正常酸素における低酸素誘導性因子-1αによる骨格筋ミトコンドリア機能とタンパク質恒常性の調節に対する性の異なる影響

低酸素誘導性因子（HIF）-1αは、正常酸素では継続的に合成され、分解されます。低酸素症の間、HIF1α安定化は細胞/ミトコンドリア酸素の利用を制限します。細胞ストレッサーは、正常酸素症の間でもHIF1αを安定させることができます。ただし、基底状態の正常酸素中のHIF1α機能と性特異的効果についてはあまり知られていません。骨格筋は哺乳類で最大のタンパク質貯蔵であり、タンパク質の恒常性は高エネルギー需要が高いため、骨格筋の正常酸素症のベースラインでのHIF1α機能を決定しました。ターゲットを絞ったマルチオミクスデータ分析の後に、出産後の筋肉特異的HIF1A欠失（HIF1AMSD）なし//を使用して、マウスから機能の喪失/骨格筋を伴う分化したマウス筋管の実験的検証が続きました。基質、uncoupler、阻害剤、滴定プロトコルを使用したミトコンドリア酸素消費研究。ガスクロマトグラフィマス分析による標的代謝産物の定量化。生化学的アッセイを使用したミトーチ後の老化マーカーを実施しました。マルチオミクス分析では、HIF1A削除細胞/組織のミトコンドリアおよび細胞周期調節経路の濃縮が示されました。実験的には、ミトコンドリア酸化機能とATP含有量は、HIF1A欠失を伴うミトコンドリアのフリーラジカル生成が少なく、より高くなりました。HIF1Aの削除は、筋管のTCAサイクル中間体とHIF2αタンパク質の濃度も高くなりました。HIF1AMSDに対する全体的な反応は、雄マウスと雌マウスで類似していたが、複雑なII機能の変化、最大呼吸、SIRT3およびHIF1βタンパク質の発現と筋線維の直径は性依存性でした。低酸素に対する適応反応は、絶えず合成されたHIF1αの安定化によって媒介されます。急速な分解にもかかわらず、正常酸素中のHIF1αの存在は、骨格筋のミトコンドリア酸化効率の低下と顕著な老化の大きさに寄与します。骨格筋におけるHIF1αに対するin vivo反応は、性によって異なる影響を受けました。重要なポイント：重要な転写因子である低酸素誘導性因子-1α（HIF1α）は、連続合成とタンパク質分解を受け、ミトコンドリア酸素消費を減らすことにより低酸素に対する迅速な適応反応を可能にします。哺乳類では、骨格筋はタンパク質合成と分解のバランスによって決定され、ミトコンドリア酸化機能に敏感な最大のタンパク質貯蔵です。HIF1αノックアウトを伴う雄および雌マウスの筋管と骨格筋の筋管と骨格筋は、補完的な多omics、生化学および代謝産物アッセイを使用して研究されました。HIF1αノックアウトは、電子輸送鎖、ミトコンドリア酸化機能、タンパク質の恒常性のシグナル伝達分子、およびミトーシス後の老化マーカーを変化させました。HIF1αによって媒介される迅速な適応反応のコストは、正常酸素症中のミトコンドリア酸化効率と有糸分裂後の老化が低いことです。

Hypoxia-inducible factor (HIF)-1α is continuously synthesized and degraded in normoxia. During hypoxia, HIF1α stabilization restricts cellular/mitochondrial oxygen utilization. Cellular stressors can stabilize HIF1α even during normoxia. However, less is known about HIF1α function(s) and sex-specific effects during normoxia in the basal state. Since skeletal muscle is the largest protein store in mammals and protein homeostasis has high energy demands, we determined HIF1α function at baseline during normoxia in skeletal muscle. Untargeted multiomics data analyses were followed by experimental validation in differentiated murine myotubes with loss/gain of function and skeletal muscle from mice without/with post-natal muscle-specific Hif1a deletion (Hif1amsd). Mitochondrial oxygen consumption studies using substrate, uncoupler, inhibitor, titration protocols; targeted metabolite quantification by gas chromatography-mass spectrometry; and post-mitotic senescence markers using biochemical assays were performed. Multiomics analyses showed enrichment in mitochondrial and cell cycle regulatory pathways in Hif1a deleted cells/tissue. Experimentally, mitochondrial oxidative functions and ATP content were higher with less mitochondrial free radical generation with Hif1a deletion. Deletion of Hif1a also resulted in higher concentrations of TCA cycle intermediates and HIF2α proteins in myotubes. Overall responses to Hif1amsd were similar in male and female mice, but changes in complex II function, maximum respiration, Sirt3 and HIF1β protein expression and muscle fibre diameter were sex-dependent. Adaptive responses to hypoxia are mediated by stabilization of constantly synthesized HIF1α. Despite rapid degradation, the presence of HIF1α during normoxia contributes to lower mitochondrial oxidative efficiency and greater post-mitotic senescence in skeletal muscle. In vivo responses to HIF1α in skeletal muscle were differentially impacted by sex. KEY POINTS: Hypoxia-inducible factor -1α (HIF1α), a critical transcription factor, undergoes continuous synthesis and proteolysis, enabling rapid adaptive responses to hypoxia by reducing mitochondrial oxygen consumption. In mammals, skeletal muscle is the largest protein store which is determined by a balance between protein synthesis and breakdown and is sensitive to mitochondrial oxidative function. To investigate the functional consequences of transient HIF1α expression during normoxia in the basal state, myotubes and skeletal muscle from male and female mice with HIF1α knockout were studied using complementary multiomics, biochemical and metabolite assays. HIF1α knockout altered the electron transport chain, mitochondrial oxidative function, signalling molecules for protein homeostasis, and post-mitotic senescence markers, some of which were differentially impacted by sex. The cost of rapid adaptive responses mediated by HIF1α is lower mitochondrial oxidative efficiency and post-mitotic senescence during normoxia.