Published January 5, 2018 | Version v1
Publication Open

AMPK in skeletal muscle function and metabolism

Creators

  • 1. University of Copenhagen
  • 2. Institut Cochin
  • 3. Inserm
  • 4. Centre National pour la Recherche Scientifique et Technique (CNRST)
  • 5. Centre National de la Recherche Scientifique
  • 6. Délégation Paris 5
  • 7. Sorbonne Paris Cité
  • 8. Université Paris Cité
  • 9. University Hospital of Bern
  • 10. Pfizer (United States)
  • 11. Lung Institute
  • 12. Institut NeuroMyoGène
  • 13. Université Claude Bernard Lyon 1
  • 14. Novo Nordisk Foundation
  • 15. Vanderbilt University

Description

The FASEB JournalVolume 32, Issue 4 p. 1741-1777 ReviewOpen Access AMPK in skeletal muscle function and metabolism Rasmus Kjøbsted, Corresponding Author Rasmus Kjøbsted rasmus.kjobsted@nexs.ku.dk Section of Molecular Physiology, Department of Nutrition, Exercise, and Sports, Faculty of Science, University of Copenhagen, Copenhagen, Denmark Correspondance: Department of Nutrition, Exercise and Sports, Section of Molecular Physiology, Faculty of Science, University of Copenhagen, Universitetsparken 13, DK-2100 Copenhagen, Denmark. E-mail: rasmus.kjobsted@nexs.ku.dk Correspondance: Department of Molecular Physiology and Biophysics, Vanderbilt University, 823 Light Hall, 2215 Garland Ave., Nashville, TN 37232, USA. E-mail: louise.lantier@vanderbilt.eduSearch for more papers by this authorJanne R. Hingst, Janne R. Hingst Section of Molecular Physiology, Department of Nutrition, Exercise, and Sports, Faculty of Science, University of Copenhagen, Copenhagen, DenmarkSearch for more papers by this authorJoachim Fentz, Joachim Fentz Section of Molecular Physiology, Department of Nutrition, Exercise, and Sports, Faculty of Science, University of Copenhagen, Copenhagen, DenmarkSearch for more papers by this authorMarc Foretz, Marc Foretz INSERM, Unité 1016, Institut Cochin, Paris, France Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Unité Mixte de Recherche (UMR) 8104, Paris, France Université Paris Descartes, Sorbonne Paris Cité, Paris, FranceSearch for more papers by this authorMaria-Nieves Sanz, Maria-Nieves Sanz Department of Cardiovascular Surgery, Inselspital, Bern University Hospital, Bern, Switzerland Department of Biomedical Research, University of Bern, Bern, SwitzerlandSearch for more papers by this authorChristian Pehmøller, Christian Pehmøller Internal Medicine Research Unit, Pfizer Global Research and Development, Cambridge, Massachusetts, USASearch for more papers by this authorMichael Shum, Michael Shum Axe Cardiologie, Quebec Heart and Lung Research Institute, Québec, Canada Institute for Nutrition and Functional Foods, Laval University, Québec, CanadaSearch for more papers by this authorAndré Marette, André Marette Axe Cardiologie, Quebec Heart and Lung Research Institute, Québec, Canada Institute for Nutrition and Functional Foods, Laval University, Québec, CanadaSearch for more papers by this authorRemi Mounier, Remi Mounier Institute NeuroMyoGène, Université Claude Bernard Lyon 1, INSERM Unite 1217, CNRS UMR, Villeurbanne, FranceSearch for more papers by this authorJonas T. Treebak, Jonas T. Treebak Section of Integrative Physiology, Novo Nordisk Foundation Center for Basic Metabolic Research, Faculty of Health and Medical Sciences, University of Copenhagen, Copenhagen, DenmarkSearch for more papers by this authorJørgen F. P. Wojtaszewski, Jørgen F. P. Wojtaszewski Section of Molecular Physiology, Department of Nutrition, Exercise, and Sports, Faculty of Science, University of Copenhagen, Copenhagen, DenmarkSearch for more papers by this authorBenoit Viollet, Benoit Viollet INSERM, Unité 1016, Institut Cochin, Paris, France Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Unité Mixte de Recherche (UMR) 8104, Paris, France Université Paris Descartes, Sorbonne Paris Cité, Paris, FranceSearch for more papers by this authorLouise Lantier, Corresponding Author Louise Lantier louise.lantier@vanderbilt.edu Department of Molecular Physiology and Biophysics, Vanderbilt University, Nashville, Tennessee, USA Mouse Metabolic Phenotyping Center, Vanderbilt University, Nashville, Tennessee, USA Correspondance: Department of Nutrition, Exercise and Sports, Section of Molecular Physiology, Faculty of Science, University of Copenhagen, Universitetsparken 13, DK-2100 Copenhagen, Denmark. E-mail: rasmus.kjobsted@nexs.ku.dk Correspondance: Department of Molecular Physiology and Biophysics, Vanderbilt University, 823 Light Hall, 2215 Garland Ave., Nashville, TN 37232, USA. E-mail: louise.lantier@vanderbilt.eduSearch for more papers by this author Rasmus Kjøbsted, Corresponding Author Rasmus Kjøbsted rasmus.kjobsted@nexs.ku.dk Section of Molecular Physiology, Department of Nutrition, Exercise, and Sports, Faculty of Science, University of Copenhagen, Copenhagen, Denmark Correspondance: Department of Nutrition, Exercise and Sports, Section of Molecular Physiology, Faculty of Science, University of Copenhagen, Universitetsparken 13, DK-2100 Copenhagen, Denmark. E-mail: rasmus.kjobsted@nexs.ku.dk Correspondance: Department of Molecular Physiology and Biophysics, Vanderbilt University, 823 Light Hall, 2215 Garland Ave., Nashville, TN 37232, USA. E-mail: louise.lantier@vanderbilt.eduSearch for more papers by this authorJanne R. Hingst, Janne R. Hingst Section of Molecular Physiology, Department of Nutrition, Exercise, and Sports, Faculty of Science, University of Copenhagen, Copenhagen, DenmarkSearch for more papers by this authorJoachim Fentz, Joachim Fentz Section of Molecular Physiology, Department of Nutrition, Exercise, and Sports, Faculty of Science, University of Copenhagen, Copenhagen, DenmarkSearch for more papers by this authorMarc Foretz, Marc Foretz INSERM, Unité 1016, Institut Cochin, Paris, France Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Unité Mixte de Recherche (UMR) 8104, Paris, France Université Paris Descartes, Sorbonne Paris Cité, Paris, FranceSearch for more papers by this authorMaria-Nieves Sanz, Maria-Nieves Sanz Department of Cardiovascular Surgery, Inselspital, Bern University Hospital, Bern, Switzerland Department of Biomedical Research, University of Bern, Bern, SwitzerlandSearch for more papers by this authorChristian Pehmøller, Christian Pehmøller Internal Medicine Research Unit, Pfizer Global Research and Development, Cambridge, Massachusetts, USASearch for more papers by this authorMichael Shum, Michael Shum Axe Cardiologie, Quebec Heart and Lung Research Institute, Québec, Canada Institute for Nutrition and Functional Foods, Laval University, Québec, CanadaSearch for more papers by this authorAndré Marette, André Marette Axe Cardiologie, Quebec Heart and Lung Research Institute, Québec, Canada Institute for Nutrition and Functional Foods, Laval University, Québec, CanadaSearch for more papers by this authorRemi Mounier, Remi Mounier Institute NeuroMyoGène, Université Claude Bernard Lyon 1, INSERM Unite 1217, CNRS UMR, Villeurbanne, FranceSearch for more papers by this authorJonas T. Treebak, Jonas T. Treebak Section of Integrative Physiology, Novo Nordisk Foundation Center for Basic Metabolic Research, Faculty of Health and Medical Sciences, University of Copenhagen, Copenhagen, DenmarkSearch for more papers by this authorJørgen F. P. Wojtaszewski, Jørgen F. P. Wojtaszewski Section of Molecular Physiology, Department of Nutrition, Exercise, and Sports, Faculty of Science, University of Copenhagen, Copenhagen, DenmarkSearch for more papers by this authorBenoit Viollet, Benoit Viollet INSERM, Unité 1016, Institut Cochin, Paris, France Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Unité Mixte de Recherche (UMR) 8104, Paris, France Université Paris Descartes, Sorbonne Paris Cité, Paris, FranceSearch for more papers by this authorLouise Lantier, Corresponding Author Louise Lantier louise.lantier@vanderbilt.edu Department of Molecular Physiology and Biophysics, Vanderbilt University, Nashville, Tennessee, USA Mouse Metabolic Phenotyping Center, Vanderbilt University, Nashville, Tennessee, USA Correspondance: Department of Nutrition, Exercise and Sports, Section of Molecular Physiology, Faculty of Science, University of Copenhagen, Universitetsparken 13, DK-2100 Copenhagen, Denmark. E-mail: rasmus.kjobsted@nexs.ku.dk Correspondance: Department of Molecular Physiology and Biophysics, Vanderbilt University, 823 Light Hall, 2215 Garland Ave., Nashville, TN 37232, USA. E-mail: louise.lantier@vanderbilt.eduSearch for more papers by this author First published: 05 January 2018 https://doi.org/10.1096/fj.201700442RCitations: 28AboutSectionsPDF ToolsRequest permissionExport citationAdd to favoritesTrack citation ShareShare Give accessShare full text accessShare full-text accessPlease review our Terms and Conditions of Use and check box below to share full-text version of article.I have read and accept the Wiley Online Library Terms and Conditions of UseShareable LinkUse the link below to share a full-text version of this article with your friends and colleagues. Learn more.Copy URL Share a linkShare onFacebookTwitterLinkedInRedditWechat Abstract Skeletal muscle possesses a remarkable ability to adapt to various physiologic conditions. AMPK is a sensor of intracellular energy status that maintains energy stores by fine-tuning anabolic and catabolic pathways. AMPK's role as an energy sensor is particularly critical in tissues displaying highly changeable energy turnover. Due to the drastic changes in energy demand that occur between the resting and exercising state, skeletal muscle is one such tissue. Here, we review the complex regulation of AMPK in skeletal muscle and its consequences on metabolism (e.g., substrate uptake, oxidation, and storage as well as mitochondrial function of skeletal muscle fibers). We focus on the role of AMPK in skeletal muscle during exercise and in exercise recovery. We also address adaptations to exercise training, including skeletal muscle plasticity, highlighting novel concepts and future perspectives that need to be investigated. Furthermore, we discuss the possible role of AMPK as a therapeutic target as well as different AMPK activators and their potential for future drug development.— Kjøbsted, R., Hingst, J. R., Fentz, J., Foretz, M., Sanz, M.-N., Pehmøller, C., Shum, M., Marette, A., Mounier, R., Treebak, J. T., Wojtaszewski, J. F. P., Viollet, B., Lantier, L. AMPK in skeletal muscle function and metabolism. FASEB J. 32, 1741–1777 (2018). www.fasebj.org ABBREVIATIONS 4E-BP1 4E binding protein 1 ACC2 acetyl-CoA carboxylase 2 AICAR 5-amino-1-β-d-ribofuranosyl-imidazole-4-carboxamide BDNF brain-derived neurotrophic factor C2 5-(5-hydroxyl-isoxazol-3-yl)-furan-2-phosphonic acid CaMK Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase CaMKKβ Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase kinase β CD36 cluster of differentiation 36 DMD Duchenne muscular dystrophy ERR estrogen-related receptor FOXO3a Forkhead box protein O3a GBD glycogen-binding domain β-GPA β-guanidinopropionic acid GS glycogen synthase HDAC5 class II histone deacetylase 5 HFD high-fat diet KD kinase domain KO knockout LIF leukemia inhibitory factor LKB1 liver kinase B1 MAFbx muscle atrophy F-box mdKO muscle-specific double knockout MEF2 myocyte enhancer factor 2 mTORC1 mammalian target of rapamycin complex 1 MuRF1 muscle RING finger 1 MuSC muscle stem cell NAM nicotinamide NAMPT nicotinamide phosphoribosyltransferase NR4A nuclear hormone receptor 4A PDH pyruvate dehydrogenase PGC-1α peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator 1α PKD protein kinase D PLIN2 perilipin 2 ROS reactive oxygen species SIRT NAD-dependent sirtuin SNARK sucrose nonfermenting AMPK-related kinase TSC tuberous sclerosis complex ULK1 uncoordinated 51-like kinase 1 WADA World Anti-Doping Agency WT wild type ZMP 5-aminoimidazole-4-carboxamide ribonucleotide One fundamental function of skeletal muscle is to generate mechanical force to support body posture and to facilitate a wide variety of movements. Besides this role in body motility, skeletal muscle has been shown to be important for regulating whole-body metabolism. Skeletal muscle demonstrates high malleability and can adapt its contractile composition and metabolic properties in response to a number of physiologic conditions, including exercise. Such adaptations are reflected by changes in muscle size, fiber type distribution, contractile velocity, force production, and endurance capacity, being the result of the functional demands of the contractile activity (1, 2). This plasticity may involve short- and long-term mechanisms, leading to changes in protein abundance and activity (1–3). These changes are mediated by activation and repression of specific intracellular signaling events that govern effectors involved in metabolic pathways and transcription/translation processes of exercise-responsive genes (4). The intracellular signaling mechanisms that modify skeletal muscle function in response to exercise are regulated by perturbations in muscle cell homeostasis, including alterations in tissue perfusion, oxygen tension, redox state, calcium (Ca2+) dynamics, and ATP turnover (5). Evidence suggests that ATP turnover in skeletal muscle may increase by >100-fold in response to exercise (6). Keeping cellular ATP concentrations fairly constant during such conditions represents a major challenge to the cell and highlights the vast dynamics of muscle energy metabolism. Because skeletal muscle ATP consumption increases during exercise, intracellular AMP concentrations may accumulate as a result of the adenylate kinase reaction. This increases cellular AMP/ATP and ADP/ATP ratios, leading to activation of AMPK (7). This kinase is considered a central sensor of intracellular energy status and maintains energy stores by regulating anabolic and catabolic pathways, thereby ensuring a balance between energy supply and demand (8). In skeletal muscle, acute pharmacological activation of AMPK has been shown to promote glucose transport and fatty acid oxidation (9) while suppressing glycogen synthase activity and protein synthesis (10, 11). In addition, chronic activation of AMPK reduces markers of skeletal muscle fragility (12) and enhances muscle fiber oxidative capacity by stimulating mitochondrial biogenesis (13–15). These events are initiated by AMPK downstream phosphorylation of key metabolic enzymes as well as transcription factors that modulate cellular metabolism in order to handle both current and future metabolic challenges. Several excellent reviews have examined the role of AMPK in regulating skeletal muscle function and metabolism (16–49). Therefore, this review addresses novel concepts and future perspectives of AMPK in skeletal muscle that need to be experimentally validated and tested. AMPK STRUCTURE AND EXPRESSION AMPK is a heterotrimeric protein complex that consists of a catalytic subunit (α) and 2 regulatory subunits (β and γ), of which several isoforms have been found (α1, α2, β1, β2, γ1, γ2, and γ3) (50) (Fig. 1). The a subunit contains the kinase domain, activity of which is highly dependent on thereversiblephosphorylationofa-Thr172 (51–53). The β subunit acts as a scaffold for binding the α and γ subunits (54) and contains a glycogen-binding domain (GBD) that likely targets the heterotrimeric complex to glycogen particles (55, 56). The γ subunit functions as a sensor of intracellular energy status through its direct binding of adenosine nucleotides (57). Besides these well-established functions, all 3 subunits contain different domains or posttranslational modifications that may locate AMPK to distinct subcellular compartments. In the a subunit, a nuclear export sequence has been found (58), and myristoylation of the β subunit has been suggested to facilitate AMPK translocation to perinuclear speckles and mitochondrial membranes (59–61). The γ subunit isoforms differ in their N-terminal extensions, which also appear to determine AMPK localization (62–64). Thus, in skeletal muscle fibers, the γ1 isoform is localized to the z disk, whereas the g3 isoform is found in the nucleus and along the z disk and I-band in a pattern that closely resembles the T-tubule/sarcoplasmic reticulum structures (64). The functional role of AMPK in different subcellular locations has not received much attention, but recent findings indicate that it may represent another way of regulating AMPK activity. For example, the unspecific AMPK activator PT-1 appears to only activate γ1 complexes in mouse skeletal muscle, whereas it displays no isoform selectivity in HEK293 cells stably expressing each of the 3 γ isoforms (65). Because PT-1 activates AMPK by inhibiting the mitochondrial respiratory chain (65), this may signify an important role of the γ1-associated complexes in monitoring ATP synthesis, and the highly contraction-responsive γ3-containing complex may serve as the major sensor of ATP consumption in skeletal muscle. On the other hand, the PT-1 concentration previously used to stimulate isolated skeletal muscle (65) may have been insufficient to activate γ3-containing complexes. Recent evidence from cell-based studies also indicates that AMPK subunit composition influences sensitivity to AMP, which likely contributes to the specialized functions of AMPK heterotrimeric subtypes (57, 66-68). The 7 different AMPK subunit isoforms give rise to 12 heterotrimeric combinations that seem to be expressed in a tissue-specific manner. Thus, in skeletal muscle preparations from human and mouse, all subunit isoforms have been detected, but only a subset of possible heterotrimeric complexes seems to exist (69, 70). In human skeletal muscle (vastus lateralis), 3 different complexes have been described (α2β2γ1, α2β2γ3, and α1β2γ1) (69), whereas 5 complexes have been identified in mouse skeletal muscle (α2β2γ1, α2β2γ3, α2β1γ1, α1β2γ1, and α1β1γ1) (70) (Table 1). In addition, some AMPK subunits are expressed in a fiber type-dependent manner (71), which may explain the relative distribution of complexes between different muscles (70). Currently, it is not known why mouse skeletal muscle appears to express two additional complexes (β1-associated) compared with human skeletal muscle. Based on findings in muscle-specific AMPKα and AMPKβ double-knockout (KO) mice (AMPKα mdKO and AMPK β1β2M-KO mice, respectively) (72–74), the majority of β1-associated complexes detected in a crude sample of skeletal muscle seem to derive from nonmuscle tissue (e.g., connective tissue, neuronal cells, adipocytes, endothelial cells, etc.). This is in line with the notion that the α1β1γ1 complex is the most ubiquitously expressed complex of AMPK (68, 75). Interestingly, the β1 subunit is also detected in sample preparations of human skeletal muscle, but, in light of findings from coimmunoprecipitations of AMPKα2, -α1, -γ1, and -γ3, it does not seem to engage in stable complex formation or contribute to any measurable AMPK activity (69, 76). Although it is generally thought that all 3 AMPK subunits must be present to form a stable complex, it has been demonstrated in cell models that stable β1γ1 complexes can form in the absence of catalytic subunits (77). Whether formation of βγ heterodimer complexes also occurs in mature skeletal muscle may be derived from observations in two muscle-specific AMPK double-KO mouse models. Thus, in the AMPKβ1β2M-KO model it seems evident that expression of β2 protein is restricted to the myocytes (74). Interestingly, significant amounts of β2 protein have been detected in a skeletal muscle sample preparation from the AMPKα mdKO mouse model (73), which may suggest the formation of stable βγ complexes in mature skeletal muscle, assuming that single unbound subunits of AMPK are targeted for degradation. This may also be inferred from the AMPKβ1β2M-KO mouse model, which does not express α2 protein in skeletal muscle (74), indicating that the β subunit is vital for maintaining AMPKα muscle protein expression. Collectively, these observations may suggest that the AMPK heterodimer (βγ) exists in skeletal muscle tissue and raises the possibility of a regulatory mechanism facilitating the association of catalytic subunits with regulatory complexes. Alternatively, and somewhat speculatively, other proteins may bind to the regulatory heterodimer complex to regulate their activity or cellular localization. In this context, 12 protein kinases related to AMPKα1andAMPKα2 have been detected in the human kinome (78). These are known as AMPK-related kinases, and, with a single exception, these are activated by upstream kinase liver kinase B1 (LKB1) (79). Although green fluorescent protein-transporter associated with antigen processing-tagged versions of these kinases do not appear to bind AMPK β and γ subunits (80), the sucrose nonfermenting AMPK-related kinase (SNARK/NUAK2) is activated in skeletal muscle by 5-amino-1-β-d-ribofuranosyl-imidazole-4-carboxamide (AICAR), contraction, and exercise (81, 82), indicating that SNARK activity is regulated similarly to AMPK. Is it possible that AMPK βγ subunits form heterotrimeric complexes with SNARK, facilitating its regulation by adenine nucleotides? If so, it could be anticipated that AMPKβ-deficient skeletal muscle exhibits a phenotype different from that of AMPKα-deficient skeletal muscle. Indeed, in skeletal muscle several phenotypic differences have been observed between AMPKα mdKO and AMPKβ1β2M-KO mice, including muscle mass, ATP levels, mitochondrial DNA and structure, citrate synthase activity, and peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator 1α (PGC-1α) mRNA levels (72, 74). In light of these observations, it has recently been reported that SNARK may be involved in the maintenance of muscle mass with age (83). Assuming that the potential binding of SNARK to AMPKβγ subunits induces an increase in SNARK activity and/or protects SNARK from degradation and that the association between SNARK and AMPKβγ is enhanced in AMPKα-deprived muscle, this could explain the increase in muscle mass observed in skeletal muscle deprived of AMPKα subunits (72). Table 1. Relative distribution and basal activity of AMPK heterotrimeric complexes detected in human and mouse skeletal muscle Mus musculus Trimer complex Homo sapiens vastus lateralis Extensor digitorum longus Soleus Relative expression Relative basal activity Relative expression Relative basal activity Relative expression Relative basal activity α2β2γ1 ~65% ~30% ~70% ~50% ~60% ~35% α2β2γ3 ~20% <5% ~20% ~20% <2% <2% α1β2γg1 ~15% ~65% <5% ~25% ~20% ~50% α2β1γ1 N.D. N.D. <3% <5% ~10% <15% α1β1γ1 N.D. N.D. <2% <8% The composition of AMPK heterotrimeric complexes was estimated from immunoprecipitation experiments in extensor digitorum longus and soleus from C57BL/6 mice as well as human male vastus lateralis. Values adapted from references 70, 76, and 487. N.D., nondetectable. Figure 1Open in figure viewer Structure of mammalian AMPK subunits. AMPK is a heterotrimeric protein consisting of 1 catalytic subunit (α subunit) and 2 regulatory subunits (β and γ subunit). The a subunit contains a kinase domain (KD), the activity of which relies on the phosphorylation of Thr172 by upstream AMPK kinases. The KD is followed by an autoinhibitory domain (AID) and an α-hook (αH), which seem to be important for AMP-regulated catalytic activity. At the α-C terminus, a β-interacting domain (β-ID) has been detected that binds to the C-terminal domain of the β subunit. Phosphorylation of Ser485/491 in the β-ID during insulin stimulation has been suggested to regulate kinase activity. The β subunit is subjected to myristoylation at the N terminus, which enhances phosphorylation of α-Thr172 by AMP/ADP and facilitates AMPK translocation to specific intracellular compartments. At the center, the β subunit contains a GBD that causes AMPK to bind to glycogen particles. Within the GBD, 2 phosphorylation sites have been found (Ser108 and Thr148) that seem to regulate binding capacity to glycogen particles as well as kinase activity. An α- and γ-interaction domain (α-ID, γ-ID) is located at the β-C terminus that acts as a scaffold keeping the heterotrimeric complex together. The γ-subunit contains 4 cystathionine-β-synthase (CBS) domains. These occur in tandem pairs, also known as Bateman domains, and are involved in adenosine nucleotide binding. A β-ID is located close to the γ-N terminus. An asterisk denotes that the 3 γ isoforms contain different N-terminal extensions. REGULATION AND ACTIVATION OF AMPK IN SKELETAL MUSCLE During skeletal muscle contraction, the adenylate energy charge in muscle is decreased depending on the duration and intensity of exercise (84, 85). As a result, the intracellular AMP/ATP and ADP/ATP ratios increase, which leads to activation of AMPK (7). AMPK activation occurs in two steps: stimulatory allosteric binding of AMP within the γ subunit and covalent activation through reversible phosphorylation on Thr172 in the catalytic a subunit (Fig. 2). AMPK activity is stimulated by AMP and ADP and inhibited by ATP binding to the two regulatory Bateman domains of the γ subunit. This competitive binding means that increases in cellular AMP/ATP and ADP/ATP ratios stimulate AMPK allosterically (86–90). The allosteric stimulation has a moderate effect on AMPK activity (<10-fold) (91). More importantly, binding of AMP and/or ADP to the γ subunit induces conformational changes that promote phosphorylation of α-Thr172 (67, 90) and permit protection against dephosphorylation by protein phosphatases PP1, PP2A, and PP2C (41, 92-95). The combined effect of allosteric activation and phosphorylation on α-Thr172 induces a >1000-fold increase in AMPK activity (91). In skeletal muscle, LKB1 is the primary upstream kinase responsible for the phosphorylation of α2-containing AMPK complexes in response to contraction and pharmacological AMPK activators (96–99). To a lesser extent, Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase kinase β (CaMKKβ) likely phosphorylates and activates AMPKα1 complexes during long-term low-intensity exercise/contraction (100, 101) (Fig. 3). LKB1 appears constitutively active (102, 103), whereas CaMKKβ activates AMPK upon an increase in intracellular Ca2+ concentrations, even in the absence of adenine nucleotide content imbalance (104, 105). In addition, glycogen has been shown to influence AMPK activity through its interaction with the β subunit. The β subunit contains a GBD that causes AMPK complexes to associate with glycogen particles in cell-free systems and cultured cells, and this association inhibits AMPK activity (56, 106). This inhibition by glycogen seems to affect mainly α2-containing AMPK complexes (107). Furthermore, in vivo studies report an inverse relationship between muscle glycogen content and AMPK activation in rodents (108, 109) and humans (107), although this inhibition by glycogen in vivo is not consistently found (110). Interestingly, the β subunit is autophosphorylated at Ser108 and Thr148, which seems to regulate AMPK activity and its binding capacity to glycogen, respectively (59, 111). In addition, findings suggest that insulin reduces AMPK activity in rat skeletal muscle likely through Aktmediated phosphorylation of Ser485/491 on the α1/α2 subunit (112). Figure 2Open in figure viewer Regulation of AMPK in skeletal muscle during contractile activity. Exercise induces an energy imbalance in muscle, which leads to a rise in intracellular AMP and ADP concentrations. Binding of ADP and AMP at the Bateman domains of the γ subunit causes a conformational change that activates AMPK by up to 10-fold via an allosteric mechanism. This conformational change also triggers Thr172 phosphorylation of the a catalytic subunit by the upstream LKB1 and protects against dephosphorylation by protein phosphatases, increasing the activity 100-fold. Together the allosteric effect and α-Thr172 phosphorylation lead to a >1000-fold activation. AMPK is also activated by a rise in the intracellular Ca2+ concentration through α-Thr172 phosphorylation catalyzed by CaMKKβ. After exercise and energy repletion, AMPK is converted back to an inactive form by dephosphorylation catalyzed by protein phosphatases (PP1A, PP2A, and PP2C) and undergoes inhibition by glycogen via binding to the GBD of the β subunit. The activation of AMPK in rodent skeletal muscle during exercise was initially described by Winder and Hardie (113), and the first reports of AMPK activation during exercise in human skeletal muscle were published some years later (114–116). Several studies have been carried out to determine the activation profile of the different AMPK complexes during exercise bouts depending on intensity and duration. Typically, AMPK activation is observed only at exercise intensities of a minimum of 60% Vo2peak (107, 116-119). However, low-intensity exercise at 30-40% of Vo2peak but performed until exhaustion also activates AMPK in skeletal muscle (119). Moreover, AMPK activation seems dependent on exercise duration (115, 118, 119), although not all studies report this (120). During exercise at high intensity and moderate duration, α2-containing AMPK complexes are predominantly activated (115–118), whereas activity of AMPKα1 complexes have been found to increase, stay unchanged, or decrease in an intensity- and duration-dependent manner (76, 101, 110, 117). Specifically, in human vastus lateralis muscle during a short (up to 20 min) and intense exercise bout, AMPK activation is restricted to γ3-containing complexes (α2β2γ3), whereas activity of the other complexes (α2β2γ1 and α1 β2γ1) appears unchanged or even decreased (76). When exercise is prolonged, α2β2γ1 heterotrimers are activated (101). During exercise at lower intensities and of longer duration, a moderate increase in α2β2γ1 activity and a weak increase in α1β2γ1 activity have been observed (101). Thus, in skeletal muscle the different AMPK heterotrimer complexes are regulated in a distinct manner during contraction depending on exercise intensity and duration, which may cause different functional responses. How this differential activation of the specific AMPK complexes is accomplished during exercise needs further investigation. One hypothesis could be that it may in part reflect differences

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

مجلة FASEB المجلد 32، العدد 4 ص. 1741-1777 ReviewOpen Access AMPK in skeletal muscle function and metabolism Rasmus Kjøbsted, corresponding author Rasmus Kjøbsted rasmus.kjobsted@nexs.ku.dk Section of Molecular Physiology, Department of Nutrition, Exercise, and Sports, Faculty of Science, University of Copenhagen, Copenhagen, Denmark Correspondance: Department of Nutrition, Exercise and Sports, Section of Molecular Physiology, Faculty of Science, University of Copenhagen, Universitetsparken 13, DK -2100 Copenhagen, Denmark. البريد الإلكتروني: rasmus.kjobsted@nexs.ku.dk المراسلات: قسم الفيزيولوجيا الجزيئية والفيزياء الحيوية، جامعة فاندربيلت، 823 Light Hall، 2215 Garland Ave.، ناشفيل، تينيسي 37232، الولايات المتحدة الأمريكية. البريد الإلكتروني: louise.lantier@vanderbilt.eduابحث عن المزيد من الأبحاث لهذا المؤلفJanne R. Hingst, Janne R. Hingst Section of Molecular Physiology, Department of Nutrition, Exercise, and Sports, Faculty of Science, University of Copenhagen, Copenhagen, Denmarkابحث عن المزيد من الأبحاث لهذا المؤلفJoachim Fentz, Joachim Fentz Section of Molecular Physiology, Department of Nutrition, Exercise, and Sports, Faculty of Science, University of Copenhagen, Copenhagen, Denmarkابحث عن المزيد من الأبحاث لهذا المؤلفMarc Foretz, Marc Foretz INSERM, Unité 1016, Institut Cochin, Paris, France المركز الوطني للبحث العلمي (CNRS), Unité Mixte de Recherche (UMR) 8104, Paris, France Université Paris Descartes, Sorbonne Paris Cité, Paris, Franceالبحث عن المزيد من الأبحاث من قبل هذا المؤلفماريا نيفيس سانز، ماريا نيفيس سانز قسم جراحة القلب والأوعية الدموية، Inselspital، مستشفى جامعة برن، برن، سويسرا قسم البحوث الطبية الحيوية، جامعة برن، برن، سويسراالبحث عن المزيد من الأبحاث من قبل هذا المؤلف كريستيان بيمولر، وحدة أبحاث الطب الباطني كريستيان بيمولر، شركة فايزر العالمية للبحث والتطوير، كامبريدج، ماساتشوستس، الولايات المتحدةالبحث عن المزيد من الأبحاث من قبل هذا المؤلف مايكل شوم، مايكل شوم أكس لأمراض القلب، معهد كيبيك لأبحاث القلب والرئة، كيبيك، المعهد الكندي للتغذية والأغذية الوظيفية، جامعة لافال، كيبيك، كنداابحث عن المزيد من الأبحاث التي كتبها هذا المؤلفأندريه ماريت، أندريه ماريت أكس كارديولوجي، معهد كيبيك لأبحاث القلب والرئة، كيبيك، المعهد الكندي للتغذية والأغذية الوظيفية، جامعة لافال، كيبيك، كنداابحث عن المزيد من الأبحاث التي كتبها هذا المؤلفريمي مونييه، معهد ريمي مونييه نيوروميوجين، جامعة كلود برنارد ليون 1، إنسيرم يونايت 1217، CNRS UMR، فيلوربان، فرنساابحث عن المزيد من الأبحاث التي كتبها هذا المؤلفجوناس ت. تريباك، قسم جوناس ت. تريباك لعلم وظائف الأعضاء التكاملي، مركز مؤسسة نوفو نورديسك للبحوث الأيضية الأساسية، كلية الصحة والعلوم الطبية، جامعة كوبنهاغن، كوبنهاغن، الدنماركابحث عن المزيد من الأبحاث التي كتبها هذا المؤلف يورغن ف. ب. فويتاسفسكي، يورغن ف. ب. فويتاسفسكي قسم الفيزيولوجيا الجزيئية، قسم التغذية والتمارين الرياضية والرياضة، كلية العلوم، جامعة كوبنهاغن، كوبنهاغن، الدنماركابحث عن المزيد من الأبحاث التي كتبها هذا المؤلفبنوا فيوليت، بنوا فيوليت إنسيرم، يونيت 1016، معهد كوشين، باريس، المركز الوطني للبحث العلمي (CNRS)، وحدة ميكس دي ريشيرش (UMR) 8104، باريس، فرنسا جامعة باريس ديكارت، السوربون باريس سيتي، باريس، فرنساابحث عن المزيد من الأبحاث التي كتبها هذا التفويض لويز لانتير، المفوض المراسل لويز لانتير louise.lantier@vanderbilt.edu قسم الفيزيولوجيا الجزيئية والفيزياء الحيوية، جامعة فاندربيلت، ناشفيل، تينيسي، الولايات المتحدة الأمريكية مركز التنميط الظاهري الأيضي للفئران، جامعة فاندربيلت، ناشفيل، تينيسي، الولايات المتحدة الأمريكية المراسلات: قسم التغذية والتمارين والرياضة، قسم الفيزيولوجيا الجزيئية، كلية العلوم، جامعة كوبنهاغن، جامعة 13، DK -2100 كوبنهاغن، الدنمارك. البريد الإلكتروني: rasmus.kjobsted@nexs.ku.dk المراسلات: قسم الفيزيولوجيا الجزيئية والفيزياء الحيوية، جامعة فاندربيلت، 823 Light Hall، 2215 Garland Ave.، ناشفيل، تينيسي 37232، الولايات المتحدة الأمريكية. البريد الإلكتروني: louise.lantier@vanderbilt.edu ابحث عن المزيد من الأبحاث لهذا المؤلف راسموس كجوبستد، المؤلف المراسل راسموس كجوبستد rasmus.kjobsted@nexs.ku.dk قسم الفيزيولوجيا الجزيئية، قسم التغذية والتمارين والرياضة، كلية العلوم، جامعة كوبنهاغن، كوبنهاغن، الدنمارك المراسلات: قسم التغذية والتمارين والرياضة، قسم الفيزيولوجيا الجزيئية، كلية العلوم، جامعة كوبنهاغن، جامعة 13، DK -2100 كوبنهاغن، الدنمارك. البريد الإلكتروني: rasmus.kjobsted@nexs.ku.dk المراسلات: قسم الفيزيولوجيا الجزيئية والفيزياء الحيوية، جامعة فاندربيلت، 823 Light Hall، 2215 Garland Ave.، ناشفيل، تينيسي 37232، الولايات المتحدة الأمريكية. البريد الإلكتروني: louise.lantier@vanderbilt.eduابحث عن المزيد من الأبحاث لهذا المؤلفJanne R. Hingst, Janne R. Hingst Section of Molecular Physiology, Department of Nutrition, Exercise, and Sports, Faculty of Science, University of Copenhagen, Copenhagen, Denmarkابحث عن المزيد من الأبحاث لهذا المؤلفJoachim Fentz, Joachim Fentz Section of Molecular Physiology, Department of Nutrition, Exercise, and Sports, Faculty of Science, University of Copenhagen, Copenhagen, Denmarkابحث عن المزيد من الأبحاث لهذا المؤلفMarc Foretz, Marc Foretz INSERM, Unité 1016, Institut Cochin, Paris, France المركز الوطني للبحث العلمي (CNRS), Unité Mixte de Recherche (UMR) 8104, Paris, France Université Paris Descartes, Sorbonne Paris Cité, Paris, Franceالبحث عن المزيد من الأبحاث من قبل هذا المؤلفماريا نيفيس سانز، ماريا نيفيس سانز قسم جراحة القلب والأوعية الدموية، Inselspital، مستشفى جامعة برن، برن، سويسرا قسم البحوث الطبية الحيوية، جامعة برن، برن، سويسراالبحث عن المزيد من الأبحاث من قبل هذا المؤلف كريستيان بيمولر، وحدة أبحاث الطب الباطني كريستيان بيمولر، شركة فايزر العالمية للبحث والتطوير، كامبريدج، ماساتشوستس، الولايات المتحدةالبحث عن المزيد من الأبحاث من قبل هذا المؤلف مايكل شوم، مايكل شوم أكس لأمراض القلب، معهد كيبيك لأبحاث القلب والرئة، كيبيك، المعهد الكندي للتغذية والأغذية الوظيفية، جامعة لافال، كيبيك، كنداابحث عن المزيد من الأبحاث التي كتبها هذا المؤلفأندريه ماريت، أندريه ماريت أكس كارديولوجي، معهد كيبيك لأبحاث القلب والرئة، كيبيك، المعهد الكندي للتغذية والأغذية الوظيفية، جامعة لافال، كيبيك، كنداابحث عن المزيد من الأبحاث التي كتبها هذا المؤلفريمي مونييه، معهد ريمي مونييه نيوروميوجين، جامعة كلود برنارد ليون 1، إنسيرم يونايت 1217، CNRS UMR، فيلوربان، فرنساابحث عن المزيد من الأبحاث التي كتبها هذا المؤلفجوناس ت. تريباك، قسم جوناس ت. تريباك لعلم وظائف الأعضاء التكاملي، مركز مؤسسة نوفو نورديسك للبحوث الأيضية الأساسية، كلية الصحة والعلوم الطبية، جامعة كوبنهاغن، كوبنهاغن، الدنماركابحث عن المزيد من الأبحاث التي كتبها هذا المؤلف يورغن ف. ب. فويتاسفسكي، يورغن ف. ب. فويتاسفسكي قسم الفيزيولوجيا الجزيئية، قسم التغذية والتمارين الرياضية والرياضة، كلية العلوم، جامعة كوبنهاغن، كوبنهاغن، الدنماركابحث عن المزيد من الأبحاث التي كتبها هذا المؤلفبنوا فيوليت، بنوا فيوليت إنسيرم، يونيت 1016، معهد كوشين، باريس، المركز الوطني للبحث العلمي (CNRS)، وحدة ميكس دي ريشيرش (UMR) 8104، باريس، فرنسا جامعة باريس ديكارت، السوربون باريس سيتي، باريس، فرنساابحث عن المزيد من الأبحاث التي كتبها هذا التفويض لويز لانتير، المفوض المراسل لويز لانتير louise.lantier@vanderbilt.edu قسم الفيزيولوجيا الجزيئية والفيزياء الحيوية، جامعة فاندربيلت، ناشفيل، تينيسي، الولايات المتحدة الأمريكية مركز التنميط الظاهري الأيضي للفئران، جامعة فاندربيلت، ناشفيل، تينيسي، الولايات المتحدة الأمريكية المراسلات: قسم التغذية والتمارين والرياضة، قسم الفيزيولوجيا الجزيئية، كلية العلوم، جامعة كوبنهاغن، جامعة 13، DK -2100 كوبنهاغن، الدنمارك. البريد الإلكتروني: rasmus.kjobsted@nexs.ku.dk المراسلات: قسم الفيزيولوجيا الجزيئية والفيزياء الحيوية، جامعة فاندربيلت، 823 Light Hall، 2215 Garland Ave.، ناشفيل، تينيسي 37232، الولايات المتحدة الأمريكية. البريد الإلكتروني: louise.lantier@vanderbilt.eduابحث عن المزيد من الأبحاث التي كتبها هذا المؤلف نشرت لأول مرة: 05 يناير 2018 https://doi.org/10.1096/fj.201700442RCitations:28AboutSectionsPDF ToolsRequest permissionExport citation Add to favouritesTrack citation ShareShare Give accessShare full text accessShare full - text accessالرجاء مراجعة شروط وأحكام الاستخدام الخاصة بنا ومربع الاختيار أدناه لمشاركة النسخة الكاملة من المقالة .لقد قرأت وقبلت شروط وأحكام الاستخدام الخاصة بمكتبة وايلي أون لاينرابط قابل للمشاركةاستخدم الرابط أدناه لمشاركة نسخة كاملة من هذه المقالة مع أصدقائك وزملائك. Learn more.Copy URL Share a linkShare onFacebookTwitterLinkedInRedditWechat Abstract تمتلك العضلات الهيكلية قدرة ملحوظة على التكيف مع الظروف الفسيولوجية المختلفة. AMPK هو جهاز استشعار لحالة الطاقة داخل الخلايا يحافظ على مخازن الطاقة عن طريق ضبط المسارات الابتنائية والتقويضية. يعد دور AMPK كمستشعر للطاقة أمرًا بالغ الأهمية بشكل خاص في الأنسجة التي تعرض دورانًا للطاقة متغيرًا للغاية. نظرًا للتغيرات الجذرية في الطلب على الطاقة التي تحدث بين حالة الراحة والتمرين، فإن العضلات الهيكلية هي أحد هذه الأنسجة. هنا، نستعرض التنظيم المعقد لـ AMPK في العضلات الهيكلية وعواقبه على التمثيل الغذائي (على سبيل المثال، امتصاص الركيزة والأكسدة والتخزين بالإضافة إلى وظيفة الميتوكوندريا لألياف العضلات الهيكلية). نحن نركز على دور AMPK في العضلات الهيكلية أثناء التمرين وفي التعافي من التمرين. كما نتناول التكيفات مع التدريب على التمارين، بما في ذلك مرونة العضلات الهيكلية، وتسليط الضوء على المفاهيم الجديدة ووجهات النظر المستقبلية التي تحتاج إلى التحقيق فيها. علاوة على ذلك، نناقش الدور المحتمل لـ AMPK كهدف علاجي بالإضافة إلى منشطات AMPK المختلفة وإمكاناتها لتطوير الأدوية في المستقبل.— Kjøbsted، R.، Hingst، JR، Fentz، J.، Foretz، M.، Sanz، MN، Pehmøller، C.، Shum، M.، Marette، A.، Mounier، R.، Treebak، JT، Wojtaszewski، JFP، Viollet، B.، Lantier، L. AMPK في وظيفة العضلات الهيكلية والتمثيل الغذائي. FASEB J. 32، 1741-1777 (2018). www.fasebj.org الاختصارات 4E - BP1 4E بروتين ملزم 1 ACC2 أسيتيل- CoA كربوكسيلاز 2 AICAR 5 - amino -1 - β - d - ribofuranosyl - imidazole -4 - carboxamide BDNF عامل التغذية العصبية المشتق من الدماغ C2 5 -(5 - hydroxyl - isoxazol -3 - yl) -فوران-2 - حمض الفوسفونيك CaMK Ca2 +/ كاليودولين المعتمد على البروتين كيناز CaMKKβ Ca2 +/ مجموعة بروتينات كيناز المعتمدة على الكالمودولين β CD36 من التمايز 36 DMD Duchenne Muscular dystrophy ERR estrogen - related receptor FOXO3a Forkhead box protein O3a GBD glycogen - binding domain β - GPA β - guanidinopropionic acid GS glycogen synthase HDAC5 class II histone deacetylase 5 HFD High - fat diet KD kinase domain KO knockout LIF leukemia inhibitory factor LKB1 liver kinase B1 MAFbx muscle atrophy F - box mdKO muscle double knockout MEF2 myocyocyte Enhancer factor 2 mTORC1 mammalian target of rapamycin complex 1 MuRF1 muscle RING finger 1 MuSC muscle stem cell NAM nicotinamide NAMPT nicotinamide nicotinamide phosphoribosyltransferase NA4 NA4 nuclear receptor 4A PYD Pyvruaxate dehydase -1 α - Pisome - peroxome - proceptator coceptor 1 KKIN 2 Ripin 2 Repinactive Nipin 2 Ripin 2 Ripi - ipi - ipi - kinrolotin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kinine - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - k - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - k - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - kin - k - kin - k - k - k - kin - kin - kin - kin - k - k - k - k - k - kin - kin - k - k - k - kin - kin - k - kin - k - k - k - k - k - k - k - k النوع البري ZMP 5 - aminoimidazole -4 - carboxamide ريبونوكليوتيد تتمثل إحدى الوظائف الأساسية للعضلات الهيكلية في توليد قوة ميكانيكية لدعم وضع الجسم وتسهيل مجموعة واسعة من الحركات. إلى جانب هذا الدور في حركة الجسم، فقد ثبت أن العضلات الهيكلية مهمة لتنظيم عملية التمثيل الغذائي لكامل الجسم. تظهر عضلات الهيكل العظمي مرونة عالية ويمكنها تكييف تكوينها المقلص وخصائصها الأيضية استجابة لعدد من الحالات الفسيولوجية، بما في ذلك التمرين. وتنعكس هذه التعديلات من خلال التغيرات في حجم العضلات، وتوزيع نوع الألياف، والسرعة الانقباضية، وإنتاج القوة، والقدرة على التحمل، كونها نتيجة للمتطلبات الوظيفية للنشاط الانقباضي (1، 2). قد تنطوي هذه اللدونة على آليات قصيرة وطويلة الأجل، مما يؤدي إلى تغييرات في وفرة البروتين ونشاطه (1–3). يتم التوسط في هذه التغييرات عن طريق تنشيط وقمع أحداث الإشارات المحددة داخل الخلايا التي تتحكم في المستجيبات المشاركة في المسارات الأيضية وعمليات النسخ/الترجمة للجينات المستجيبة للتمرين (4). يتم تنظيم آليات الإشارات داخل الخلايا التي تعدل وظيفة العضلات الهيكلية استجابة للتمرين من خلال الاضطرابات في توازن الخلايا العضلية، بما في ذلك التغيرات في تروية الأنسجة، وتوتر الأكسجين، وحالة الأكسدة، وديناميكيات الكالسيوم (Ca2 +)، ودوران ATP (5). تشير الدلائل إلى أن معدل دوران الأدينوسين ثلاثي الفوسفات في العضلات الهيكلية قد يزيد بمقدار >100 ضعف استجابة للتمرين (6). يمثل الحفاظ على تركيزات ATP الخلوية ثابتة إلى حد ما خلال مثل هذه الظروف تحديًا كبيرًا للخلية ويسلط الضوء على الديناميكيات الهائلة لاستقلاب الطاقة العضلية. نظرًا لزيادة استهلاك ATP للعضلات الهيكلية أثناء التمرين، فقد تتراكم تركيزات AMP داخل الخلايا نتيجة لتفاعل كيناز الأدينيلات. وهذا يزيد من نسب AMP/ATP الخلوية و ADP/ATP، مما يؤدي إلى تنشيط AMPK (7). يعتبر هذا الكيناز مستشعرًا مركزيًا لحالة الطاقة داخل الخلايا ويحافظ على مخازن الطاقة من خلال تنظيم المسارات الابتنائية والتقويضية، وبالتالي ضمان التوازن بين العرض والطلب على الطاقة (8). في العضلات الهيكلية، ثبت أن التنشيط الدوائي الحاد لـ AMPK يعزز نقل الجلوكوز وأكسدة الأحماض الدهنية (9) مع قمع نشاط تخليق الجليكوجين وتخليق البروتين (10، 11). بالإضافة إلى ذلك، يقلل التنشيط المزمن لـ AMPK من علامات هشاشة العضلات الهيكلية (12) ويعزز القدرة التأكسدية للألياف العضلية من خلال تحفيز التكوين الحيوي للميتوكوندريا (13–15). تبدأ هذه الأحداث من خلال فسفرة AMPK النهائية للإنزيمات الأيضية الرئيسية بالإضافة إلى عوامل النسخ التي تعدل الأيض الخلوي من أجل التعامل مع التحديات الأيضية الحالية والمستقبلية. درست العديد من المراجعات الممتازة دور AMPK في تنظيم وظيفة العضلات الهيكلية والتمثيل الغذائي (16–49). لذلك، تتناول هذه المراجعة المفاهيم الجديدة والمنظورات المستقبلية لـ AMPK في العضلات الهيكلية التي تحتاج إلى التحقق من صحتها واختبارها تجريبيًا. بنية وتعبير AMPK AMPK هو مركب بروتيني غير متجانس يتكون من وحدة فرعية حفازة (α) ووحدتين فرعيتين تنظيميتين (β و γ)، تم العثور على العديد من الأشكال المتماثلة منها (α 1، α 2، β 1، β 2، γ 1، γ 2، و γ 3) (50) (الشكل 1). تحتوي الوحدة الفرعية a على مجال الكيناز، الذي يعتمد نشاطه بشكل كبير على الفسفرة القابلة للانعكاس من النوع Thr172 (51–53). تعمل الوحدة الفرعية β كسقالة لربط الوحدات الفرعية α و γ (54) وتحتوي على مجال ربط الجليكوجين (GBD) الذي من المحتمل أن يستهدف المركب غير المتجانس إلى جسيمات الجليكوجين (55، 56). تعمل الوحدة الفرعية γ كمستشعر لحالة الطاقة داخل الخلايا من خلال ارتباطها المباشر بنوكليوتيدات الأدينوزين (57). إلى جانب هذه الوظائف الراسخة، تحتوي جميع الوحدات الفرعية الثلاث على مجالات مختلفة أو تعديلات ما بعد الترجمة التي قد تحدد موقع AMPK إلى مقصورات خلوية فرعية متميزة. في الوحدة الفرعية، تم العثور على تسلسل تصدير نووي (58)، وتم اقتراح myristoylation للوحدة الفرعية β لتسهيل نقل AMPK إلى البقع المحيطة بالنواة وأغشية الميتوكوندريا (59–61). تختلف الأشكال المتماثلة للوحدة الفرعية γ في امتداداتها الطرفية N، والتي يبدو أنها تحدد أيضًا موضع AMPK (62–64). وهكذا، في ألياف العضلات الهيكلية، يتم وضع الشكل المتساوي γ 1 على القرص z، في حين يتم العثور على الشكل المتساوي g3 في النواة وعلى طول القرص z والنطاق I في نمط يشبه إلى حد كبير هياكل الشبكية T - tubule/sarcoplasmic (64). لم يحظ الدور الوظيفي لـ AMPK في مواقع خلوية فرعية مختلفة باهتمام كبير، لكن النتائج الأخيرة تشير إلى أنه قد يمثل طريقة أخرى لتنظيم نشاط AMPK. على سبيل المثال، يبدو أن منشط AMPK غير المحدد PT -1 ينشط فقط معقدات γ 1 في العضلات الهيكلية للفأر، في حين أنه لا يعرض أي انتقائية متماثلة الشكل في خلايا HEK293 التي تعبر بشكل ثابت عن كل من الأشكال المتماثلة 3 γ (65). نظرًا لأن PT -1 ينشط AMPK عن طريق تثبيط سلسلة الجهاز التنفسي للميتوكوندريا (65)، فقد يدل هذا على دور مهم للمجمعات المرتبطة بـ γ 1 في مراقبة تخليق ATP، وقد يكون المركب المحتوي على γ 3 عالي الاستجابة للانكماش بمثابة المستشعر الرئيسي لاستهلاك ATP في العضلات الهيكلية. من ناحية أخرى، قد يكون تركيز PT -1 المستخدم سابقًا لتحفيز العضلات الهيكلية المعزولة (65) غير كافٍ لتنشيط المجمعات المحتوية على γ 3. تشير الأدلة الحديثة من الدراسات القائمة على الخلايا أيضًا إلى أن تركيبة الوحدة الفرعية AMPK تؤثر على الحساسية تجاه AMP، والتي من المحتمل أن تساهم في الوظائف المتخصصة للأنواع الفرعية غير المتجانسة من AMPK (57، 66-68). تؤدي الأشكال المتماثلة السبعة المختلفة للوحدة الفرعية AMPK إلى 12 توليفة غير متجانسة يبدو أنه يتم التعبير عنها بطريقة خاصة بالأنسجة. وهكذا، في مستحضرات العضلات الهيكلية من الإنسان والفأر، تم اكتشاف جميع الأشكال المتماثلة للوحدات الفرعية، ولكن يبدو أن مجموعة فرعية فقط من المجمعات غير المتجانسة المحتملة موجودة (69، 70). في العضلات الهيكلية البشرية (الفسيحة الوحشية)، تم وصف 3 مجمعات مختلفة (α 2 β 2 γ 1، α 2 β 2 γ 3، و α 1 β 2 γ 1) (69)، في حين تم تحديد 5 مجمعات في العضلات الهيكلية للفئران (α 2 β 2 γ 1، α 2 β 2 γ 3، α 2 β 1 γ 1، α 1 β 2 γ 1، و α 1 β 1 γ 1) (70) (الجدول 1). بالإضافة إلى ذلك، يتم التعبير عن بعض الوحدات الفرعية AMPK بطريقة تعتمد على نوع الألياف (71)، مما قد يفسر التوزيع النسبي للمجمعات بين العضلات المختلفة (70). في الوقت الحالي، من غير المعروف لماذا يبدو أن العضلات الهيكلية للفأر تعبر عن معقدين إضافيين (مرتبطين ببيتا 1) مقارنة بالعضلات الهيكلية البشرية. استنادًا إلى النتائج التي تم التوصل إليها في فئران AMPKα و AMPKβ ذات الضربة القاضية المزدوجة (AMPKα mdKO و AMPK β 1 β 2 M - KO، على التوالي) (72–74)، يبدو أن غالبية المجمعات المرتبطة بـ β 1 التي تم اكتشافها في عينة خام من العضلات الهيكلية مشتقة من الأنسجة غير العضلية (على سبيل المثال، النسيج الضام، والخلايا العصبية، والخلايا الشحمية، والخلايا البطانية، وما إلى ذلك). يتماشى هذا مع فكرة أن مركب α 1 β 1 γ 1 هو المركب الأكثر تعبيرًا في كل مكان من AMPK (68، 75). ومن المثير للاهتمام، أن الوحدة الفرعية β 1 يتم اكتشافها أيضًا في تحضيرات العينة للعضلات الهيكلية البشرية، ولكن في ضوء النتائج المستخلصة من الترسبات المناعية لـ AMPKα 2 و - α 1 و - γ 1 و - γ 3، لا يبدو أنها تشارك في تكوين معقد مستقر أو تساهم في أي نشاط AMPK قابل للقياس (69، 76). على الرغم من أنه يُعتقد عمومًا أن جميع الوحدات الفرعية AMPK الثلاثة يجب أن تكون موجودة لتشكيل مجمع مستقر، فقد ثبت في نماذج الخلايا أن مجمعات β 1 γ 1 المستقرة يمكن أن تتشكل في غياب الوحدات الفرعية الحفازة (77). يمكن استخلاص ما إذا كان تكوين معقدات βγ غير المتجانسة يحدث أيضًا في العضلات الهيكلية الناضجة من الملاحظات في نموذجين من فئران AMPK المزدوجة KO الخاصة بالعضلات. وبالتالي، في نموذج AMPKβ 1 β 2 M - KO يبدو من الواضح أن التعبير عن بروتين β 2 يقتصر على الخلايا العضلية (74). ومن المثير للاهتمام أنه تم اكتشاف كميات كبيرة من بروتين β 2 في تحضير عينة العضلات الهيكلية من نموذج فأر AMPKα mdKO (73)، مما قد يشير إلى تكوين معقدات βγ مستقرة في العضلات الهيكلية الناضجة، على افتراض أن الوحدات الفرعية الفردية غير المرتبطة من AMPK مستهدفة للتحلل. يمكن أيضًا الاستدلال على ذلك من نموذج فأر AMPKβ 1 β 2 M - KO، الذي لا يعبر عن بروتين α 2 في العضلات الهيكلية (74)، مما يشير إلى أن الوحدة الفرعية β حيوية للحفاظ على تعبير بروتين العضلات AMPKα. بشكل جماعي، قد تشير هذه الملاحظات إلى أن الدايمر غير المتجانس AMPK (βγ) موجود في الأنسجة العضلية الهيكلية ويثير إمكانية وجود آلية تنظيمية تسهل ارتباط الوحدات الفرعية الحفازة بالمجمعات التنظيمية. بدلاً من ذلك، وعلى سبيل المضاربة إلى حد ما، قد ترتبط البروتينات الأخرى بمركب الدايمر غير المتجانس التنظيمي لتنظيم نشاطها أو توطينها الخلوي. في هذا السياق، تم اكتشاف 12 كيناز بروتيني مرتبط بـ AMPKα 1 وAMPKα 2 في الكينوم البشري (78). تُعرف هذه باسم الكينازات المرتبطة بـ AMPK، وباستثناء واحد، يتم تنشيطها بواسطة كيناز الكبد المنبع B1 (LKB1) (79). على الرغم من أن ناقل البروتين الفلوري الأخضر المرتبط بالإصدارات الموسومة بمعالجة المستضد من هذه الكينازات لا يبدو أنه يربط وحدات AMPK β و γ الفرعية (80)، يتم تنشيط كيناز AMPK غير المخمر للسكروز (SNARK/NUAK2) في العضلات الهيكلية بواسطة 5 - amino -1 - β - d - ribofuranosyl - imidazole -4 - carboxamide (AICAR)، والانكماش، والتمرين (81، 82)، مما يشير إلى أن نشاط SNARK منظم بشكل مشابه لـ AMPK. هل من الممكن أن تشكل وحدات AMPK βγ الفرعية مجمعات غير متجانسة مع SNARK، مما يسهل تنظيمها بواسطة نيوكليوتيدات الأدينين ؟ إذا كان الأمر كذلك، فمن المتوقع أن تظهر العضلات الهيكلية التي تعاني من نقص AMPKβ نمطًا ظاهريًا مختلفًا عن العضلات الهيكلية التي تعاني من نقص AMPKα. في الواقع، في العضلات الهيكلية، لوحظت العديد من الاختلافات في النمط الظاهري بين فئران AMPKα mdKO و AMPKβ 1 β 2 M - KO، بما في ذلك كتلة العضلات، ومستويات ATP، والحمض النووي للميتوكوندريا وهيكلها، ونشاط سينثاز السيترات، ومستقبلات تنشيط البيروكسيسوم γ المنشط 1 α (PGC -1 α) mRNA (72، 74). في ضوء هذه الملاحظات، تم الإبلاغ مؤخرًا عن أن SNARK قد تشارك في الحفاظ على كتلة العضلات مع تقدم العمر (83). بافتراض أن الارتباط المحتمل لـ SNARK بالوحدات الفرعية AMPKβγ يؤدي إلى زيادة في نشاط SNARK و/أو يحمي SNARK من التدهور وأن الارتباط بين SNARK و AMPKβγ يتعزز في العضلات المحرومة من AMPKα، فقد يفسر هذا الزيادة في كتلة العضلات التي لوحظت في العضلات الهيكلية المحرومة من الوحدات الفرعية AMPKα (72). الجدول 1. التوزيع النسبي والنشاط القاعدي لمجمعات AMPK غير المتجانسة المكتشفة في العضلات البشرية والهيكل العظمي للفأر مركب العضلة الفأرية مركب المثقاب الإنسان العاقل الواسع الجانبي باسط الأصابع الطويل التعبير النسبي التعبير القاعدي النسبي التعبير القاعدي النسبي α 2 β 2 γ 1 ~65 ٪ ~ 30 ٪ ~ 50 ٪ ~ 60 ٪ ~ 35 ٪ α 2 β 2 γ 3 ~ 20 ٪ < 5 ٪ ~20 ٪ < 2 ٪ < 2 ٪ α 1 β 2 γg 1 ~15 ٪ ~65 ٪ <5 ٪ ~ 20 ٪ ~50 ٪ α 2 β 1 γ 1 N.D. < 3 ٪ < 5 ٪ ~10 ٪ < 15 ٪ α 1 β 1 γ 1 N.D. N.D. < 2 ٪ < 8 ٪ تم تقدير تكوين مجمعات AMPK غير المتجانسة من تجارب الترسيب المناعي في باطن الأصابع الطويل والوحيد من C57B/6 فئران وكذلك ذكور الفئران الشاسعة. القيم مقتبسة من المراجع 70 و 76 و 487. بدون تاريخ، غير قابل للكشف. الشكل 1 مفتوح في عارض الشكل هيكل وحدات AMPK الفرعية للثدييات. AMPK هو بروتين غير متجانس يتكون من وحدة فرعية حفازة واحدة (وحدة فرعية α) ووحدتين فرعيتين تنظيميتين (وحدة فرعية β و γ). تحتوي الوحدة الفرعية a على مجال كيناز (KD)، يعتمد نشاطه على فسفرة Thr172 بواسطة كيناز AMPK المنبع. يتبع KD مجال مثبط ذاتي (AID) وخطاف α (αH)، والذي يبدو مهمًا للنشاط التحفيزي الذي ينظمه AMP. في النهاية الطرفية α - C، تم اكتشاف مجال متفاعل مع β (β - ID) يرتبط بالمجال الطرفي C للوحدة الفرعية β. تم اقتراح فسفرة Ser485/491 في β - ID أثناء تحفيز الأنسولين لتنظيم نشاط الكيناز. تخضع الوحدة الفرعية β للميستويل في الطرف N، مما يعزز فسفرة α - Thr172 بواسطة AMP/ADP ويسهل نقل AMPK إلى حجرات محددة داخل الخلايا. في المركز، تحتوي الوحدة الفرعية β على GBD الذي يتسبب في ارتباط AMPK بجزيئات الجليكوجين. داخل GBD، تم العثور على موقعين للفسفرة (Ser108 و Thr148) يبدو أنهما ينظمان قدرة الربط لجسيمات الجليكوجين وكذلك نشاط الكيناز. يقع مجال التفاعل α - و γ (α - ID، γ - ID) في الطرف β - C الذي يعمل بمثابة سقالة تحافظ على المركب غير المتجانس معًا. تحتوي الوحدة الفرعية γ على 4 نطاقات cystathionine - β - synthase (CBS). تحدث هذه في أزواج ترادفية، تُعرف أيضًا باسم مجالات بيتمان، وتشارك في ربط نيوكليوتيدات الأدينوزين. A β - ID يقع بالقرب من النهاية γ - N. تشير العلامة النجمية إلى أن الأشكال المتماثلة 3 γ تحتوي على امتدادات طرفية N مختلفة. تنظيم وتنشيط AMPK في العضلات الهيكلية أثناء تقلص العضلات الهيكلية، تنخفض شحنة طاقة الأدينيلات في العضلات اعتمادًا على مدة وشدة التمرين (84، 85). نتيجة لذلك، تزداد نسب AMP/ATP و ADP/ATP داخل الخلايا، مما يؤدي إلى تنشيط AMPK (7). يحدث تنشيط AMPK في خطوتين: الربط التفارغي التحفيزي للأمبير داخل الوحدة الفرعية γ والتنشيط التساهمي من خلال الفسفرة القابلة للعكس على Thr172 في الوحدة الفرعية الحفازة (الشكل 2). يتم تحفيز نشاط AMPK بواسطة AMP و ADP ويتم تثبيطه بواسطة ATP المرتبط بنطاقي Bateman التنظيميين للوحدة الفرعية γ. هذا الربط التنافسي يعني أن الزيادات في نسب AMP/ATP الخلوية و ADP/ATP تحفز AMPK بشكل استثنائي (86–90). التحفيز التفارغي له تأثير معتدل على نشاط AMPK (<10 أضعاف) (91). والأهم من ذلك، أن ربط AMP و/أو ADP بالوحدة الفرعية γ يؤدي إلى تغييرات شكلية تعزز فسفرة α - Thr172 (67، 90) وتسمح بالحماية من إزالة الفوسفات بواسطة بروتينات الفوسفاتاز PP1 و PP2A و PP2C (41، 92-95). يؤدي التأثير المشترك للتنشيط التفارغي والفسفرة على α - Thr172 إلى زيادة >1000 ضعف في نشاط AMPK (91). في العضلات الهيكلية، LKB1 هو الكيناز الأولي المنبع المسؤول عن فسفرة معقدات AMPK المحتوية على α 2 استجابة للتقلص ومنشطات AMPK الدوائية (96–99). وبدرجة أقل، من المحتمل أن يقوم بروتين كيناز β (CaMKKβ) المعتمد على Ca2 +/ calmodulin بالفوسفوريلات وينشط مجمعات AMPKα 1 أثناء التمرين/الانكماش منخفض الكثافة على المدى الطويل (100، 101) (الشكل 3). يبدو LKB1 نشطًا بشكل أساسي (102، 103)، في حين أن CaMKKβ ينشط AMPK عند زيادة تركيزات Ca2 + داخل الخلايا، حتى في حالة عدم وجود خلل في محتوى نيوكليوتيد الأدينين (104، 105). بالإضافة إلى ذلك، ثبت أن الجليكوجين يؤثر على نشاط AMPK من خلال تفاعله مع الوحدة الفرعية β. تحتوي الوحدة الفرعية β على GBD الذي يتسبب في ارتباط معقدات AMPK بجزيئات الجليكوجين في الأنظمة الخالية من الخلايا والخلايا المستزرعة، وهذا الارتباط يمنع نشاط AMPK (56، 106). يبدو أن هذا التثبيط بواسطة الجليكوجين يؤثر بشكل أساسي على معقدات AMPK التي تحتوي على α 2 (107). علاوة على ذلك، تشير الدراسات في الجسم الحي إلى وجود علاقة عكسية بين محتوى الجليكوجين في العضلات وتنشيط AMPK في القوارض (108، 109) والبشر (107)، على الرغم من أن هذا التثبيط بواسطة الجليكوجين في الجسم الحي لم يتم العثور عليه باستمرار (110). ومن المثير للاهتمام أن الوحدة الفرعية β يتم فسفرتها تلقائيًا عند Ser108 و Thr148، والتي يبدو أنها تنظم نشاط AMPK وقدرتها على ربط الجليكوجين، على التوالي (59، 111). بالإضافة إلى ذلك، تشير النتائج إلى أن الأنسولين يقلل من نشاط AMPK في العضلات الهيكلية للفئران على الأرجح من خلال الفسفرة بوساطة Aktmediated لـ Ser485/491 في الوحدة الفرعية α 1/α 2 (112). الشكل 2 مفتوح في عارض الشكل تنظيم AMPK في العضلات الهيكلية أثناء نشاط الانقباض. يؤدي التمرين إلى اختلال توازن الطاقة في العضلات، مما يؤدي إلى ارتفاع تركيزات AMP و ADP داخل الخلايا. يؤدي ربط ADP و AMP في نطاقات Bateman للوحدة الفرعية γ إلى تغيير شكلي ينشط AMPK بما يصل إلى 10 أضعاف عبر آلية تفارغية. يؤدي هذا التغيير التشكيلي أيضًا إلى فسفرة Thr172 للوحدة الفرعية الحفازة بواسطة LKB1 المنبع ويحمي من إزالة الفسفرة بواسطة بروتين الفوسفاتاز، مما يزيد من النشاط 100 مرة. يؤدي التأثير التفارغي والفسفرة α - Thr172 معًا إلى تنشيط >1000 ضعف. يتم تنشيط AMPK أيضًا عن طريق ارتفاع تركيز Ca2 + داخل الخلايا من خلال فسفرة α - Thr172 التي يحفزها CaMKKβ. بعد التمرين واستنفاد الطاقة، يتم تحويل AMPK مرة أخرى إلى شكل غير نشط عن طريق إزالة الفسفرة التي يحفزها فوسفاتاز البروتين (PP1A، PP2A، و PP2C) ويخضع للتثبيط بواسطة الجليكوجين عن طريق الارتباط بـ GBD للوحدة الفرعية β. تم وصف تنشيط AMPK في العضلات الهيكلية للقوارض أثناء التمرين في البداية من قبل ويندر وهاردي (113)، وتم نشر التقارير الأولى عن تنشيط AMPK أثناء التمرين في العضلات الهيكلية البشرية بعد بضع سنوات (114–116). تم إجراء العديد من الدراسات لتحديد ملف التنشيط لمجمعات AMPK المختلفة أثناء نوبات التمرين اعتمادًا على الكثافة والمدة. عادة، يتم ملاحظة تنشيط AMPK فقط عند شدة التمرين بحد أدنى 60 ٪ Vo2peak (107، 116-119). ومع ذلك، فإن التمرين منخفض الكثافة بنسبة 30-40 ٪ من Vo2peak ولكن يتم إجراؤه حتى ينشط الإرهاق أيضًا AMPK في العضلات الهيكلية (119). علاوة على ذلك، يبدو أن تنشيط AMPK يعتمد على مدة التمرين (115، 118، 119)، على الرغم من أن جميع الدراسات لا تشير إلى هذا (120). أثناء التمرين بكثافة عالية ومدة معتدلة، يتم تنشيط مجمعات AMPK التي تحتوي على α 2 في الغالب (115–118)، في حين وجد أن نشاط مجمعات AMPKα 1 يزداد أو يبقى دون تغيير أو ينخفض بطريقة تعتمد على الكثافة والمدة (76، 101، 110، 117). على وجه التحديد، في العضلات الوحشية الواسعة البشرية خلال نوبة تمرين قصيرة (تصل إلى 20 دقيقة) ومكثفة، يقتصر تنشيط AMPK على المجمعات التي تحتوي على γ 3 (α 2 β 2 γ 3)، في حين يبدو نشاط المجمعات الأخرى (α 2 β 2 γ 1 و α 1 β 2 γ 1) دون تغيير أو حتى انخفض (76). عند إطالة التمرين، يتم تنشيط α 2 β 2 γ 1 غير المتجانسة (101). أثناء التمرين بكثافة أقل ولمدة أطول، لوحظت زيادة معتدلة في نشاط α 2 β 2 γ 1 وزيادة ضعيفة في نشاط α 1 β 2 γ 1 (101). وبالتالي، في العضلات الهيكلية، يتم تنظيم مجمعات AMPK غير المتجانسة المختلفة بطريقة متميزة أثناء الانكماش اعتمادًا على كثافة التمرين ومدته، مما قد يتسبب في استجابات وظيفية مختلفة. كيف يتم هذا التنشيط التفاضلي لمجمعات AMPK المحددة أثناء التمرين يحتاج إلى مزيد من التحقيق. يمكن أن تكون إحدى الفرضيات أنها قد تعكس جزئيًا الاختلافات

Translated Description (French)

The FASEB JournalVolume 32, Issue 4 p. 1741-1777 ReviewOpen Access AMPK in skeletal muscle function and metabolism Rasmus Kjøbsted, Corresponding Author Rasmus Kjøbsted rasmus.kjobsted@nexs.ku.dk Section of Molecular Physiology, Department of Nutrition, Exercise, and Sports, Faculty of Science, University of Copenhagen, Copenhagen, Denmark Correspondance : Department of Nutrition, Exercise and Sports, Section of Molecular Physiology, Faculty of Science, University of Copenhagen, Universitetsparken 13, DK-2100 Copenhagen, Denmark. E-mail : rasmus.kjobsted@nexs.ku.dk Correspondance : Département de physiologie moléculaire et de biophysique, Université Vanderbilt, 823 Light Hall, 2215 Garland Ave., Nashville, TN 37232, États-Unis. E-mail : louise.lantier@vanderbilt.eduRecherche pour plus d'articles par cet auteurJanne R. Hingst, Janne R. Hingst Section de physiologie moléculaire, Département de nutrition, exercice et sports, Faculté des sciences, Université de Copenhague, Copenhague, DanemarkRecherche pour plus d'articles par cet auteurJoachim Fentz, Joachim Fentz Section de physiologie moléculaire, Département de nutrition, exercice et sports, Faculté des sciences, Université de Copenhague, Copenhague, DanemarkRecherche pour plus d'articles par cet auteurMarc Foretz, Marc Foretz INSERM, Unité 1016, Institut Cochin, Paris, France Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Unité Mixte de Recherche (UMR) 8104, Paris, France Université Paris Descartes, Sorbonne Paris Cité, Paris, FranceRecherche d'autres articles de cet auteurMaria-Nieves Sanz, Maria-Nieves Sanz Department of Cardiovascular Surgery, Inselspital, Bern University Hospital, Bern, Switzerland Department of Biomedical Research, University of Bern, Bern, SwitzerlandRecherche d'autres articles de cet auteurChristian Pehmøller, Christian Pehmøller Internal Medicine Research Unit, Pfizer Global Research and Development, Cambridge, Massachusetts, USRecherche d'autres articles de cet auteurMichael Shum, Michael Shum Axe Cardiologie, Quebec Heart and Lung Research Institute, Québec, Canada Institute for Nutrition and Functional Foods, Université Laval, Québec, CanadaRecherche pour plus d'articles de cet auteurAndré Marette, André Marette Axe Cardiologie, Institut de recherche cardiaque et pulmonaire du Québec, Québec, Institut canadien de nutrition et d'aliments fonctionnels, Université Laval, Québec, CanadaRecherche pour plus d'articles de cet auteurRemi Mounier, Institut Remi Mounier NeuroMyoGène, Université Claude Bernard Lyon 1, INSERM Unite 1217, CNRS UMR, Villeurbanne, FranceRecherche pour plus d'articles de cet auteurJonas T. Treebak, Jonas T. Treebak Section de physiologie intégrative, Centre de recherche métabolique fondamentale de la Fondation Novo Nordisk, Faculté de santé et des sciences médicales, Université de Copenhague, Copenhague, DanemarkRechercher d'autres articles de cet auteurJørgen F. P. Wojtaszewski, Jørgen F. P. Wojtaszewski Section de physiologie moléculaire, Département de nutrition, d'exercice et de sport, Faculté des sciences, Université de Copenhague, Copenhague, DanemarkRechercher d'autres articles de cet auteurBenoit Viollet, Benoit Viollet INSERM, Unité 1016, Institut Cochin, Paris, France Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Unité Mixte de Recherche (UMR) 8104, Paris, France Université Paris Descartes, Sorbonne Paris Cité, Paris, FranceRechercher d'autres articles de cet auteurLouise Lantier, auteur correspondante Louise Lantier louise.lantier@vanderbilt.edu Department of Molecular Physiology and Biophysics, Vanderbilt University, Nashville, Tennessee, USA Mouse Metabolic Phenotyping Center, Vanderbilt University, Nashville, Tennessee, USA Correspondance : Department of Nutrition, Exercise and Sports, Section of Molecular Physiology, Faculty of Science, University of Copenhagen, Universitetsparken 13, DK-2100 Copenhagen, Denmark. E-mail : rasmus.kjobsted@nexs.ku.dk Correspondance : Département de physiologie moléculaire et de biophysique, Université Vanderbilt, 823 Light Hall, 2215 Garland Ave., Nashville, TN 37232, États-Unis. E-mail : louise.lantier@vanderbilt.eduRecherche pour plus d'articles de cet auteur Rasmus Kjøbsted, auteur correspondant Rasmus Kjøbsted rasmus.kjobsted@nexs.ku.dk Section de physiologie moléculaire, Département de nutrition, exercice et sports, Faculté des sciences, Université de Copenhague, Copenhague, Danemark Correspondance : Département de nutrition, exercice et sports, Section de physiologie moléculaire, Faculté des sciences, Université de Copenhague, Universitetsparken 13, DK-2100 Copenhague, Danemark. E-mail : rasmus.kjobsted@nexs.ku.dk Correspondance : Département de physiologie moléculaire et de biophysique, Université Vanderbilt, 823 Light Hall, 2215 Garland Ave., Nashville, TN 37232, États-Unis. E-mail : louise.lantier@vanderbilt.eduRecherche pour plus d'articles par cet auteurJanne R. Hingst, Janne R. Hingst Section de physiologie moléculaire, Département de nutrition, exercice et sports, Faculté des sciences, Université de Copenhague, Copenhague, DanemarkRecherche pour plus d'articles par cet auteurJoachim Fentz, Joachim Fentz Section de physiologie moléculaire, Département de nutrition, exercice et sports, Faculté des sciences, Université de Copenhague, Copenhague, DanemarkRecherche pour plus d'articles par cet auteurMarc Foretz, Marc Foretz INSERM, Unité 1016, Institut Cochin, Paris, France Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Unité Mixte de Recherche (UMR) 8104, Paris, France Université Paris Descartes, Sorbonne Paris Cité, Paris, FranceRecherche d'autres articles de cet auteurMaria-Nieves Sanz, Maria-Nieves Sanz Department of Cardiovascular Surgery, Inselspital, Bern University Hospital, Bern, Switzerland Department of Biomedical Research, University of Bern, Bern, SwitzerlandRecherche d'autres articles de cet auteurChristian Pehmøller, Christian Pehmøller Internal Medicine Research Unit, Pfizer Global Research and Development, Cambridge, Massachusetts, USRecherche d'autres articles de cet auteurMichael Shum, Michael Shum Axe Cardiologie, Quebec Heart and Lung Research Institute, Québec, Canada Institute for Nutrition and Functional Foods, Université Laval, Québec, CanadaRecherche pour plus d'articles de cet auteurAndré Marette, André Marette Axe Cardiologie, Institut de recherche cardiaque et pulmonaire du Québec, Québec, Institut canadien de nutrition et d'aliments fonctionnels, Université Laval, Québec, CanadaRecherche pour plus d'articles de cet auteurRemi Mounier, Institut Remi Mounier NeuroMyoGène, Université Claude Bernard Lyon 1, INSERM Unite 1217, CNRS UMR, Villeurbanne, FranceRecherche pour plus d'articles de cet auteurJonas T. Treebak, Jonas T. Treebak Section de physiologie intégrative, Centre de recherche métabolique fondamentale de la Fondation Novo Nordisk, Faculté de santé et des sciences médicales, Université de Copenhague, Copenhague, DanemarkRechercher d'autres articles de cet auteurJørgen F. P. Wojtaszewski, Jørgen F. P. Wojtaszewski Section de physiologie moléculaire, Département de nutrition, d'exercice et de sport, Faculté des sciences, Université de Copenhague, Copenhague, DanemarkRechercher d'autres articles de cet auteurBenoit Viollet, Benoit Viollet INSERM, Unité 1016, Institut Cochin, Paris, France Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Unité Mixte de Recherche (UMR) 8104, Paris, France Université Paris Descartes, Sorbonne Paris Cité, Paris, FranceRechercher d'autres articles de cet auteurLouise Lantier, auteur correspondante Louise Lantier louise.lantier@vanderbilt.edu Department of Molecular Physiology and Biophysics, Vanderbilt University, Nashville, Tennessee, USA Mouse Metabolic Phenotyping Center, Vanderbilt University, Nashville, Tennessee, USA Correspondance : Department of Nutrition, Exercise and Sports, Section of Molecular Physiology, Faculty of Science, University of Copenhagen, Universitetsparken 13, DK-2100 Copenhagen, Denmark. E-mail : rasmus.kjobsted@nexs.ku.dk Correspondance : Département de physiologie moléculaire et de biophysique, Université Vanderbilt, 823 Light Hall, 2215 Garland Ave., Nashville, TN 37232, États-Unis. E-mail : louise.lantier@vanderbilt.eduSearch for more papers by this author Première publication : 05 janvier 2018 https://doi.org/10.1096/fj.201700442RCitations : 28AboutSectionsPDF ToolsRequest permissionExport citationAdd to favoritesTrack citation ShareShare Give accessShare full text accessShare full-text accessPlease review our Terms and Use Conditions and check box below to share full-text version of article.I have read and accept the Wiley Online Library Terms and Conditions of UseShareable LinkUse the link below to share a full-text version of this article with your friends and colleagues. En savoir plus.Copy URL Partager un lienPartager surFacebookTwitterLinkedInRedditWechat Abstract Le muscle squelettique possède une capacité remarquable à s'adapter à diverses conditions physiologiques. L'AMPK est un capteur de l'état énergétique intracellulaire qui maintient les réserves d'énergie en affinant les voies anaboliques et cataboliques. Le rôle de l'AMPK en tant que capteur d'énergie est particulièrement critique dans les tissus présentant un taux de renouvellement de l'énergie très variable. En raison des changements drastiques de la demande d'énergie qui se produisent entre l'état de repos et l'état d'exercice, le muscle squelettique est l'un de ces tissus. Ici, nous passons en revue la régulation complexe de l'AMPK dans le muscle squelettique et ses conséquences sur le métabolisme (par exemple, l'absorption, l'oxydation et le stockage du substrat ainsi que la fonction mitochondriale des fibres musculaires squelettiques). Nous nous concentrons sur le rôle de l'AMPK dans le muscle squelettique pendant l'exercice et dans la récupération de l'exercice. Nous abordons également les adaptations à l'entraînement physique, y compris la plasticité des muscles squelettiques, en soulignant les nouveaux concepts et les perspectives futures qui doivent être étudiés. En outre, nous discutons du rôle possible de l'AMPK en tant que cible thérapeutique ainsi que des différents activateurs de l'AMPK et de leur potentiel pour le développement futur de médicaments.— Kjøbsted, R., Hingst, J. R., Fentz, J., Foretz, M., Sanz, M.-N., Pehmøller, C., Shum, M., Marette, A., Mounier, R., Treebak, J. T., Wojtaszewski, J. F. P., Viollet, B., Lantier, L. AMPK in skeletal muscle function and metabolism. FASEB J. 32, 1741–1777 (2018). www.fasebj.org ABRÉVIATIONS 4E-BP1 4E binding protein 1 ACC2 acetyl-CoA carboxylase 2 AICAR 5-amino-1-β-d-ribofuranosyl-imidazole-4-carboxamide BDNF brain-derived neurotrophic factor C2 5-(5-hydroxyl-isoxazol-3-yl)-furan-2-phosphonic acid CaMK Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase CaMKKβ Ca2+/protéine kinase kinase β CD36 dépendante de la calmoduline cluster de différenciation 36 DMD Duchenne muscle dystrophy ERR récepteur lié aux œstrogènes FOXO3a Forkhead box protein O3a GBD glycogen-binding domain β-GPA β-guanidinopropionic acid GS glycogen synthase HDAC5 class II histone deacetylase 5 HFD high-fat diet KD kinase domain KO knockout LIF leukemia inhibiting factor LKB1 liver kinase B1 MAFbx muscle atrophy F-box mdKO muscle-specific double knockout MEF2 myocyte enhancer factor 2 mTORC1 mammalian target of rapamycin complex 1 MuRF1 muscle RING finger 1 MuSC muscle stem cell NAM nicotinamide NAMPT nicotinamide phosphoribosyltransferase NR4A nuclear hormone receptor 4AH pyruvate dehydrogenase PGC-1α peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator 1α PKD protein kinase D PLIN2 perilipin 2 ROS reactive oxygen species SIRT N-dependent sirin Snarkroseferment sucing AMPK-related tuberase kinase TSC Tuberousclerosis complex unordinated kinase UL1 kinase 51 1 DKD Anti-Toping World Agency ZMP 5-aminoimidazole-4-carboxamide ribonucléotide de type sauvage Une fonction fondamentale du muscle squelettique est de générer une force mécanique pour soutenir la posture du corps et faciliter une grande variété de mouvements. Outre ce rôle dans la motilité du corps, il a été démontré que le muscle squelettique est important pour réguler le métabolisme du corps entier. Le muscle squelettique fait preuve d'une grande malléabilité et peut adapter sa composition contractile et ses propriétés métaboliques en réponse à un certain nombre de conditions physiologiques, y compris l'exercice. De telles adaptations sont reflétées par des changements dans la taille musculaire, la distribution du type de fibre, la vitesse contractile, la production de force et la capacité d'endurance, résultant des exigences fonctionnelles de l'activité contractile (1, 2). Cette plasticité peut impliquer des mécanismes à court et à long terme, entraînant des changements dans l'abondance et l'activité des protéines (1–3). Ces changements sont médiés par l'activation et la répression d'événements de signalisation intracellulaires spécifiques qui régissent les effecteurs impliqués dans les voies métaboliques et les processus de transcription/traduction des gènes sensibles à l'exercice (4). Les mécanismes de signalisation intracellulaire qui modifient la fonction musculaire squelettique en réponse à l'exercice sont régulés par des perturbations de l'homéostasie des cellules musculaires, notamment des altérations de la perfusion tissulaire, de la tension en oxygène, de l'état redox, de la dynamique du calcium (Ca2+) et du renouvellement de l'ATP (5). Les preuves suggèrent que le renouvellement de l'ATP dans le muscle squelettique peut être multiplié par plus de 100 en réponse à l'exercice (6). Garder les concentrations d'ATP cellulaire assez constantes dans de telles conditions représente un défi majeur pour la cellule et met en évidence la vaste dynamique du métabolisme énergétique musculaire. Étant donné que la consommation d'ATP dans les muscles squelettiques augmente pendant l'exercice, les concentrations intracellulaires d'AMP peuvent s'accumuler à la suite de la réaction à l'adénylate kinase. Cela augmente les rapports AMP/ATP et ADP/ATP cellulaires, conduisant à l'activation de l'AMPK (7). Cette kinase est considérée comme un capteur central de l'état énergétique intracellulaire et maintient les réserves d'énergie en régulant les voies anaboliques et cataboliques, assurant ainsi un équilibre entre l'offre et la demande d'énergie (8). Dans le muscle squelettique, il a été démontré que l'activation pharmacologique aiguë de l'AMPK favorise le transport du glucose et l'oxydation des acides gras (9) tout en supprimant l'activité de la glycogène synthase et la synthèse des protéines (10, 11). En outre, l'activation chronique de l'AMPK réduit les marqueurs de la fragilité des muscles squelettiques (12) et améliore la capacité oxydative des fibres musculaires en stimulant la biogenèse mitochondriale (13–15). Ces événements sont initiés par la phosphorylation en aval de l'AMPK des enzymes métaboliques clés ainsi que des facteurs de transcription qui modulent le métabolisme cellulaire afin de gérer les défis métaboliques actuels et futurs. Plusieurs excellentes revues ont examiné le rôle de l'AMPK dans la régulation de la fonction et du métabolisme des muscles squelettiques (16–49). Par conséquent, cette revue aborde de nouveaux concepts et perspectives d'avenir de l'AMPK dans le muscle squelettique qui doivent être validés et testés expérimentalement. STRUCTURE ET EXPRESSION DE L'AMPK L'AMPK est un complexe protéique hétérotrimérique qui se compose d'une sous-unité catalytique (α) et de 2 sous-unités régulatrices (β et γ), dont plusieurs isoformes ont été trouvées (α1, α2, β1, β2, γ1, γ2 et γ3) (50) (Fig. 1). La sous-unité a contient le domaine kinase, dont l'activité est fortement dépendante de la phosphorylation réversible de a-Thr172 (51–53). La sous-unité β agit comme un échafaudage pour lier les sous-unités α et γ (54) et contient un domaine de liaison au glycogène (GBD) qui cible probablement le complexe hétérotrimérique aux particules de glycogène (55, 56). La sous-unité γ fonctionne comme un capteur de l'état énergétique intracellulaire par sa liaison directe des nucléotides de l'adénosine (57). Outre ces fonctions bien établies, les 3 sous-unités contiennent des domaines différents ou des modifications post-traductionnelles qui peuvent localiser AMPK dans des compartiments subcellulaires distincts. Dans la sous-unité a, une séquence d'exportation nucléaire a été trouvée (58), et la myristoylation de la sous-unité β a été suggérée pour faciliter la translocation de l'AMPK vers les taches périnucléaires et les membranes mitochondriales (59–61). Les isoformes de la sous-unité γ diffèrent par leurs extensions N-terminales, qui semblent également déterminer la localisation de l'AMPK (62–64). Ainsi, dans les fibres musculaires squelettiques, l'isoforme γ1 est localisée sur le disque z, tandis que l'isoforme g3 se trouve dans le noyau et le long du disque z et de la bande I dans un motif qui ressemble étroitement aux structures du tube T/réticulum sarcoplasmique (64). Le rôle fonctionnel de l'AMPK dans différents emplacements subcellulaires n'a pas reçu beaucoup d'attention, mais les résultats récents indiquent qu'il peut représenter une autre façon de réguler l'activité de l'AMPK. Par exemple, l'activateur non spécifique de l'AMPK PT-1 semble activer uniquement les complexes γ1 dans le muscle squelettique de la souris, alors qu'il ne présente aucune sélectivité isoforme dans les cellules HEK293 exprimant de manière stable chacune des 3 isoformes γ (65). Étant donné que PT-1 active l'AMPK en inhibant la chaîne respiratoire mitochondriale (65), cela peut signifier un rôle important des complexes associés à γ1 dans la surveillance de la synthèse de l'ATP, et le complexe contenant γ3 hautement sensible à la contraction peut servir de capteur majeur de la consommation d'ATP dans le muscle squelettique. D'autre part, la concentration de PT-1 précédemment utilisée pour stimuler le muscle squelettique isolé (65) peut avoir été insuffisante pour activer les complexes contenant γ3. Des preuves récentes provenant d'études cellulaires indiquent également que la composition de la sous-unité AMPK influence la sensibilité à l'AMP, ce qui contribue probablement aux fonctions spécialisées des sous-types hétérotrimériques de l'AMPK (57, 66-68). Les 7 isoformes différentes de la sous-unité AMPK donnent lieu à 12 combinaisons hétérotrimériques qui semblent s'exprimer de manière spécifique aux tissus. Ainsi, dans les préparations de muscles squelettiques de l'homme et de la souris, toutes les isoformes de sous-unités ont été détectées, mais seul un sous-ensemble de complexes hétérotrimériques possibles semble exister (69, 70). Dans le muscle squelettique humain (vastus lateralis), 3 complexes différents ont été décrits (α2β2γ1, α2β2γ3 et α1β2γ1) (69), tandis que 5 complexes ont été identifiés dans le muscle squelettique de souris (α2β2γ1, α2β2γ3, α2β1γ1, α1β2γ1 et α1β1γ1) (70) (Tableau 1). En outre, certaines sous-unités AMPK sont exprimées d'une manière dépendante du type de fibre (71), ce qui peut expliquer la distribution relative des complexes entre différents muscles (70). Actuellement, on ne sait pas pourquoi le muscle squelettique de souris semble exprimer deux complexes supplémentaires (associés à β1) par rapport au muscle squelettique humain. Sur la base des résultats obtenus chez des souris AMPKα et AMPKβ double knockout (KO) spécifiques aux muscles (souris AMPKα mdKO et AMPK β1β2M-KO, respectivement) (72–74), la majorité des complexes associés à β1 détectés dans un échantillon brut de muscle squelettique semblent provenir de tissu non musculaire (par exemple, tissu conjonctif, cellules neuronales, adipocytes, cellules endothéliales, etc.). Ceci est conforme à la notion selon laquelle le complexe α1β1γ1 est le complexe d'AMPK le plus couramment exprimé (68, 75). Fait intéressant, la sous-unité β1 est également détectée dans des préparations d'échantillons de muscle squelettique humain, mais, à la lumière des résultats des co-immunoprécipitations d'AMPKα2, -α1, -γ1 et -γ3, elle ne semble pas s'engager dans une formation complexe stable ni contribuer à une activité AMPK mesurable (69, 76). Bien que l'on pense généralement que les 3 sous-unités AMPK doivent être présentes pour former un complexe stable, il a été démontré dans des modèles cellulaires que des complexes β1γ1 stables peuvent se former en l'absence de sous-unités catalytiques (77). La question de savoir si la formation de complexes hétérodimères βγ se produit également dans le muscle squelettique mature peut être dérivée d'observations dans deux modèles de souris AMPK double-KO spécifiques au muscle. Ainsi, dans le modèle AMPKβ1β2M-KO, il semble évident que l'expression de la protéine β2 est limitée aux myocytes (74). Fait intéressant, des quantités significatives de protéine β2 ont été détectées dans une préparation d'échantillon de muscle squelettique à partir du modèle de souris AMPKα mdKO (73), ce qui peut suggérer la formation de complexes βγ stables dans le muscle squelettique mature, en supposant que des sous-unités uniques non liées d'AMPK sont ciblées pour la dégradation. Cela peut également être déduit du modèle de souris AMPKβ1β2M-KO, qui n'exprime pas la protéine α2 dans le muscle squelettique (74), indiquant que la sous-unité β est vitale pour maintenir l'expression de la protéine musculaire AMPKα. Collectivement, ces observations peuvent suggérer que l'hétérodimère AMPK (βγ) existe dans le tissu musculaire squelettique et soulève la possibilité d'un mécanisme de régulation facilitant l'association de sous-unités catalytiques avec des complexes de régulation. Alternativement, et de manière quelque peu spéculative, d'autres protéines peuvent se lier au complexe hétérodimère régulateur pour réguler leur activité ou leur localisation cellulaire. Dans ce contexte, 12 protéines kinases liées à AMPKα1 et AMPKα2 ont été détectées dans le kinome humain (78). Ces kinases sont connues sous le nom de kinases apparentées à l'AMPK et, à une seule exception près, elles sont activées par la kinase hépatique amont B1 (LKB1) (79). Bien que le transporteur de protéines fluorescentes vertes associé à des versions marquées du traitement antigénique de ces kinases ne semble pas se lier aux sous-unités β et γ de l'AMPK (80), la kinase apparentée à l'AMPK non fermentante au saccharose (SNARK/NUAK2) est activée dans le muscle squelettique par le 5-amino-1-β-d-ribofuranosyl-imidazole-4-carboxamide (AICAR), la contraction et l'exercice (81, 82), ce qui indique que l'activité de SNARK est régulée de la même manière que l'AMPK. Est-il possible que les sous-unités AMPK βγ forment des complexes hétérotrimériques avec SNARK, facilitant sa régulation par les nucléotides adénine ? Si c'est le cas, on pourrait s'attendre à ce que le muscle squelettique déficient en AMPKβ présente un phénotype différent de celui du muscle squelettique déficient en AMPKα. En effet, dans le muscle squelettique, plusieurs différences phénotypiques ont été observées entre les souris AMPKα mdKO et AMPKβ1β2M-KO, notamment la masse musculaire, les taux d'ATP, l'ADN et la structure mitochondriaux, l'activité de la citrate synthase et les taux d'ARNm du coactivateur 1α (PGC-1α) du récepteur γ activé par les proliférateurs de peroxysomes (72, 74). À la lumière de ces observations, il a récemment été rapporté que SNARK pourrait être impliqué dans le maintien de la masse musculaire avec l'âge (83). En supposant que la liaison potentielle de SNARK aux sous-unités AMPKβγ induit une augmentation de l'activité de SNARK et/ou protège SNARK de la dégradation et que l'association entre SNARK et AMPKβγ est renforcée dans le muscle dépourvu d'AMPKα, cela pourrait expliquer l'augmentation de la masse musculaire observée dans le muscle squelettique dépourvu de sous-unités AMPKα (72). Tableau 1. Distribution relative et activité basale des complexes hétérotrimériques AMPK détectés dans le muscle squelettique humain et murin Complexe de Mus musculus Trimer Homo sapiens vastus lateralis Extensor digitorum longus Soleus Expression relative Activité basale relative Expression relative Activité basale relative Expression relative Activité basale relative α2β2γ1 ~65% ~30% ~ 70% ~ 50% ~ 60% ~35% α2β2γ3 ~20% <5% ~20% ~20% <2% <2% α1β2γg1 ~15% ~ 65% <5% ~ 25% ~ 20% ~50% α2β1γ1 N.D. N.D. <3% < 5% ~10% < 15% α1β1γ1 N.D. N.D. < 2% <8% La composition des complexes hétérotrimériques AMPK a été estimée à partir d'expériences d'immunoprécipitation chez l'extensor digitorum longus et le soleus de souris C57BL/6 ainsi que chez l'homme vastus lateralis. Valeurs adaptées des références 70, 76 et 487. N.D., non détectable. Figure 1Ouvrir dans la visionneuse de figures Structure des sous-unités AMPK de mammifères. L'AMPK est une protéine hétérotrimérique composée de 1 sous-unité catalytique (sous-unité α) et de 2 sous-unités régulatrices (sous-unité β et γ). La sous-unité a contient un domaine kinase (KD), dont l'activité repose sur la phosphorylation de Thr172 par les kinases AMPK en amont. La KD est suivie d'un domaine auto-inhibiteur (AID) et d'un hameçon α (αH), qui semblent être importants pour l'activité catalytique régulée par l'AMP. Au niveau de l'extrémité α-C terminale, un domaine d'interaction β (β-ID) a été détecté qui se lie au domaine C-terminal de la sous-unité β. La phosphorylation de Ser485/491 dans la β-ID pendant la stimulation de l'insuline a été suggérée pour réguler l'activité de la kinase. La sous-unité β est soumise à une myristoylation au niveau de la terminaison N, ce qui améliore la phosphorylation de l'α-Thr172 par l'AMP/ADP et facilite la translocation de l'AMPK vers des compartiments intracellulaires spécifiques. Au centre, la sous-unité β contient une GBD qui provoque la liaison de l'AMPK aux particules de glycogène. Au sein de la GBD, 2 sites de phosphorylation ont été trouvés (Ser108 et Thr148) qui semblent réguler la capacité de liaison aux particules de glycogène ainsi que l'activité kinase. Un domaine d'interaction α et γ (α-ID, γ-ID) est situé au terminus β-C qui agit comme un échafaudage maintenant le complexe hétérotrimérique ensemble. La sous-unité γ contient 4 domaines cystathionine-β-synthase (CBS). Ceux-ci se produisent dans des paires en tandem, également connues sous le nom de domaines de Bateman, et sont impliqués dans la liaison des nucléotides de l'adénosine. Un β-ID est situé à proximité du terminus γ-N. Un astérisque indique que les 3 isoformes γ contiennent différentes extensions N-terminales. RÉGULATION ET ACTIVATION DE L'AMPK dans LE MUSCLE SQUELETTIQUE Pendant la contraction du muscle squelettique, la charge d'énergie adénylée dans le muscle est diminuée en fonction de la durée et de l'intensité de l'exercice (84, 85). En conséquence, les rapports AMP/ATP et ADP/ATP intracellulaires augmentent, ce qui conduit à l'activation de l'AMPK (7). L'activation de l'AMPK se produit en deux étapes : la liaison allostérique stimulatrice de l'AMP dans la sous-unité γ et l'activation covalente par phosphorylation réversible sur Thr172 dans la sous-unité a catalytique (Fig. 2). L'activité AMPK est stimulée par l'AMP et l'ADP et inhibée par la liaison de l'ATP aux deux domaines régulateurs de Bateman de la sous-unité γ. Cette liaison compétitive signifie que l'augmentation des rapports AMP/ATP et ADP/ATP cellulaires stimule l'AMPK de manière allostérique (86–90). La stimulation allostérique a un effet modéré sur l'activité de l'AMPK (<10 fois) (91). Plus important encore, la liaison de l'AMP et/ou de l'ADP à la sous-unité γ induit des changements conformationnels qui favorisent la phosphorylation de l'α-Thr172 (67, 90) et permettent une protection contre la déphosphorylation par les protéines phosphatases PP1, PP2A et PP2C (41, 92-95). L'effet combiné de l'activation allostérique et de la phosphorylation sur l'α-Thr172 induit une augmentation >1000 fois de l'activité de l'AMPK (91). Dans le muscle squelettique, LKB1 est la principale kinase en amont responsable de la phosphorylation des complexes AMPK contenant α2 en réponse à la contraction et aux activateurs pharmacologiques de l'AMPK (96–99). Dans une moindre mesure, la protéine kinase kinase β Ca2+/calmoduline-dépendante (CaMKKβ) phosphoryle et active probablement les complexes AMPKα1 pendant un exercice/une contraction de faible intensité à long terme (100, 101) (Fig. 3). LKB1 semble constitutivement actif (102, 103), alors que CaMKKβ active l'AMPK lors d'une augmentation des concentrations intracellulaires de Ca2+, même en l'absence de déséquilibre de la teneur en nucléotides de l'adénine (104, 105). De plus, il a été démontré que le glycogène influence l'activité de l'AMPK par son interaction avec la sous-unité β. La sous-unité β contient une GBD qui provoque l'association des complexes AMPK avec des particules de glycogène dans les systèmes acellulaires et les cellules cultivées, et cette association inhibe l'activité AMPK (56, 106). Cette inhibition par le glycogène semble affecter principalement les complexes AMPK contenant α2 (107). En outre, des études in vivo rapportent une relation inverse entre la teneur en glycogène musculaire et l'activation de l'AMPK chez les rongeurs (108, 109) et les humains (107), bien que cette inhibition par le glycogène in vivo ne soit pas systématiquement trouvée (110). Fait intéressant, la sous-unité β est autophosphorylée à Ser108 et Thr148, ce qui semble réguler l'activité de l'AMPK et sa capacité de liaison au glycogène, respectivement (59, 111). En outre, les résultats suggèrent que l'insuline réduit l'activité de l'AMPK dans le muscle squelettique du rat probablement par phosphorylation à médiation Akt de Ser485/491 sur la sous-unité α1/α2 (112). Figure 2Ouvrir dans la visionneuse Régulation de l'AMPK dans le muscle squelettique pendant l'activité contractile. L'exercice induit un déséquilibre énergétique dans les muscles, ce qui entraîne une augmentation des concentrations intracellulaires D'AMP et d'ADP. La liaison de l'ADP et de l'AMP aux domaines de Bateman de la sous-unité γ provoque un changement de conformation qui active l'AMPK jusqu'à 10 fois via un mécanisme allostérique. Ce changement de conformation déclenche également la phosphorylation de Thr172 de la sous-unité catalytique a par la LKB1 en amont et protège contre la déphosphorylation par les protéines phosphatases, augmentant ainsi l'activité de 100 fois. Ensemble, l'effet allostérique et la phosphorylation α-Thr172 conduisent à une activation >1000 fois. L'AMPK est également activée par une augmentation de la concentration intracellulaire de Ca2+ par phosphorylation α-Thr172 catalysée par CaMKKβ. Après l'exercice et le plein d'énergie, l'AMPK est reconvertie en une forme inactive par déphosphorylation catalysée par les protéines phosphatases (PP1A, PP2A et PP2C) et subit une inhibition par le glycogène via la liaison à la GBD de la sous-unité β. L'activation de l'AMPK dans le muscle squelettique de rongeur pendant l'exercice a été initialement décrite par Winder et Hardie (113), et les premiers rapports d'activation de l'AMPK pendant l'exercice dans le muscle squelettique humain ont été publiés quelques années plus tard (114–116). Plusieurs études ont été menées pour déterminer le profil d'activation des différents complexes AMPK lors des séances d'exercice en fonction de l'intensité et de la durée. En règle générale, l'activation de l'AMPK n'est observée qu'à des intensités d'exercice d'au moins 60 % Vo2peak (107, 116-119). Cependant, un exercice de faible intensité à 30-40% de Vo2peak mais effectué jusqu'à épuisement active également l'AMPK dans le muscle squelettique (119). De plus, l'activation de l'AMPK semble dépendre de la durée de l'exercice (115, 118, 119), bien que toutes les études ne le rapportent pas (120). Pendant l'exercice à haute intensité et à durée modérée, les complexes AMPK contenant α2 sont principalement activés (115–118), tandis que l'activité des complexes AMPKα1 augmente, reste inchangée ou diminue en fonction de l'intensité et de la durée (76, 101, 110, 117). Plus précisément, dans le muscle vaste latéral humain pendant un exercice court (jusqu'à 20 min) et intense, l'activation de l'AMPK est limitée aux complexes contenant γ3 (α2β2γ3), tandis que l'activité des autres complexes (α2β2γ1 et α1 β2γ1) semble inchangée ou même diminuée (76). Lorsque l'exercice est prolongé, les hétérotrimères α2β2γ1 sont activés (101). Pendant l'exercice à des intensités plus faibles et de plus longue durée, une augmentation modérée de l'activité α2β2γ1 et une faible augmentation de l'activité α1β2γ1 ont été observées (101). Ainsi, dans le muscle squelettique, les différents complexes hétérotrimères AMPK sont régulés de manière distincte pendant la contraction en fonction de l'intensité et de la durée de l'exercice, ce qui peut provoquer des réponses fonctionnelles différentes. La façon dont cette activation différentielle des complexes AMPK spécifiques est accomplie pendant l'exercice doit être étudiée plus avant. Une hypothèse pourrait être qu'il peut refléter en partie les différences

Translated Description (Spanish)

The FASEB Journal Volume 32, Issue 4 p. 1741-1777 RevisiónAcceso abierto AMPK en función y metabolismo del músculo esquelético Rasmus Kjøbsted, autor correspondiente Rasmus Kjøbsted rasmus.kjobsted@nexs.ku.dk Sección de Fisiología Molecular, Departamento de Nutrición, Ejercicio y Deportes, Facultad de Ciencias, Universidad de Copenhague, Copenhague, Dinamarca Correspondencia: Departamento de Nutrición, Ejercicio y Deportes, Sección de Fisiología Molecular, Facultad de Ciencias, Universidad de Copenhague, Universitetsparken 13, DK-2100 Copenhague, Dinamarca. Correo electrónico: rasmus.kjobsted@nexs.ku.dk Correspondencia: Departamento de Fisiología Molecular y Biofísica, Universidad de Vanderbilt, 823 Light Hall, 2215 Garland Ave., Nashville, TN 37232, EE. UU. Correo electrónico: louise.lantier@vanderbilt.eduBuscar más artículos de este autorJanne R. Hingst, Janne R. Hingst Sección de Fisiología Molecular, Departamento de Nutrición, Ejercicio y Deportes, Facultad de Ciencias, Universidad de Copenhague, Copenhague, DinamarcaBuscar más artículos de este autorJoachim Fentz, Joachim Fentz Sección de Fisiología Molecular, Departamento de Nutrición, Ejercicio y Deportes, Facultad de Ciencias, Universidad de Copenhague, Copenhague, DinamarcaBuscar más artículos de este autorMarc Foretz, Marc Foretz INSERM, Unité 1016, Institut Cochin, París, Francia Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Unité Mixte de Recherche (UMR) 8104, Paris, France Université Paris Descartes, Sorbonne Paris Cité, Paris, FranceBuscar más artículos de este autorMaria-Nieves Sanz, Maria-Nieves Sanz Department of Cardiovascular Surgery, Inselspital, Bern University Hospital, Bern, Switzerland Department of Biomedical Research, University of Bern, Bern, SwitzerlandBuscar más artículos de este autorChristian Pehmøller, Christian Pehmøller Internal Medicine Research Unit, Pfizer Global Research and Development, Cambridge, Massachusetts, USABuscar más artículos de este autorMichael Shum, Michael Shum Axe Cardiologie, Quebec Heart and Lung Research Institute, Québec, Canada Institute for Nutrition and Functional Foods, Laval University, Québec, CanadáBuscar más artículos de este autorAndré Marette, André Marette Axe Cardiologie, Quebec Heart and Lung Research Institute, Québec, Canada Institute for Nutrition and Functional Foods, Laval University, Québec, CanadáBuscar más artículos de este autorRemi Mounier, Remi Mounier Institute NeuroMyoGène, Université Claude Bernard Lyon 1, INSERM Unite 1217, CNRS UMR, Villeurbanne, FranciaBuscar más artículos de este autorJonas T. Treebak, Jonas T. Treebak Section of Integrative Physiology, Novo Nordisk Foundation Center for Basic Metabolic Research, Faculty of Health and Medical Sciences, University of Copenhagen, Copenhague, DinamarcaBuscar más artículos de este autorJørgen F. P. Wojtaszewski, Jørgen F. P. Wojtaszewski Sección de Fisiología Molecular, Departamento de Nutrición, Ejercicio y Deportes, Facultad de Ciencias, Universidad de Copenhague, Copenhague, DinamarcaBuscar más artículos de este autorBenoit Viollet, Benoit Viollet INSERM, Unité 1016, Institut Cochin, París, Francia Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Unité Mixte de Recherche (UMR) 8104, París, Francia Université Paris Descartes, Sorbonne Paris Cité, París, FranciaBuscar más artículos de este autorLouise Lantier, autora correspondiente Louise Lantier louise.lantier@vanderbilt.edu Departamento de Fisiología Molecular y Biofísica, Universidad de Vanderbilt, Nashville, Tennessee, EE. UU. Centro de Fenotipificación Metabólica de Ratón, Universidad de Vanderbilt, Nashville, Tennessee, EE. UU. Correspondencia: Departamento de Nutrición, Ejercicio y Deportes, Sección de Fisiología Molecular, Facultad de Ciencias, Universidad de Copenhague, Universitetsparken 13, DK-2100 Copenhague, Dinamarca. Correo electrónico: rasmus.kjobsted@nexs.ku.dk Correspondencia: Departamento de Fisiología Molecular y Biofísica, Universidad de Vanderbilt, 823 Light Hall, 2215 Garland Ave., Nashville, TN 37232, EE. UU. Correo electrónico: louise.lantier@vanderbilt.eduBusque más artículos de este autor Rasmus Kjøbsted, autor correspondiente Rasmus Kjøbsted rasmus.kjobsted@nexs.ku.dk Sección de Fisiología Molecular, Departamento de Nutrición, Ejercicio y Deportes, Facultad de Ciencias, Universidad de Copenhague, Copenhague, Dinamarca Correspondencia: Departamento de Nutrición, Ejercicio y Deportes, Sección de Fisiología Molecular, Facultad de Ciencias, Universidad de Copenhague, Universitetsparken 13, DK-2100 Copenhague, Dinamarca. Correo electrónico: rasmus.kjobsted@nexs.ku.dk Correspondencia: Departamento de Fisiología Molecular y Biofísica, Universidad de Vanderbilt, 823 Light Hall, 2215 Garland Ave., Nashville, TN 37232, EE. UU. Correo electrónico: louise.lantier@vanderbilt.eduBuscar más artículos de este autorJanne R. Hingst, Janne R. Hingst Sección de Fisiología Molecular, Departamento de Nutrición, Ejercicio y Deportes, Facultad de Ciencias, Universidad de Copenhague, Copenhague, DinamarcaBuscar más artículos de este autorJoachim Fentz, Joachim Fentz Sección de Fisiología Molecular, Departamento de Nutrición, Ejercicio y Deportes, Facultad de Ciencias, Universidad de Copenhague, Copenhague, DinamarcaBuscar más artículos de este autorMarc Foretz, Marc Foretz INSERM, Unité 1016, Institut Cochin, París, Francia Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Unité Mixte de Recherche (UMR) 8104, Paris, France Université Paris Descartes, Sorbonne Paris Cité, Paris, FranceBuscar más artículos de este autorMaria-Nieves Sanz, Maria-Nieves Sanz Department of Cardiovascular Surgery, Inselspital, Bern University Hospital, Bern, Switzerland Department of Biomedical Research, University of Bern, Bern, SwitzerlandBuscar más artículos de este autorChristian Pehmøller, Christian Pehmøller Internal Medicine Research Unit, Pfizer Global Research and Development, Cambridge, Massachusetts, USABuscar más artículos de este autorMichael Shum, Michael Shum Axe Cardiologie, Quebec Heart and Lung Research Institute, Québec, Canada Institute for Nutrition and Functional Foods, Laval University, Québec, CanadáBuscar más artículos de este autorAndré Marette, André Marette Axe Cardiologie, Quebec Heart and Lung Research Institute, Québec, Canada Institute for Nutrition and Functional Foods, Laval University, Québec, CanadáBuscar más artículos de este autorRemi Mounier, Remi Mounier Institute NeuroMyoGène, Université Claude Bernard Lyon 1, INSERM Unite 1217, CNRS UMR, Villeurbanne, FranciaBuscar más artículos de este autorJonas T. Treebak, Jonas T. Treebak Section of Integrative Physiology, Novo Nordisk Foundation Center for Basic Metabolic Research, Faculty of Health and Medical Sciences, University of Copenhagen, Copenhague, DinamarcaBuscar más artículos de este autorJørgen F. P. Wojtaszewski, Jørgen F. P. Wojtaszewski Sección de Fisiología Molecular, Departamento de Nutrición, Ejercicio y Deportes, Facultad de Ciencias, Universidad de Copenhague, Copenhague, DinamarcaBuscar más artículos de este autorBenoit Viollet, Benoit Viollet INSERM, Unité 1016, Institut Cochin, París, Francia Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Unité Mixte de Recherche (UMR) 8104, París, Francia Université Paris Descartes, Sorbonne Paris Cité, París, FranciaBuscar más artículos de este autorLouise Lantier, autora correspondiente Louise Lantier louise.lantier@vanderbilt.edu Departamento de Fisiología Molecular y Biofísica, Universidad de Vanderbilt, Nashville, Tennessee, EE. UU. Centro de Fenotipificación Metabólica de Ratón, Universidad de Vanderbilt, Nashville, Tennessee, EE. UU. Correspondencia: Departamento de Nutrición, Ejercicio y Deportes, Sección de Fisiología Molecular, Facultad de Ciencias, Universidad de Copenhague, Universitetsparken 13, DK-2100 Copenhague, Dinamarca. Correo electrónico: rasmus.kjobsted@nexs.ku.dk Correspondencia: Departamento de Fisiología Molecular y Biofísica, Universidad de Vanderbilt, 823 Light Hall, 2215 Garland Ave., Nashville, TN 37232, EE. UU. Correo electrónico: louise.lantier@vanderbilt.eduBusque más artículos de este autorPrimera publicación: 05 de enero de 2018 https://doi.org/10.1096/fj.201700442RCitations: 28AboutSectionsPDF ToolsRequest permissionExport citationAñadir a favoritosTrack citation ShareShare Dar accesoCompartir acceso de texto completoCompartir acceso de texto completoPor favor revise nuestros Términos y Condiciones de Uso y marque la casilla a continuación para compartir la versión de texto completo del artículo.He leído y acepto los Términos y Condiciones de Uso de la Biblioteca en Línea de WileyEnlace CompartibleUse el enlace a continuación para compartir una versión de texto completo de este artículo con sus amigos y colegas. Más información. Copiar URL Compartir un enlaceCompartir enFacebookTwitterLinkedInRedditWechat Abstract El músculo esquelético posee una notable capacidad de adaptación a diversas condiciones fisiológicas. AMPK es un sensor de estado de energía intracelular que mantiene las reservas de energía mediante el ajuste fino de las vías anabólicas y catabólicas. El papel de AMPK como sensor de energía es particularmente crítico en tejidos que muestran una rotación de energía altamente cambiante. Debido a los cambios drásticos en la demanda de energía que se producen entre el estado de reposo y el ejercicio, el músculo esquelético es uno de esos tejidos. Aquí, revisamos la compleja regulación de la AMPK en el músculo esquelético y sus consecuencias sobre el metabolismo (por ejemplo, la absorción, oxidación y almacenamiento de sustratos, así como la función mitocondrial de las fibras musculares esqueléticas). Nos centramos en el papel de la AMPK en el músculo esquelético durante el ejercicio y en la recuperación del ejercicio. También abordamos las adaptaciones al entrenamiento físico, incluida la plasticidad del músculo esquelético, destacando conceptos novedosos y perspectivas futuras que deben investigarse. Además, discutimos el posible papel de AMPK como diana terapéutica, así como diferentes activadores de AMPK y su potencial para el desarrollo futuro de fármacos.— Kjøbsted, R., Hingst, J. R., Fentz, J., Foretz, M., Sanz, M.-N., Pehmøller, C., Shum, M., Marette, A., Mounier, R., Treebak, J. T., Wojtaszewski, J. F. P., Viollet, B., Lantier, L. AMPK in skeletal muscle function and metabolism. FASEB J. 32, 1741–1777 (2018). www.fasebj.org ABREVIATURAS 4E-BP1 4E proteína de unión 1 ACC2 acetil-CoA carboxilasa 2 AICAR 5-amino-1-β-d-ribofuranosil-imidazol-4-carboxamida BDNF factor neurotrófico derivado del cerebro C2 5-(5-hidroxil-isoxazol-3-il)-furan-2-fosfónico CaMK Ca2+/proteína quinasa dependiente de calmodulina CaMKKβ Ca2+/proteína quinasa quinasa dependiente de calmodulina β-CD36 clúster de diferenciación 36 DMD Duchenne distrofia muscular ERR receptor relacionado con estrógenos FOXO3a Forkhead box protein O3a GBD glycogen-binding domain β-GPA β-guanidinopropionic acid GS glycogen synthase HDAC5 class II histone deacetylase 5 HFD high-fat diet KD kinase domain KO knockout LIF leukemia inhibitory factor LKB1 liver kinase B1 MAFbx muscle atrophy F-box mdKO muscle-specific double knockout MEF2 myocyte enhancer factor 2 mTORC1 mammalian target of rapamycin complex 1 MuRF1 muscle RING finger 1 MuSC muscle stem cell NAM nicotinamide NAMPT nicotinamide phosphoribosyltransferase NR4A nuclear hormone receptor 4A PDH pyruvate dehydrogenase PGC-1α peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator 1α PKD protein kinase D PLIN2 perilipin 2 ROS reactive oxygen species SIRT NAD-dependent sirtuinarkin sacarosa no relacionada con AMPK kinase ssclerosis tuberosa ULK1 unordinated 51 Wcoquase-like 1 WDA-Doping Agency WA tipo salvaje ZMP 5-aminoimidazol-4-carboxamida ribonucleótido Una función fundamental del músculo esquelético es generar fuerza mecánica para apoyar la postura corporal y facilitar una amplia variedad de movimientos. Además de este papel en la motilidad corporal, se ha demostrado que el músculo esquelético es importante para regular el metabolismo de todo el cuerpo. El músculo esquelético demuestra una alta maleabilidad y puede adaptar su composición contráctil y sus propiedades metabólicas en respuesta a una serie de afecciones fisiológicas, incluido el ejercicio. Tales adaptaciones se reflejan en los cambios en el tamaño muscular, la distribución del tipo de fibra, la velocidad contráctil, la producción de fuerza y la capacidad de resistencia, siendo el resultado de las demandas funcionales de la actividad contráctil (1, 2). Esta plasticidad puede involucrar mecanismos a corto y largo plazo, lo que lleva a cambios en la abundancia y actividad de las proteínas (1–3). Estos cambios están mediados por la activación y represión de eventos específicos de señalización intracelular que gobiernan los efectores involucrados en las vías metabólicas y los procesos de transcripción/traducción de los genes que responden al ejercicio (4). Los mecanismos de señalización intracelular que modifican la función del músculo esquelético en respuesta al ejercicio están regulados por perturbaciones en la homeostasis de las células musculares, incluidas las alteraciones en la perfusión tisular, la tensión de oxígeno, el estado redox, la dinámica del calcio (Ca2+) y el recambio de ATP (5). La evidencia sugiere que el recambio de ATP en el músculo esquelético puede aumentar en >100 veces en respuesta al ejercicio (6). Mantener las concentraciones celulares de ATP bastante constantes durante tales condiciones representa un gran desafío para la célula y destaca la vasta dinámica del metabolismo de la energía muscular. Debido a que el consumo de ATP en el músculo esquelético aumenta durante el ejercicio, las concentraciones intracelulares de AMP pueden acumularse como resultado de la reacción de la adenilato quinasa. Esto aumenta las relaciones AMP/ATP y ADP/ATP celulares, lo que lleva a la activación de AMPK (7). Esta quinasa se considera un sensor central del estado de energía intracelular y mantiene las reservas de energía regulando las vías anabólicas y catabólicas, asegurando así un equilibrio entre la oferta y la demanda de energía (8). En el músculo esquelético, se ha demostrado que la activación farmacológica aguda de AMPK promueve el transporte de glucosa y la oxidación de ácidos grasos (9) al tiempo que suprime la actividad de la glucógeno sintasa y la síntesis de proteínas (10, 11). Además, la activación crónica de AMPK reduce los marcadores de fragilidad del músculo esquelético (12) y mejora la capacidad oxidativa de la fibra muscular al estimular la biogénesis mitocondrial (13–15). Estos eventos son iniciados por la fosforilación posterior de AMPK de enzimas metabólicas clave, así como por factores de transcripción que modulan el metabolismo celular para manejar los desafíos metabólicos actuales y futuros. Varias revisiones excelentes han examinado el papel de la AMPK en la regulación de la función y el metabolismo del músculo esquelético (16–49). Por lo tanto, esta revisión aborda conceptos novedosos y perspectivas futuras de AMPK en el músculo esquelético que deben validarse y probarse experimentalmente. ESTRUCTURA Y EXPRESIÓN de AMPK La AMPK es un complejo proteico heterotrimérico que consiste en una subunidad catalítica (α) y 2 subunidades reguladoras (β y γ), de las cuales se han encontrado varias isoformas (α1, α2, β1, β2, γ1, γ2 y γ3) (50) (Fig. 1). La subunidad a contiene el dominio quinasa, cuya actividad depende en gran medida de la fosforilación reversible de a-Thr172 (51–53). La subunidad β actúa como un andamio para unir las subunidades α y γ (54) y contiene un dominio de unión a glucógeno (GBD) que probablemente dirige el complejo heterotrimérico a las partículas de glucógeno (55, 56). La subunidad γ funciona como un sensor del estado de energía intracelular a través de su unión directa de nucleótidos de adenosina (57). Además de estas funciones bien establecidas, las 3 subunidades contienen diferentes dominios o modificaciones postraduccionales que pueden localizar AMPK en distintos compartimentos subcelulares. En la subunidad a, se ha encontrado una secuencia de exportación nuclear (58), y se ha sugerido la miristoilación de la subunidad β para facilitar la translocación de AMPK a motas perinucleares y membranas mitocondriales (59–61). Las isoformas de la subunidad γ difieren en sus extensiones N-terminales, que también parecen determinar la localización de AMPK (62–64). Por lo tanto, en las fibras musculares esqueléticas, la isoforma γ1 se localiza en el disco z, mientras que la isoforma g3 se encuentra en el núcleo y a lo largo del disco z y la banda I en un patrón que se asemeja mucho a las estructuras del túbulo T/retículo sarcoplásmico (64). El papel funcional de AMPK en diferentes ubicaciones subcelulares no ha recibido mucha atención, pero hallazgos recientes indican que puede representar otra forma de regular la actividad de AMPK. Por ejemplo, el activador inespecífico de AMPK PT-1 parece activar solo los complejos γ1 en el músculo esquelético de ratón, mientras que no muestra selectividad de isoformas en las células HEK293 que expresan de forma estable cada una de las isoformas 3 γ (65). Debido a que PT-1 activa la AMPK al inhibir la cadena respiratoria mitocondrial (65), esto puede significar un papel importante de los complejos asociados a γ1 en el monitoreo de la síntesis de ATP, y el complejo que contiene γ3 altamente sensible a la contracción puede servir como el principal sensor del consumo de ATP en el músculo esquelético. Por otro lado, la concentración de PT-1 utilizada anteriormente para estimular el músculo esquelético aislado (65) puede haber sido insuficiente para activar los complejos que contienen γ3. La evidencia reciente de estudios basados en células también indica que la composición de la subunidad AMPK influye en la sensibilidad a AMP, lo que probablemente contribuye a las funciones especializadas de los subtipos heterotriméricos de AMPK (57, 66-68). Las 7 isoformas diferentes de la subunidad AMPK dan lugar a 12 combinaciones heterotriméricas que parecen expresarse de una manera específica del tejido. Por lo tanto, en las preparaciones de músculo esquelético de humanos y ratones, se han detectado todas las isoformas de subunidades, pero solo parece existir un subconjunto de posibles complejos heterotriméricos (69, 70). En el músculo esquelético humano (vastus lateralis), se han descrito 3 complejos diferentes (α2β2γ1, α2β2γ3 y α1β2γ1) (69), mientras que se han identificado 5 complejos en el músculo esquelético de ratón (α2β2γ1, α2β2γ3, α2β1γ1, α1β2γ1 y α1β1γ1) (70) (Tabla 1). Además, algunas subunidades de AMPK se expresan de una manera dependiente del tipo de fibra (71), lo que puede explicar la distribución relativa de complejos entre diferentes músculos (70). Actualmente, no se sabe por qué el músculo esquelético de ratón parece expresar dos complejos adicionales (asociados a β1) en comparación con el músculo esquelético humano. Con base en los hallazgos en ratones AMPKα y AMPKβ doble knockout (KO) específicos del músculo (ratones AMPKα mdKO y AMPK β1β2M-KO, respectivamente) (72–74), la mayoría de los complejos asociados a β1 detectados en una muestra cruda de músculo esquelético parecen derivar de tejido no muscular (por ejemplo, tejido conectivo, células neuronales, adipocitos, células endoteliales, etc.). Esto está en línea con la noción de que el complejo α1β1γ1 es el complejo de AMPK expresado más ubicuamente (68, 75). Curiosamente, la subunidad β1 también se detecta en preparaciones de muestras de músculo esquelético humano, pero, a la luz de los hallazgos de coinmunoprecipitaciones de AMPKα2, -α1, -γ1 y -γ3, no parece participar en la formación de complejos estables ni contribuir a ninguna actividad de AMPK medible (69, 76). Aunque generalmente se piensa que las 3 subunidades de AMPK deben estar presentes para formar un complejo estable, se ha demostrado en modelos celulares que se pueden formar complejos β1γ1 estables en ausencia de subunidades catalíticas (77). Si la formación de complejos de heterodímeros βγ también ocurre en el músculo esquelético maduro puede derivarse de lo observado en dos modelos de ratón AMPK de doble KO específicos de músculo. Por lo tanto, en el modelo AMPKβ1β2M-KO parece evidente que la expresión de la proteína β2 está restringida a los miocitos (74). Curiosamente, se han detectado cantidades significativas de proteína β2 en una preparación de muestra de músculo esquelético del modelo de ratón AMPKα mdKO (73), lo que puede sugerir la formación de complejos βγ estables en el músculo esquelético maduro, suponiendo que las subunidades individuales no unidas de AMPK están dirigidas a la degradación. Esto también se puede inferir del modelo de ratón AMPKβ1β2M-KO, que no expresa la proteína α2 en el músculo esquelético (74), lo que indica que la subunidad β es vital para mantener la expresión de la proteína muscular AMPKα. En conjunto, estas observaciones pueden sugerir que el heterodímero AMPK (βγ) existe en el tejido muscular esquelético y plantea la posibilidad de un mecanismo regulador que facilite la asociación de subunidades catalíticas con complejos reguladores. Alternativamente, y de forma algo especulativa, otras proteínas pueden unirse al complejo de heterodímero regulador para regular su actividad o localización celular. En este contexto, se han detectado 12 proteínas quinasas relacionadas con AMPKα1 y AMPKα2 en el kinoma humano (78). Estas se conocen como quinasas relacionadas con AMPK y, con una sola excepción, son activadas por la quinasa hepática quinasa B1 (LKB1) aguas arriba (79). Aunque el transportador de proteína fluorescente verde asociado con las versiones etiquetadas con procesamiento de antígenos de estas cinasas no parece unirse a las subunidades AMPK β y γ (80), la cinasa relacionada con AMPK no fermentadora de sacarosa (SNARK/NUAK2) se activa en el músculo esquelético por 5-amino-1-β-d-ribofuranosil-imidazol-4-carboxamida (AICAR), contracción y ejercicio (81, 82), lo que indica que la actividad de SNARK está regulada de manera similar a AMPK. ¿Es posible que las subunidades AMPK βγ formen complejos heterotriméricos con SNARK, facilitando su regulación por los nucleótidos de adenina? Si es así, se podría anticipar que el músculo esquelético deficiente en AMPKβ exhibe un fenotipo diferente al del músculo esquelético deficiente en AMPKα. De hecho, en el músculo esquelético se han observado varias diferencias fenotípicas entre los ratones AMPKα mdKO y AMPKβ1β2M-KO, incluidos la masa muscular, los niveles de ATP, la estructura y el ADN mitocondrial, la actividad de la citrato sintasa y los niveles de ARNm del coactivador γ del receptor activado por el proliferador de peroxisomas 1α (PGC-1α) (72, 74). A la luz de estos hechos, recientemente se ha informado que SNARK puede estar involucrado en el mantenimiento de la masa muscular con la edad (83). Suponiendo que la posible unión de SNARK a las subunidades AMPKβγ induce un aumento en la actividad de SNARK y/o protege a SNARK de la degradación y que la asociación entre SNARK y AMPKβγ aumenta en el músculo privado de AMPKα, esto podría explicar el aumento en la masa muscular observada en el músculo esquelético privado de subunidades AMPKα (72). Tabla 1. Distribución relativa y actividad basal de los complejos heterotriméricos de AMPK detectados en el músculo esquelético humano y de ratón Complejo de trímeros de Mus musculus Homo sapiens vastus lateralis Extensor digitorum longus Soleus Expresión relativa basal Actividad relativa basal Expresión relativa α2β2γ1 ~65% ~ 30% ~ 70% ~ 50% ~ 60% ~ 35% α2β2γ3 ~20% <5% ~20% ~20% <2% <2% α1β2γg1 ~15% ~ 65% <5% ~ 25% ~ 20% ~50% α2β1γ1 N.D. N.D. <3% < 5% ~10% < 15% α1β1γ1 N.D. < 2% <8% La composición de los complejos heterotriméricos de AMPK se estimó a partir de experimentos de inmunoprecipitación en extensor digitorum longus y soleus de ratones C57BL/6, así como en vastos humanos. Valores adaptados de las referencias 70, 76 y 487. N.D., no detectable. Figura 1Abrir en el visor de figuras Estructura de las subunidades de AMPK de mamíferos. AMPK es una proteína heterotrimérica que consiste en 1 subunidad catalítica (subunidad α) y 2 subunidades reguladoras (subunidad β y γ). La subunidad a contiene un dominio cinasa (KD), cuya actividad se basa en la fosforilación de Thr172 por las cinasas AMPK corriente arriba. La KD es seguida por un dominio autoinhibitorio (AID) y un gancho α (αH), que parecen ser importantes para la actividad catalítica regulada por AMP. En el extremo α-C, se ha detectado un dominio de interacción β (β-ID) que se une al dominio C-terminal de la subunidad β. Se ha sugerido que la fosforilación de Ser485/491 en el β-ID durante la estimulación con insulina regula la actividad de la quinasa. La subunidad β se somete a miristoilación en el extremo N, lo que mejora la fosforilación de α-Thr172 por AMP/ADP y facilita la translocación de AMPK a compartimentos intracelulares específicos. En el centro, la subunidad β contiene una GBD que hace que la AMPK se una a las partículas de glucógeno. Dentro de la GBD, se han encontrado 2 sitios de fosforilación (Ser108 y Thr148) que parecen regular la capacidad de unión a las partículas de glucógeno, así como la actividad de la cinasa. Un dominio de interacción α y γ (α-ID, γ-ID) se encuentra en el extremo β-C que actúa como un andamio que mantiene unido el complejo heterotrimérico. La subunidad γ contiene 4 dominios de cistationina-β-sintasa (CBS). Estos ocurren en pares en tándem, también conocidos como dominios Bateman, y están involucrados en la unión de nucleótidos de adenosina. Un β-ID se encuentra cerca del extremo γ-N. Un asterisco indica que las isoformas 3 γ contienen diferentes extensiones N-terminales. REGULACIÓN Y ACTIVACIÓN DE LA AMPK EN EL MÚSCULO ESQUELÉTICO Durante la contracción del músculo esquelético, la carga de energía de adenilato en el músculo disminuye dependiendo de la duración e intensidad del ejercicio (84, 85). Como resultado, las proporciones intracelulares de AMP/ATP y ADP/ATP aumentan, lo que conduce a la activación de AMPK (7). La activación de AMPK se produce en dos etapas: unión alostérica estimuladora de AMP dentro de la subunidad γ y activación covalente a través de fosforilación reversible en Thr172 en la subunidad a catalítica (Fig. 2). La actividad de AMPK es estimulada por AMP y ADP e inhibida por la unión de ATP a los dos dominios Bateman reguladores de la subunidad γ. Esta unión competitiva significa que los aumentos en las relaciones AMP/ATP y ADP/ATP celulares estimulan la AMPK alostéricamente (86–90). La estimulación alostérica tiene un efecto moderado sobre la actividad de AMPK (<10 veces) (91). Más importante aún, la unión de AMP y/o ADP a la subunidad γ induce cambios conformacionales que promueven la fosforilación de α-Thr172 (67, 90) y permiten la protección contra la desfosforilación por las proteínas fosfatasas PP1, PP2A y PP2C (41, 92-95). El efecto combinado de la activación alostérica y la fosforilación en α-Thr172 induce un aumento de >1000 veces en la actividad de AMPK (91). En el músculo esquelético, LKB1 es la quinasa primaria aguas arriba responsable de la fosforilación de los complejos de AMPK que contienen α2 en respuesta a la contracción y los activadores farmacológicos de AMPK (96–99). En menor medida, la proteína quinasa quinasa β dependiente de Ca2+/calmodulina (CaMKKβ) probablemente fosforila y activa los complejos AMPKα1 durante el ejercicio/contracción de baja intensidad a largo plazo (100, 101) (Fig. 3). LKB1 parece constitutivamente activo (102, 103), mientras que CaMKKβ activa AMPK tras un aumento en las concentraciones intracelulares de Ca2+, incluso en ausencia de desequilibrio en el contenido de nucleótidos de adenina (104, 105). Además, se ha demostrado que el glucógeno influye en la actividad de AMPK a través de su interacción con la subunidad β. La subunidad β contiene una GBD que hace que los complejos de AMPK se asocien con partículas de glucógeno en sistemas libres de células y células cultivadas, y esta asociación inhibe la actividad de AMPK (56, 106). Esta inhibición por el glucógeno parece afectar principalmente a los complejos de AMPK que contienen α2 (107). Además, los estudios in vivo informan una relación inversa entre el contenido de glucógeno muscular y la activación de AMPK en roedores (108, 109) y humanos (107), aunque esta inhibición por el glucógeno in vivo no se encuentra de manera consistente (110). Curiosamente, la subunidad β se autofosforila en Ser108 y Thr148, lo que parece regular la actividad de AMPK y su capacidad de unión al glucógeno, respectivamente (59, 111). Además, los hallazgos sugieren que la insulina reduce la actividad de AMPK en el músculo esquelético de rata probablemente a través de la fosforilación mediada por Akt de Ser485/491 en la subunidad α1/α2 (112). Figura 2Abrir en el visor de figuras Regulación de AMPK en el músculo esquelético durante la actividad contráctil. El ejercicio induce un desequilibrio energético en el músculo, lo que conduce a un aumento de las concentraciones intracelulares de AMP y ADP. La unión de ADP y AMP en los dominios de Bateman de la subunidad γ causa un cambio conformacional que activa AMPK hasta 10 veces a través de un mecanismo alostérico. Este cambio conformacional también desencadena la fosforilación de Thr172 de la subunidad catalítica a por el LKB1 aguas arriba y protege contra la desfosforilación por las proteínas fosfatasas, aumentando la actividad 100 veces. Juntos, el efecto alostérico y la fosforilación de α-Thr172 conducen a una activación >1000 veces mayor. La AMPK también se activa por un aumento en la concentración intracelular de Ca2+ a través de la fosforilación de α-Thr172 catalizada por CaMKKβ. Después del ejercicio y la reposición de energía, la AMPK se convierte de nuevo en una forma inactiva por desfosforilación catalizada por las proteínas fosfatasas (PP1A, PP2A y PP2C) y sufre inhibición por el glucógeno a través de la unión a la GBD de la subunidad β. La activación de AMPK en el músculo esquelético de roedores durante el ejercicio fue descrita inicialmente por Winder y Hardie (113), y los primeros informes de activación de AMPK durante el ejercicio en el músculo esquelético humano se publicaron algunos años después (114–116). Se han realizado varios estudios para determinar el perfil de activación de los diferentes complejos de AMPK durante las sesiones de ejercicio en función de la intensidad y la duración. Por lo general, la activación de AMPK se observa solo a intensidades de ejercicio de un mínimo de 60% Vo2peak (107, 116-119). Sin embargo, el ejercicio de baja intensidad al 30-40% de Vo2peak pero realizado hasta el agotamiento también activa la AMPK en el músculo esquelético (119). Además, la activación de AMPK parece depender de la duración del ejercicio (115, 118, 119), aunque no todos los estudios lo informan (120). Durante el ejercicio de alta intensidad y duración moderada, los complejos de AMPK que contienen α2 se activan predominantemente (115–118), mientras que se ha encontrado que la actividad de los complejos de AMPKα1 aumenta, permanece sin cambios o disminuye de una manera dependiente de la intensidad y la duración (76, 101, 110, 117). Específicamente, en el músculo vasto lateral humano durante una sesión de ejercicio corta (hasta 20 min) e intensa, la activación de AMPK se restringe a complejos que contienen γ3 (α2β2γ3), mientras que la actividad de los otros complejos (α2β2γ1 y α1 β2γ1) aparece sin cambios o incluso disminuida (76). Cuando el ejercicio se prolonga, se activan los heterotrímeros α2β2γ1 (101). Durante el ejercicio a intensidades más bajas y de mayor duración, se ha observado un aumento moderado de la actividad de α2β2γ1 y un aumento débil de la actividad de α1β2γ1 (101). Por lo tanto, en el músculo esquelético, los diferentes complejos de heterotrímeros de AMPK se regulan de manera distinta durante la contracción dependiendo de la intensidad y duración del ejercicio, lo que puede causar diferentes respuestas funcionales. Es necesario investigar más a fondo cómo se logra esta activación diferencial de los complejos de AMPK específicos durante el ejercicio. Una hipótesis podría ser que puede reflejar en parte las diferencias

Files

fj.201700442R.pdf

Files (15.8 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:545bd1bd1a39c2a35829af2bde90de32
15.8 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
AMPK في وظيفة العضلات الهيكلية والتمثيل الغذائي
Translated title (French)
AMPK dans la fonction musculaire squelettique et le métabolisme
Translated title (Spanish)
AMPK en la función y el metabolismo del músculo esquelético

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2771593201
DOI
10.1096/fj.201700442r

Is supplement to
https://openalex.org/W4205655581 (Other)
https://openalex.org/W3129516122 (Other)
https://openalex.org/W2771593201 (Other)
https://openalex.org/W2497240950 (Other)
https://openalex.org/W2108241812 (Other)
https://openalex.org/W2092745947 (Other)
https://openalex.org/W2072345334 (Other)
https://openalex.org/W2045966750 (Other)
https://openalex.org/W2031315554 (Other)
https://openalex.org/W1993415897 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Morocco

References

  • https://openalex.org/W105155487
  • https://openalex.org/W137375516
  • https://openalex.org/W146060167
  • https://openalex.org/W1486663246
  • https://openalex.org/W1500198443
  • https://openalex.org/W1504436115
  • https://openalex.org/W1506981847
  • https://openalex.org/W1523693806
  • https://openalex.org/W1528807955
  • https://openalex.org/W1556889952
  • https://openalex.org/W1559520987
  • https://openalex.org/W1560517084
  • https://openalex.org/W1563360765
  • https://openalex.org/W1580646470
  • https://openalex.org/W1583686565
  • https://openalex.org/W1587286792
  • https://openalex.org/W1590405048
  • https://openalex.org/W1596136472
  • https://openalex.org/W1615913434
  • https://openalex.org/W1622535892
  • https://openalex.org/W1624560602
  • https://openalex.org/W1717789883
  • https://openalex.org/W1757356499
  • https://openalex.org/W1759959194
  • https://openalex.org/W1794129251
  • https://openalex.org/W1807262103
  • https://openalex.org/W1820085648
  • https://openalex.org/W1820501748
  • https://openalex.org/W1827156247
  • https://openalex.org/W1839260472
  • https://openalex.org/W1851431531
  • https://openalex.org/W1872744326
  • https://openalex.org/W1875936957
  • https://openalex.org/W1876043561
  • https://openalex.org/W1893400247
  • https://openalex.org/W1900565974
  • https://openalex.org/W1919418724
  • https://openalex.org/W1935072652
  • https://openalex.org/W1940563701
  • https://openalex.org/W1948000840
  • https://openalex.org/W1963540950
  • https://openalex.org/W1963568376
  • https://openalex.org/W1963617352
  • https://openalex.org/W1963637896
  • https://openalex.org/W1963965557
  • https://openalex.org/W1964619735
  • https://openalex.org/W1965927487
  • https://openalex.org/W1966213244
  • https://openalex.org/W1966706887
  • https://openalex.org/W1967596453
  • https://openalex.org/W1967642818
  • https://openalex.org/W1968345329
  • https://openalex.org/W1968555427
  • https://openalex.org/W1968890500
  • https://openalex.org/W1969107078
  • https://openalex.org/W1969630360
  • https://openalex.org/W1969826464
  • https://openalex.org/W1970060454
  • https://openalex.org/W1970560605
  • https://openalex.org/W1970637701
  • https://openalex.org/W1971619693
  • https://openalex.org/W1971995012
  • https://openalex.org/W1972542282
  • https://openalex.org/W1973609430
  • https://openalex.org/W1973622869
  • https://openalex.org/W1974096478
  • https://openalex.org/W1974182237
  • https://openalex.org/W1974550672
  • https://openalex.org/W1974560134
  • https://openalex.org/W1974870493
  • https://openalex.org/W1975031413
  • https://openalex.org/W1975883334
  • https://openalex.org/W1976792745
  • https://openalex.org/W1977644294
  • https://openalex.org/W1978763812
  • https://openalex.org/W1981206208
  • https://openalex.org/W1981275437
  • https://openalex.org/W1982450147
  • https://openalex.org/W1982521131
  • https://openalex.org/W1983437136
  • https://openalex.org/W1983609229
  • https://openalex.org/W1984835015
  • https://openalex.org/W1985381832
  • https://openalex.org/W1985829345
  • https://openalex.org/W1986632600
  • https://openalex.org/W1986700047
  • https://openalex.org/W1988152221
  • https://openalex.org/W1988464904
  • https://openalex.org/W1989658063
  • https://openalex.org/W1990525150
  • https://openalex.org/W1992496199
  • https://openalex.org/W1993987541
  • https://openalex.org/W1994041994
  • https://openalex.org/W1995030297
  • https://openalex.org/W1995069275
  • https://openalex.org/W1995353658
  • https://openalex.org/W1995381409
  • https://openalex.org/W1995397384
  • https://openalex.org/W1996725747
  • https://openalex.org/W1996735611
  • https://openalex.org/W1996845220
  • https://openalex.org/W1996934314
  • https://openalex.org/W1997086634
  • https://openalex.org/W1997312454
  • https://openalex.org/W1998060705
  • https://openalex.org/W2000198788
  • https://openalex.org/W2000863114
  • https://openalex.org/W2001548627
  • https://openalex.org/W2001568034
  • https://openalex.org/W2002090266
  • https://openalex.org/W2002393930
  • https://openalex.org/W2003108613
  • https://openalex.org/W2003991696
  • https://openalex.org/W2004325124
  • https://openalex.org/W2004814508
  • https://openalex.org/W2004849589
  • https://openalex.org/W2005375864
  • https://openalex.org/W2005476526
  • https://openalex.org/W2005539179
  • https://openalex.org/W2006332285
  • https://openalex.org/W2010763118
  • https://openalex.org/W2011001343
  • https://openalex.org/W2011334284
  • https://openalex.org/W2012230565
  • https://openalex.org/W2012830485
  • https://openalex.org/W2013563454
  • https://openalex.org/W2015022497
  • https://openalex.org/W2015694395
  • https://openalex.org/W2016310489
  • https://openalex.org/W2016752484
  • https://openalex.org/W2017268286
  • https://openalex.org/W2017931973
  • https://openalex.org/W2018138013
  • https://openalex.org/W2018290536
  • https://openalex.org/W2019563312
  • https://openalex.org/W2019637172
  • https://openalex.org/W2019982745
  • https://openalex.org/W2020005080
  • https://openalex.org/W2021458745
  • https://openalex.org/W2021806378
  • https://openalex.org/W2022267544
  • https://openalex.org/W2025192214
  • https://openalex.org/W2025567662
  • https://openalex.org/W2026582738
  • https://openalex.org/W2026617356
  • https://openalex.org/W2026960378
  • https://openalex.org/W2027815803
  • https://openalex.org/W2027886100
  • https://openalex.org/W2028051051
  • https://openalex.org/W2028548249
  • https://openalex.org/W2029054948
  • https://openalex.org/W2029218872
  • https://openalex.org/W2029557372
  • https://openalex.org/W2030205108
  • https://openalex.org/W2030636484
  • https://openalex.org/W2030817984
  • https://openalex.org/W2031565825
  • https://openalex.org/W2032048326
  • https://openalex.org/W2032328453
  • https://openalex.org/W2032535383
  • https://openalex.org/W2032896907
  • https://openalex.org/W2033228345
  • https://openalex.org/W2033497590
  • https://openalex.org/W2033797333
  • https://openalex.org/W2034465871
  • https://openalex.org/W2034679839
  • https://openalex.org/W2035975703
  • https://openalex.org/W2036145275
  • https://openalex.org/W2036199274
  • https://openalex.org/W2036656546
  • https://openalex.org/W2036787961
  • https://openalex.org/W2037550202
  • https://openalex.org/W2038069027
  • https://openalex.org/W2038894877
  • https://openalex.org/W2040605398
  • https://openalex.org/W2041946214
  • https://openalex.org/W2042194402
  • https://openalex.org/W2042698420
  • https://openalex.org/W2042980543
  • https://openalex.org/W2042985193
  • https://openalex.org/W2044172090
  • https://openalex.org/W2044275161
  • https://openalex.org/W2046304613
  • https://openalex.org/W2046728784
  • https://openalex.org/W2048071554
  • https://openalex.org/W2048290007
  • https://openalex.org/W2048936161
  • https://openalex.org/W2049225751
  • https://openalex.org/W2050273651
  • https://openalex.org/W2050427373
  • https://openalex.org/W2050689899
  • https://openalex.org/W2051810182
  • https://openalex.org/W2053431552
  • https://openalex.org/W2053614711
  • https://openalex.org/W2054963293
  • https://openalex.org/W2055579594
  • https://openalex.org/W2056194893
  • https://openalex.org/W2057218469
  • https://openalex.org/W2057374750
  • https://openalex.org/W2058768220
  • https://openalex.org/W2058860541
  • https://openalex.org/W2060618287
  • https://openalex.org/W2060921177
  • https://openalex.org/W2061075485
  • https://openalex.org/W2061315761
  • https://openalex.org/W2063342301
  • https://openalex.org/W2063486797
  • https://openalex.org/W2063936188
  • https://openalex.org/W2065026248
  • https://openalex.org/W2067546983
  • https://openalex.org/W2067696771
  • https://openalex.org/W2067979493
  • https://openalex.org/W2068121097
  • https://openalex.org/W2068152515
  • https://openalex.org/W2069207582
  • https://openalex.org/W2069721298
  • https://openalex.org/W2070910260
  • https://openalex.org/W2071452602
  • https://openalex.org/W2071975518
  • https://openalex.org/W2072345334
  • https://openalex.org/W2073361547
  • https://openalex.org/W2073369953
  • https://openalex.org/W2073966685
  • https://openalex.org/W2074894911
  • https://openalex.org/W2076075378
  • https://openalex.org/W2076401412
  • https://openalex.org/W2077230920
  • https://openalex.org/W2077645437
  • https://openalex.org/W2078281362
  • https://openalex.org/W2078575160
  • https://openalex.org/W2080107084
  • https://openalex.org/W2080238836
  • https://openalex.org/W2080251395
  • https://openalex.org/W2080481362
  • https://openalex.org/W2080687097
  • https://openalex.org/W2081920342
  • https://openalex.org/W2082669413
  • https://openalex.org/W2083119172
  • https://openalex.org/W2083655799
  • https://openalex.org/W2083849298
  • https://openalex.org/W2084321300
  • https://openalex.org/W2084917808
  • https://openalex.org/W2085558309
  • https://openalex.org/W2085567056
  • https://openalex.org/W2086204033
  • https://openalex.org/W2086252748
  • https://openalex.org/W2086528604
  • https://openalex.org/W2088218946
  • https://openalex.org/W2088355841
  • https://openalex.org/W2088855154
  • https://openalex.org/W2090389306
  • https://openalex.org/W2090634888
  • https://openalex.org/W2091475986
  • https://openalex.org/W2091616357
  • https://openalex.org/W2092713868
  • https://openalex.org/W2092950801
  • https://openalex.org/W2093190999
  • https://openalex.org/W2093422840
  • https://openalex.org/W2095196762
  • https://openalex.org/W2095286229
  • https://openalex.org/W2095454212
  • https://openalex.org/W2095917282
  • https://openalex.org/W2096372899
  • https://openalex.org/W2097094637
  • https://openalex.org/W2097363242
  • https://openalex.org/W2097795619
  • https://openalex.org/W2097869486
  • https://openalex.org/W2098809392
  • https://openalex.org/W2100688137
  • https://openalex.org/W2101474138
  • https://openalex.org/W2101620731
  • https://openalex.org/W2102341833
  • https://openalex.org/W2103057291
  • https://openalex.org/W2103404817
  • https://openalex.org/W2103659405
  • https://openalex.org/W2104083311
  • https://openalex.org/W2104701019
  • https://openalex.org/W2104962207
  • https://openalex.org/W2105508989
  • https://openalex.org/W2105880387
  • https://openalex.org/W2105945237
  • https://openalex.org/W2106643427
  • https://openalex.org/W2106889940
  • https://openalex.org/W2106898598
  • https://openalex.org/W2107000870
  • https://openalex.org/W2107520997
  • https://openalex.org/W2107674876
  • https://openalex.org/W2108360575
  • https://openalex.org/W2108536847
  • https://openalex.org/W2108688427
  • https://openalex.org/W2108723188
  • https://openalex.org/W2109340122
  • https://openalex.org/W2109384991
  • https://openalex.org/W2109401262
  • https://openalex.org/W2109520137
  • https://openalex.org/W2110406696
  • https://openalex.org/W2110458731
  • https://openalex.org/W2110463517
  • https://openalex.org/W2110549950
  • https://openalex.org/W2110579286
  • https://openalex.org/W2110751316
  • https://openalex.org/W2111678633
  • https://openalex.org/W2111999353
  • https://openalex.org/W2112346323
  • https://openalex.org/W2112396418
  • https://openalex.org/W2112615621
  • https://openalex.org/W2113053818
  • https://openalex.org/W2113432343
  • https://openalex.org/W2113513414
  • https://openalex.org/W2114063620
  • https://openalex.org/W2114339108
  • https://openalex.org/W2114349736
  • https://openalex.org/W2114452637
  • https://openalex.org/W2114825009
  • https://openalex.org/W2115742671
  • https://openalex.org/W2116077830
  • https://openalex.org/W2116629896
  • https://openalex.org/W2117351967
  • https://openalex.org/W2117396891
  • https://openalex.org/W2117457995
  • https://openalex.org/W2117479369
  • https://openalex.org/W2117680364
  • https://openalex.org/W2117830992
  • https://openalex.org/W2118121521
  • https://openalex.org/W2118139721
  • https://openalex.org/W2119285223
  • https://openalex.org/W2119711962
  • https://openalex.org/W2120747625
  • https://openalex.org/W2121901253
  • https://openalex.org/W2122876449
  • https://openalex.org/W2123016403
  • https://openalex.org/W2123352794
  • https://openalex.org/W2123429601
  • https://openalex.org/W2124195153
  • https://openalex.org/W2124434598
  • https://openalex.org/W2124536446
  • https://openalex.org/W2125366681
  • https://openalex.org/W2125732396
  • https://openalex.org/W2125779593
  • https://openalex.org/W2125908568
  • https://openalex.org/W2127295385
  • https://openalex.org/W2128677681
  • https://openalex.org/W2128762651
  • https://openalex.org/W2129072484
  • https://openalex.org/W2129224427
  • https://openalex.org/W2129245678
  • https://openalex.org/W2129787631
  • https://openalex.org/W2130248772
  • https://openalex.org/W2130364334
  • https://openalex.org/W2130478732
  • https://openalex.org/W2130495917
  • https://openalex.org/W2132438126
  • https://openalex.org/W2132495676
  • https://openalex.org/W2132683439
  • https://openalex.org/W2133470077
  • https://openalex.org/W2134304387
  • https://openalex.org/W2134581695
  • https://openalex.org/W2134802533
  • https://openalex.org/W2135116761
  • https://openalex.org/W2135704900
  • https://openalex.org/W2135792340
  • https://openalex.org/W2136000647
  • https://openalex.org/W2136563400
  • https://openalex.org/W2136943950
  • https://openalex.org/W2137131777
  • https://openalex.org/W2137457133
  • https://openalex.org/W2137574569
  • https://openalex.org/W2137861829
  • https://openalex.org/W2138319716
  • https://openalex.org/W2138700089
  • https://openalex.org/W2140053393
  • https://openalex.org/W2140197737
  • https://openalex.org/W2140398930
  • https://openalex.org/W2140442640
  • https://openalex.org/W2140558936
  • https://openalex.org/W2140586775
  • https://openalex.org/W2140808124
  • https://openalex.org/W2141077548
  • https://openalex.org/W2141885300
  • https://openalex.org/W2142362768
  • https://openalex.org/W2142716760
  • https://openalex.org/W2143343312
  • https://openalex.org/W2143465418
  • https://openalex.org/W2143533366
  • https://openalex.org/W2143566265
  • https://openalex.org/W2143884507
  • https://openalex.org/W2145108000
  • https://openalex.org/W2145417168
  • https://openalex.org/W2145939295
  • https://openalex.org/W2146283921
  • https://openalex.org/W2147033069
  • https://openalex.org/W2147553969
  • https://openalex.org/W2148321229
  • https://openalex.org/W2148771501
  • https://openalex.org/W2149069857
  • https://openalex.org/W2149091819
  • https://openalex.org/W2149336616
  • https://openalex.org/W2150377102
  • https://openalex.org/W2150715002
  • https://openalex.org/W2151408693
  • https://openalex.org/W2153074450
  • https://openalex.org/W2153091256
  • https://openalex.org/W2153123820
  • https://openalex.org/W2153872767
  • https://openalex.org/W2154058662
  • https://openalex.org/W2154405414
  • https://openalex.org/W2154500154
  • https://openalex.org/W2155465717
  • https://openalex.org/W2155867875
  • https://openalex.org/W2156090275
  • https://openalex.org/W2156144699
  • https://openalex.org/W2156516623
  • https://openalex.org/W2156518233
  • https://openalex.org/W2156666536
  • https://openalex.org/W2157638939
  • https://openalex.org/W2157804459
  • https://openalex.org/W2159630063
  • https://openalex.org/W2159664830
  • https://openalex.org/W2159950713
  • https://openalex.org/W2160310197
  • https://openalex.org/W2160448209
  • https://openalex.org/W2160700740
  • https://openalex.org/W2161093611
  • https://openalex.org/W2161912843
  • https://openalex.org/W2162122924
  • https://openalex.org/W2162287059
  • https://openalex.org/W2162357955
  • https://openalex.org/W2162361464
  • https://openalex.org/W2162424825
  • https://openalex.org/W2162834706
  • https://openalex.org/W2163239863
  • https://openalex.org/W2163829407
  • https://openalex.org/W2164029978
  • https://openalex.org/W2164176447
  • https://openalex.org/W2164713351
  • https://openalex.org/W2165008579
  • https://openalex.org/W2165068125
  • https://openalex.org/W2165667722
  • https://openalex.org/W2165796742
  • https://openalex.org/W2165985172
  • https://openalex.org/W2166714586
  • https://openalex.org/W2167033587
  • https://openalex.org/W2167698452
  • https://openalex.org/W2167703406
  • https://openalex.org/W2167990179
  • https://openalex.org/W2168687677
  • https://openalex.org/W2168947306
  • https://openalex.org/W2169187688
  • https://openalex.org/W2169469988
  • https://openalex.org/W2170255149
  • https://openalex.org/W2170880090
  • https://openalex.org/W2171619592
  • https://openalex.org/W2171748049
  • https://openalex.org/W2172299004
  • https://openalex.org/W2175474731
  • https://openalex.org/W2176414067
  • https://openalex.org/W2177834950
  • https://openalex.org/W2179041531
  • https://openalex.org/W2180033063
  • https://openalex.org/W2180234751
  • https://openalex.org/W2181090774
  • https://openalex.org/W2184995059
  • https://openalex.org/W2187866924
  • https://openalex.org/W2214992867
  • https://openalex.org/W2243864136
  • https://openalex.org/W2251145129
  • https://openalex.org/W2254445197
  • https://openalex.org/W2260183943
  • https://openalex.org/W2269336718
  • https://openalex.org/W2280171383
  • https://openalex.org/W2283514250
  • https://openalex.org/W2283880530
  • https://openalex.org/W2284504147
  • https://openalex.org/W2287867435
  • https://openalex.org/W2300960572
  • https://openalex.org/W2316411459
  • https://openalex.org/W2317380166
  • https://openalex.org/W2328712117
  • https://openalex.org/W2330345465
  • https://openalex.org/W2344807858
  • https://openalex.org/W2434156456
  • https://openalex.org/W2517461269
  • https://openalex.org/W2518700063
  • https://openalex.org/W2540741681
  • https://openalex.org/W2548437666
  • https://openalex.org/W2549946117
  • https://openalex.org/W2560777271
  • https://openalex.org/W258002656
  • https://openalex.org/W2610781292
  • https://openalex.org/W2616847927
  • https://openalex.org/W2619816631
  • https://openalex.org/W2735200095
  • https://openalex.org/W2754409876
  • https://openalex.org/W352932046
  • https://openalex.org/W4235264311
  • https://openalex.org/W4237590128
  • https://openalex.org/W4240372082
  • https://openalex.org/W990115821