 in their promoter regions. Moreover, HDAC11 expression is also highly expressed in additional G0 states, like in reversible arrested quiescent satellite cells. In skeletal muscle tissues, HDAC11 is higher expressed in fast muscles than slow ones, especially in males. The analysis of HDAC11 deficient mice concludes that HDAC11 absence do not cause major alterations in muscle development, adult myofiber growth or fiber type composition in basal conditions. In regeneration conditions, HDAC11 deficient mice show advanced regeneration capacity at 7 days post injury, probably mediated at least in part, by an increased expression of Il-10 by HDAC11 deficient macrophages. Finally, we show that HDAC11 upregulation through differentiation is conserved in human myoblast and its expression is reduced in rhabdomyosarcoma cells, which present impaired differentiation capabilities. Altogether, our results place HDAC11 as a new epigenetic regulator in in vitro an in vivo myogenesis.<br>HDAC11 és el membre més recentment descobert de la família de deacetilases d'histones (HDAC) i un dels menys estudiats. En el moment del seu descobriment es va veure que estava altament expressada en teixits de múscul esquelètic encara que després de 15 anys, les seves funcions en la miogènesi resten encara desconegudes. Vam començar aquesta tesi analitzant els canvis d'expressió de tots els membres de la família HDAC entre les condicions de proliferació i diferenciació primerenca, un moment crucial on les cèl·lules han de decidir si continuen dividint-se o entren en l'estat d'aturada irreversible G0 per diferenciar-se. Amb aquesta anàlisi vam trobar HDAC11 com el membre de la família HDAC que augmentava més la seva expressió en aquest procés. Amb la tècnica d'enginyeria genètica CRISPR/Cas9 vam aconseguir inserir un epítop en el locus genòmic de HDAC11, que ens permeté demostrar que la proteïna HDAC11 està absent en condicions de proliferació i augmenta amb la diferenciació. El silenciament de l'expressió de HDAC11 durant la proliferació està mitjançada, almenys en part, per la deacetilació de MYOD per part de la classe I de HDACs. Durant la diferenciació, MYOD acetilat i miogenina, els dos reguladors responsables d’iniciar la diferenciació muscular, s'uneixen al promotor de HDAC11 i activen la seva expressió. Els mioblasts deficients en HDAC11 no presenten greus alteracions en la proliferació cel·lular o en la seva capacitat de diferenciar-se però mostren una reduïda capacitat de fusió. L'estudi transcriptòmic a escala global de mioblasts deficients en HDAC11 va revelar una sobreexpressió de gens involucrats en la proliferació cel·lular i una reducció en l'expressió de gens amb funcions en la contracció muscular, suggerint una entrada més tardana en la fase G0 d'aturada irreversible. Els nostres resultats de ChIP suggereixen que HDAC11 podria intervindre en la repressió dels gens involucrats en la proliferació cel·lular mitjançant la deacetilació de les histones H3 dels seus promotors. A més, l'expressió d'HDAC11 també és alta en estats addicionals de G0 com l'arrest reversible de les cèl·lules satèl·lit quiescents. En teixits de múscul esquelètic, HDAC11 està més expressada en músculs ràpids que lents, especialment en mascles. L'anàlisi de ratolins deficients en HDAC11 conclogué que l'absència de HDAC11 no causa greus alteracions en el desenvolupament muscular, el creixement de miofibres adultes o en la composició en tipus de fibres en condicions basals. Durant la regeneració muscular, els ratolins deficients en HDAC11 mostren un avanç en la seva capacitat de regeneració 7 dies després de la lesió, probablement mitjançat en part per un increment en l’expressió de Il-10 per part dels macròfags deficients en HDAC11. Finalment, mostrem que l’augment d’expressió de HDAC11 està conservat en la diferenciació de mioblasts humans i que la seva expressió està reduïda en rabdomiosarcoma, patologia tumoral que presenta un impediment en la diferenciació muscular. En conjunt, els nostres resultats situen HDAC11 com un nou regulador epigenètic en la miogènesi in vitro i in vivo.

La caquèxia és una síndrome clínicament evident en la seva fase avançada ja que es manifesta amb pèrdua substancial de greix i múscul esquelètic. Pels malalts els representa, en aquesta última etapa, una reduïda probabilitat d'èxit de rehabilitació. Aquesta síndrome en pacients amb càncer s'associa amb una reduïda supervivència, i això es deu en part a una disminució de la tolerància als tractaments contra el càncer, a una major susceptibilitat a les infeccions i altres complicacions. La manca de consciència dels problemes de nutrició i l'estat dels pacients amb càncer, juntament amb la manca d'evidències d'una teràpia adequada, fa de la caquèxia una gestió rarament activa, que freqüentment resulta en una progressiva pèrdua de pes que va avançant sense diagnosticar fins que es torna greu. Tenint en compte que la caquèxia és una síndrome multifactorial, és poc probable que un sol medicament sigui efectiu per contrarestar-la. Per tant, la línia de recerca futura és el disseny d'un enfocament multimodal, és a dir, una combinació de fàrmacs que actuen sobre diferents vies fisiopatològiques, per prevenir o retardar l'aparició de la caquèxia en malalts de càncer. En primer lloc, l'estratègia terapèutica ideal hauria de contemplar el suport nutricional, ja sigui mitjançant suplements nutricionals, incorporant nutracèutics o fàrmacs. En segon lloc, la teràpia multimodal hauria d'incorporar una doble estratègia, tant anticatabòlica com anabòlica. De fet, el bloqueig de l'estat catabòlic vinculat a la caquèxia que pateixen el pacients amb càncer és absolutament essencial. Tal enfocament pot millorar la tolerància als tractaments contra el càncer agressiu i la capacitat funcional i la qualitat de vida, fins i tot en etapes avançades de la malaltia. A més, els tractaments futurs s'haurien d'iniciar en el moment del diagnòstic del càncer i s'haurien d'adaptar a l'estadi de caquèxia del pacient. L'objectiu principal d'aquesta tesi doctoral ha estat demostrar la necessitat d'establir una teràpia multimodal per al tractament de la caquèxia cancerosa que englobi agents anabòlics i anticatabòlics amb base nutricional o farmacològica en models experimentals de caquèxia. Normalment, la majoria d’estudis preclínics estan basats només amb l'efecte caquèctic induït en un curt interval de temps de creixement tumoral o amb fàrmacs antineoplàstics individuals, no amb una teràpia combinada. Aquests paràmetres experimentals, però, estan lluny de la pràctica clínica, on s’adopta una intervenció antitumoral tan aviat com es diagnostica el càncer, però no es té en compte la caquèxia fins que aquesta ja està avançada. Per altra banda, l'estudi de la toxicitat del fàrmac i la farmacocinètica en absència de tumor podria ocultar aspectes importants. Com a conseqüència, l'ús de models preclínics inapropiats complica i limita la transferència dels descobriments bàsics. Per això, els experiments realitzats durant aquesta tesi incorporen, juntament amb tractaments anticaquèctics, un tractament antitumoral. L’administració d’un agent quimioterapèutic redueix eficaçment la càrrega tumoral al mateix temps que allarga la supervivència a expenses d'un estat caquèctic dramàtic, reflectint les condicions clíniques dels pacients amb càncer. A més a més, els tractaments anticaquèctics testats (formoterol i acetat de megestrol, entre d’altres) resulten en una millora remarcable pel que fa a l’estat caquèctic dels models experimentals utilitzats que reben a la seva vegada aquest tractament antitumoral. Testar l'eficàcia dels fàrmacs candidats en aquestes condicions experimentals ofereix un enfocament vàlid i fiable per a la investigació translacional en el camp de la caquèxia associada al càncer. En conclusió, els resultats presentats reforcen la idea que un tractament anticaquèctic exitós ha de ser multifactorial.<br>The presence of a tumour is very often associated with wasting in the host. The percentage of cachexia in cancer patients is quite high: 50 to 80%, and is a useful tool for survival prediction, being held responsible for more than 20% of the deaths of cancer patients. Patient’s ability to tolerate anticancer therapy will, in turn, be affected by their nutritional status preceding treatment, and it will determine the success of the therapy. So, nutritional support has to be considered rather as part of the oncological treatment than as a separated action. In spite of this, several studies demonstrated that nutritional strategies are not sufficient to reverse the cachectic syndrome. This points out the need that, any therapeutic approach has to be multifactorial to counteract metabolic changes. The aim of the present thesis has been to assess the efficacy of a multifactorial treatment in cachectic tumour-bearing animals. The effectiveness of drugs aimed at counteracting cancer cachexia is generally tested in preclinical rodent models where only the tumour-induced alterations are taken into account, excluding the co-presence of anti-tumour molecules that could worsen the scenario and/or interfere with the treatment. As a consequence, the use of inappropriate preclinical models complicates and limits the transfer of basic discoveries from the bench to the bedside. These results incorporates antitumour (sorafenib) together with anticachectic treatments (formoterol and megestrol acetate) this being proved to be a promising strategy for treating cancer cachexia in a preclinical setting that better resembles the human condition, thus providing a strong rationale for the use of such combination in clinical trials involving cachectic cancer patients. In conclusion, the present results reinforce the idea that a successful cachexia treatment has to be multifactorial.

Las lesiones del músculo esquelético son las lesiones más comunes en el ámbito deportivo (su frecuencia puede variar del 10-55%), siendo una preocupación importante en la medicina deportiva. Más del 90% de todas las lesiones deportivas son debidas traumas mecánicos, tales como contusiones musculares o lesiones por distensión, que a menudo conllevan la incapacidad del atleta para entrenar o competir durante varias semanas. Estas lesiones se caracterizan por sufrir rotura de sus fibras musculares, lámina basal y capilares cercanos; y se encuentran frecuentemente localizadas cerca de las uniones miotendinosas. El músculo esquelético tiene capacidad regenerativa en respuesta a una lesión, desencadenando un proceso de reparación altamente sincronizado que implica la activación de diversas respuestas celulares. Sin embargo, en lesiones severas, la fase de remodelación puede incluir un proceso de cicatrización (fibrosis) que perjudica la recuperación funcional del músculo y representa un importante riesgo de recurrencia. A pesar de que en los últimos años se han ampliado nuestros conocimientos sobre el proceso de regeneración del músculo esquelético, sus complejas vías de regulación todavía siguen siendo poco conocidas. Por todo ello, se plantea como necesario el desarrollo de nuevas aproximaciones terapéuticas para mejorar la regeneración muscular y evitar los problemas asociados a lesiones músculo-tendinosas; lo que podría generar un fuerte impacto social y económico en el campo de las patologías musculo-esqueléticas y lesiones musculares en el ámbito deportivo. En el presente proyecto se estableció con éxito un nuevo modelo de lesión quirúrgica muscular inducida en ratas, fácil de generar, altamente reproducible y capaz de imitar las lesiones más frecuentes del músculo esquelético observadas en la clínica deportiva humana. Así mismo, se demostró el efecto terapéutico de la administración de una dosis única de PRP mediante inyección intramuscular y, especialmente de la rehabilitación activa temprana (basada en el ejercicio), en la recuperación muscular, tanto a nivel histológico como en la recuperación de la fuerza del músculo esquelético lesionado mediante el uso del nuevo modelo experimental en ratas. No se observó un efecto sinérgico en la combinación de ambos tratamientos, lo que sugiere que el PRP no añade ningún efecto beneficioso al tratamiento basado en el ejercicio en el músculo esquelético lesionado. Estos resultados corroboran la falta de sinergia del PRP con respecto a la rehabilitación por actividad física demostrada en los últimos ECA realizados en clínica humana, donde los atletas fueron sometidos a protocolos de rehabilitación basados en el principio de movilización activa temprana tras la administración de una dosis única de PRP intramuscular. Por otro lado, se evaluaron también los efectos del tratamiento combinado de Condroitín Sulfato y Glucosamina, los cuales demostraron tener un efecto beneficioso en la regeneración del músculo esquelético lesionado en el modelo de lesión muscular en rata, tanto a nivel histológico como en la recuperación de la fuerza muscular, corroborando el papel clave de los componentes de la ECM durante el desarrollo muscular y la regeneración. A pesar de que se requieren más investigaciones, estos enfoques terapéuticos podrían abrir nuevas vías en el tratamiento de las lesiones del músculo esquelético humano y especialmente en el campo de la medicina deportiva.<br>Skeletal muscle injuries are the most common sports-related injuries in sports medicine. In this work, we have generated a new surgically-induced skeletal muscle injury in rats, by using a biopsy needle, which could be easily reproduced and highly mimics skeletal muscle lesions detected in human athletes. . By means of histology, immunofluorescence and MRI imaging, we corroborated that our model reproduced the necrosis, inflammation and regeneration processes observed in dystrophic mdx-mice, a model of spontaneous muscle injury, and realistically mimicked the muscle lesions observed in professional athletes. MRI imaging analysis demonstrated that our muscle injury model reproduces the grade I-II type lesions detected in professional soccer players, including edema around the central tendon and the typically high signal feather shape along muscle fibers. A significant reduction of 30 % in maximum tetanus force was also registered after 2 weeks of muscle injury. This new model represents an excellent approach to the study of the mechanisms of muscle injury and repair, and could open new avenues for developing innovative therapeutic approaches to skeletal muscle regeneration in sports medicine. We also evaluated the effects of an ultrasound-guided intramuscular PRP injection, administered 24 hours after injury, and/or post traumatic daily exercise training for 2 weeks on skeletal muscle healing in a recently established rat model of skeletal muscle injury. Intramuscular PRP injection and, especially, treadmill exercise improve histological outcome and force recovery of the injured skeletal muscle in a rat injury model that imitates sports-related muscle injuries in athletes. However, there was not a synergistic effect when both treatments were combined, suggesting that PRP does not add any beneficial effect to exercise-based therapy in the treatment of injured skeletal muscle. This could explain why PRP therapies have failed in randomized clinical trials where the athletes have adhered to post-injection rehabilitation protocols based on the principle of early, active mobilization. Moreover, we evaluated the beneficial effects of the combination of chondroitin sulfate (CS) and glucosamine (GLU) hydrochloride administration (both compounds used for the symptomatic osteoarthritis (OA) treatment) on muscle healing. The combined CS+GLU treatment improved muscle healing and force recovery of the injured skeletal muscle in rats, thus suggesting an important role of these products as potential new therapies for the treatment of muscle injuries in sports medicine.

La preocupació per la flexibilitat i el seu entrenament no ha estat sempre la mateixa. No fa pas gaires anys que en alguns esports els entrenadors no volien ni sentir parlar d'estirar la musculatura, ja que creien que era contraproduent. Actualment ja ningú dubta deis beneficis d'un bon programa d'exercicis de mobilitat articular, pero en realitat mai o gairebé mai té el mateix tractament que les altres qualitats físiques, probablement perqué tampoc no ha estat estudiada amb la mateixa profunditat La flexibilitat ocupa un lloc privilegiat en els programes de condicionament físic i en el camp esportiu en general i els entrenadors volen coneixer els avantatges i inconvenients de l'aplicació deis exercicis de flexibilitat, tot reclamant tests que els permetin treballar i dissenyar els seus programes amb rigor. Tot i que la bibliografia especialitzada dóna suport a l'entrenament de la flexibilitat per la seva influencia positiva, cal anar amb cura a l'hora de fer-ho extensible a totes les activitats (Shellock i Prentice , 1985). Tot i l'inteèes que té la flexibilitat en el món de l'activitat física i l'esport, peques investigacions permeten extrapolar els resultats a altres poblacions i, fins i tot, els metodes utilitzats moltes vegades no permeten cap tipus de comparació entre subjectes. L'origen d'aquesta situacíó està en la manca de tests senzills i de facil aplicació que permetin valorar !'amplitud de moviment articulard'una manera valida i fiable . Aquesta tesí doctoral pretén donar resposta a aquestes deficiencies, i proposar correccions als tests més utilitzats que permetin quantificar amb rigor el grau de mobilitat articular de la major part d'articulacions del cos humà. L'estructura de la tesi consta de quatre parts clarament diferenciades. D'una banda, una primera part en la qual es tracta deis factors relacionats amb la mobilitat articular. Una segona part, també teòrica, en que es fa una analisi deis principals tests de flexibilitat. En la tercera part es proposa, en primer lloc, un métode corrector per aplicar als principals tests de flexibilitat i, en segon lloc, una part empírica que consta de tres estudis; en el primer es determina la validesa i fiabilitat de l'índex corrector proposat. En un segon estudi es comparen els diferents valors d'amplitud de moviment obtinguts al passar diversos tests a esportistes de diferents modalitats. L'estudi ha tingut dos vessants; d'una banda, posar en practica l'índex corrector i, de l'altra, fer una analisi comparativa entre díferents esports. Fínalment, en el tercer estudi, es determina la importancia relativa de la influencia genética i ambiental de la flexibilitat utilitzant l'índex d'heretabilitat, estudi realitzat amb germans bessons que no presentaven diferencies perinatals ni ambientals significatives. Com a fonament d'aquests estudis s'inclouen en la part teòrica estudis experimentals propis que pretenen aprofundir en l'estat de la qüestió. En aquest sentit, val a destacar l'estudi realitzat en la segona part d'aquesta tesi, en el qual es comprova la influència de les mesures antropomètriques en alguns tests de camp indirectes. L'estudi pretén comprovar la hipótesi de l'existència d'una estreta relació entre els resultats dels tests de flexibllitat indirectes i les mesures antropomètriques dels segments corporals implicats en el moviment.