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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.5.2021.tde-02092021-161248
Document
Author
Full name
Gisele Miyamura Martins Beber
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2021
Supervisor
Committee
Ferreira, Cecilia Helena de Azevedo Gouveia (President)
Akamatsu, Flávia Emi
Moriscot, Anselmo Sigari
Soares, Evelise Aline
Title in Portuguese
Interação músculo-osso:papel do IGF-1 de origem muscular no esqueleto
Keywords in Portuguese
Estresse mecânico
Fator de crescimento insulin-like I
Microtomografia computadorizada
Músculo
Osso e ossos
Suspensão de cauda
Abstract in Portuguese
Está muito bem estabelecido que há interação mecânica entre os ossos e músculos. Sabe-se que os ossos se adaptam à demanda mecânica, e que a deformação elástica imposta aos ossos pela contração muscular estimula a formação óssea, ao mesmo tempo em que inibe a reabsorção. Entretanto, temse levantado a hipótese de que interações não mecânicas também ocorrem entre os ossos e os músculos. Alguns fatores que atuam no tecido ósseo e muscular têm sido sugeridos como possíveis fatores a atuarem na interação músculo-osso não mecânica. Um desses fatores é o IGF-1 (fator de crescimento semelhante à insulina I), que tem um importante papel no crescimento e desenvolvimento esquelético, além de atuar no desenvolvimento e regeneração muscular. Assim sendo, o presente estudo teve como principal objetivo investigar se o IGF-1 de origem muscular têm efeito na massa, microarquitetura e resistências ósseas. Para tanto, avaliamos o fenótipo esquelético do fêmur de camundongos machos e fêmeas transgênicos que hiperexpressam IGF-1 em fibras musculares esqueléticas de contração rápida (TgIGF1) ao longo do envelhecimento (1, 3, 5, 7, 9, 11 e 13 meses de idade). Além disso, avaliamos o efeito da retirada de carga mecânica (unloading), através da técnica de suspensão de cauda, nos ossos e músculos dos camundongos TgIGF1. As fêmeas TgIGF1 apresentaram hipertrofia muscular menos acentuada do que os machos transgênicos. Praticamente não houve diferenças significativas no comprimento ósseo dos camundongos TgIGF1 fêmeas em relação às fêmeas Selvagens (Selv), enquanto os comprimentos longitudinais ósseos foram maiores nos machos (vs. machos Selv). As fêmeas TgIGF1 apresentaram melhorias na microarquitetura óssea trabecular e cortical aos 3 e 5 meses, quando ocorreu hipertrofia muscular. Os machos TgIGF1 apresentaram melhorias nos parâmetros ósseos corticais durante o envelhecimento, quando ocorreu maior perda muscular do que nos machos Selv. O unloading foi mais deletério para o osso das fêmeas TgIGF1 em relação às fêmeas Selv, enquanto o músculo das fêmeas TgIGF1 e Selv respondeu de forma similar ao unloading. Esses resultados sugerem que: (i) o músculo dos machos é mais sensível aos efeitos hipertróficos do IGF-1 local do que o das fêmeas; (ii) o maior crescimento ósseo nos machos TgIGF1 pode ser decorrente do maior estresse mecânico e/ou de ações parácrinas do IGF-1 muscular; (iii) as melhorias ósseas apresentadas pelas fêmeas TgIGF1 parecem ser resultado de um maior estresse mecânico decorrente da hipertrofia muscular; (iv) o IGF-1 de origem muscular pode ter tido um efeito positivo e parácrino nos parâmetros ósseos corticais dos camundongos TgIGF1 durante o envelhecimento; (v) o IGF-1 de origem muscular depende da contração muscular e/ou de um maior estresse mecânico para exercer as suas ações anabólicas sobre as células musculares.
Title in English
Muscle-bone interaction: role of IGF-1 of muscle origin in the skeleton
Keywords in English
Bone and bones
Computed microtomography.
Hindlimb suspension
Insulin-like growth factor I
Muscle
Stress, mechanical
Abstract in English
It is well established that there is mechanical interaction between bones and muscles. It is known that bones adapt to mechanical demand and that the elastic deformation imposed on bones by muscle contraction stimulates bone formation while inhibiting resorption. However, the hypothesis that nonmechanical interactions between bones and muscles also occur has been raised. Some factors that act on bone and muscle tissues have been suggested as possible factors that act on non-mechanical muscle-bone interaction. One of these factors is IGF-1 (insulin-like growth factor I), which plays an important role in skeletal growth and development, in addition to acting in muscle development and regeneration. Therefore, the present study aimed to investigate whether IGF-1 derived from skeletal muscle affects bone mass, microarchitecture, and resistance. Thus, we evaluated the skeletal phenotype of the femur of male and female transgenic mice that hyperexpress IGF-1 in fast-twitching skeletal muscle fibers (TgIGF1 mice) at 1, 3, 5, 7, 9, 11 and 13 months of age. In addition, we evaluated the effect of removing mechanical load (unloading), using the tail suspension technique, on the bones and muscles of TgIGF1 mice. TgIGF1 females showed less pronounced muscle hypertrophy than transgenic males. There were practically no significant differences in the bone length of the female TgIGF1 mice in relation to the wild type (WT) females, while the bone longitudinal lengths were greater in males (vs. WT males). The TgIGF1 females showed improvements in trabecular and cortical bone microarchitecture at 3 and 5 months, when muscle hypertrophy was observed. The TgIGF1 males showed improvements in cortical bone parameters during aging, when muscle loss was greater than in WT males. The unloading was more harmful to the bones of TgIGF1 females compared to WT females, while the muscle of TgIGF1 and WT females responded similarly to unloading. These results suggest that: (i) the muscle of males is more sensitive to the hypertrophic effects of local IGF-1 than that of females; (ii) the higher bone growth in TgIGF1 males may be due to the greater mechanical stress and/or paracrine actions of the muscular IGF-1; (iii) the bone improvements presented by the TgIGF1 females seem to be the result of the greater mechanical stress due to muscle hypertrophy; (iv) IGF-1 derived from muscle may have had a positive and paracrine effect on cortical bone parameters of TgIGF1 mice during aging; (v) IGF-1 of muscle origin depends on muscle contraction and/or greater mechanical stress to exert its anabolic actions on muscle cells.
 
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Publishing Date
2021-09-09
 
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