収縮は、カルシウム依存性経路を介した骨格筋におけるPer2遺伝子発現に影響を与えます

キーポイント：一日のさまざまな時期に運動することで、運動のパフォーマンスと代謝の健康にさまざまな影響が誘発されます。ただし、観測された時刻の特定の効果を駆動する特定のシグナルは、完全に特定されていません。運動は骨格筋の概日時計に影響を与えますが、筋肉収縮と細胞外シグナルの相対的な寄与は不明です。ここでは、収縮により、概日時計遺伝子期間のコアの発現が急激に増加することを示しています。筋肉細胞のコア概サークロック遺伝子期間概日調節因子2（PER2）と相シフトごとに相シフトします。コアクロック遺伝子に対するこの収縮効果は、カルシウム依存のメカニズムを介して媒介されます。本研究で得られた結果は、骨格筋クロックを同調する運動の能力の一部が筋肉収縮によって直接駆動されることを示唆しています。収縮介入は、代謝と筋肉のパフォーマンスに対する運動の時刻の特定の効果を模倣するために使用される場合があります。 要約：運動は、中央および末梢の概日時計を同行しますが、運動が骨格筋時計遺伝子の発現を調節するメカニズムは不明です。本研究の目的は、骨格筋の収縮だけが概日リズムに直接影響し、収縮が時計遺伝子発現を調節する根本的なメカニズムを明らかにするかどうかを判断することを目的としています。急性運動後のヒト骨格筋におけるコアクロック遺伝子の発現を調査し、マウスソレウス筋肉および培養C2C12骨格筋筋管のin vitro収縮を追跡しました。さらに、骨格筋収縮が時計遺伝子の発現に影響を与える可能性のある分子経路を尋問しました。収縮は、in vitroのC2C12筋管のコアサーカディアンクロック遺伝子期間概日調節因子2（PER2）と位相シフトPer2リズミシティの発現を急激に増加させました。さらなる調査により、イオノマイシン治療によるサイトゾルカルシウム濃度の薬理学的に増加すると、per2発現に対する収縮の効果が模倣されたことが明らかになりました。同様に、カルシウムチャネルブロッカーであるニフェジピンによる治療は、Per2発現に対する電気パルス刺激誘導収縮の効果をブロックしました。収縮からのカルシウムの流入の増加は、cAMP応答元素結合タンパク質（CREB）のリン酸化型のPer2プロモーターへの結合につながり、収縮誘発性Per2転写におけるCREBの役割を示唆しています。したがって、運動の全体の効果から筋肉収縮の効果を解離することにより、我々の調査は、骨格筋クロックを同調する運動の能力の割合が収縮によって直接駆動されることを示しています。

KEY POINTS: Exercising at different times of day elicits different effects on exercise performance and metabolic health. However, the specific signals driving the observed time-of-day specific effects of exercise have not been fully identified. Exercise influences the skeletal muscle circadian clock, although the relative contribution of muscle contraction and extracellular signals is unknown. Here, we show that contraction acutely increases the expression of the core circadian clock gene Period Circadian Regulator 2 (Per2) and phase-shifts Per2 rhythmicity in muscle cells. This contraction effect on core clock genes is mediated through a calcium-dependant mechanism; The results obtained in the present study suggest that a proportion of the ability of exercise to entrain the skeletal muscle clock is driven directly by muscle contraction. Contraction interventions may be used to mimic some time-of-day specific effects of exercise on metabolism and muscle performance. ABSTRACT: Exercise entrains the central and peripheral circadian clocks, although the mechanism by which exercise modulates expression of skeletal muscle clock genes is unclear. The present study aimed to determine whether skeletal muscle contraction alone could directly influence circadian rhythmicity and uncover the underlying mechanism by which contraction modulates clock gene expression. We investigated the expression of core clock genes in human skeletal muscle after acute exercise, as well as following in vitro contraction in mouse soleus muscle and cultured C2C12 skeletal muscle myotubes. Additionally, we interrogated the molecular pathways by which skeletal muscle contraction could influence clock gene expression. Contraction acutely increased the expression of the core circadian clock gene Period Circadian Regulator 2 (Per2) and phase-shifted Per2 rhythmicity in C2C12 myotubes in vitro. Further investigation revealed that pharmacologically increasing cytosolic calcium concentrations by ionomycin treatment mimicked the effect of contraction on Per2 expression. Similarly, treatment with a calcium channel blocker, nifedipine, blocked the effect of electric pulse stimulation-induced contraction on Per2 expression. Increased calcium influx from contraction lead to binding of the phosphorylated form of cAMP response element-binding protein (CREB) to the Per2 promoter, suggesting a role of CREB in contraction-induced Per2 transcription. Thus, by dissociating the effect of muscle contraction alone from the whole effect of exercise, our investigations indicate that a proportion of the ability of exercise to entrain the skeletal muscle clock is driven directly by contraction.