電気パルスにおけるNRF2の細胞保護の役割刺激C2C12筋肉

定期的な運動は、健康的なライフスタイルの中心です。しかし、運動関連の筋肉収縮は、骨格筋における反応性酸素種と反応性窒素種（ROS/RNS）産生を誘導する可能性があります。核因子-E2関連因子-2（NRF2）転写因子は、酸化ストレスのための細胞センサーです。核NRF2シグナル伝達の調節は、抗酸化反応を調節し、臓器の構造と機能を保護します。ただし、骨格筋における運動または収縮誘発ROS/RNS生産におけるNRF2の役割は明らかではありません。この研究では、筋肉収縮の分化したC2C12細胞と電気パルス刺激（EPS）を使用して、NRF2が筋肉収縮誘発ROS/RNに対する骨格筋反応に役割を果たすかどうかを調査しました。EPS（40 V、1 Hz、2 ms）がROS/RNSの蓄積とNRF2の活性化を刺激することがわかりました。また、NQO1、HO-1、およびGCLMの発現は、EPS誘発性筋肉収縮後に増加し、NRF2ノックダウンで細胞で著しく抑制されることを示しました。また、抗酸化剤N-アセチルシステイン（NAC）は、EPS後にNRF2活性化を有意に減衰させたのに対し、一酸化窒素シンテターゼ阻害剤nω-ニトロ-L-アルギニンメチルエステル（L-NAME）は著しく減衰したことがわかりました。さらに、EPSがROS/RNSレドックスの電位と細胞生存率を著しく減少させた後のNRF2ノックダウン、およびC2C12筋管におけるアポトーシスマーカーアネキシンVの発現の増加。これらの結果は、NRF2の活性化とNRF2の発現が、EPS誘発性筋肉収縮によって引き起こされるROSの増加に対して筋肉を保護したことを示しています。したがって、我々の発見は、NRF2が筋肉収縮中の筋肉機能の保存の重要な要因である可能性があることを示唆しています。

Regular physical exercise is central to a healthy lifestyle. However, exercise-related muscle contraction can induce reactive oxygen species and reactive nitrogen species (ROS/RNS) production in skeletal muscle. The nuclear factor-E2-related factor-2 (Nrf2) transcription factor is a cellular sensor for oxidative stress. Regulation of nuclear Nrf2 signaling regulates antioxidant responses and protects organ structure and function. However, the role of Nrf2 in exercise- or contraction-induced ROS/RNS production in skeletal muscle is not clear. In this study, using differentiated C2C12 cells and electrical pulse stimulation (EPS) of muscle contraction, we explored whether Nrf2 plays a role in the skeletal muscle response to muscle contraction-induced ROS/RNS. We found that EPS (40 V, 1 Hz, 2 ms) stimulated ROS/RNS accumulation and Nrf2 activation. We also showed that expression of NQO1, HO-1 and GCLM increased after EPS-induced muscle contraction and was remarkably suppressed in cells with Nrf2 knockdown. We also found that the antioxidant N-acetylcysteine (NAC) significantly attenuated Nrf2 activation after EPS, whereas the nitric oxide synthetase inhibitor Nω-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) did not. Furthermore, Nrf2 knockdown after EPS markedly decreased ROS/RNS redox potential and cell viability and increased expression of the apoptosis marker Annexin V in C2C12 myotubes. These results indicate that Nrf2 activation and expression of Nrf2 regulated-genes protected muscle against the increased ROS caused by EPS-induced muscle contraction. Thus, our findings suggest that Nrf2 may be a key factor for preservation of muscle function during muscle contraction.