ミトコンドリア移植：老化と運動不耐性のモデルにおける自然筋肉生物エネルギー障害の救助

Arroum、T、Hish、GA、Burghardt、KJ、Ghamloush、M、Bazzi、B、Mrech、A、Morse、PT、Britton、SL、Koch、LG、McCully、JD、Hüttemann、M、Malek、Mh。ミトコンドリア移植：老化と運動不耐性のモデルにおける自然筋肉生物エネルギー障害の救助。J Strength Cond Res 38（7）：1189-1199、2024-Mitochondriaは、酸化的リン酸化を通じて、エネルギー生産に不可欠です。疾患、遺伝的障害、または脱調整は、筋肉のミトコンドリアに害を及ぼし、エネルギー生産に影響を与える可能性があります。持久力トレーニングはミトコンドリア機能を高めますが、モビリティを想定しています。移動性が限られている人は、病気や老化のためにミトコンドリア機能障害に対する効果的な治療法を欠いています。ミトコンドリア移植は、生存可能な呼吸能力のあるミトコンドリアで損傷した天然のミトコンドリアに取って代わります。ここでは、低容量ランニング（LCR）のために選択的に飼育されたげっ歯類モデルを使用しました。これは、後肢の筋肉に生来のミトコンドリア機能障害を示します。したがって、この研究の目的は、ミトコンドリア移植の結果を評価するために遺伝性骨格筋ミトコンドリア機能障害を示す明確な種類のラット（すなわち、LCR）を使用することでした。ミトコンドリアの移植は、プラセボ注射と比較した場合、ラットの後肢の筋肉のミトコンドリア機能障害を効果的に緩和すると仮定しました。さらに、ミトコンドリア移植を受けたラットは、インクリメンタルトレッドミルテストを通じて評価されるように、機能能力の改善を経験すると仮定しました。12歳のLCR雄ラット（18ヶ月）を2つのグループ（プラセボまたはミトコンドリア移植）に無作為化しました。同じ年齢と性別の1つのLCRラットをドナーとして使用して、後肢の筋肉からミトコンドリアを分離しました。隔離されたミトコンドリアは、サブセットLCR（n = 6; LCR-M）ラットの後肢筋（大腿四頭筋、脛骨前部（TA）、および胃cnemius複合体）の両方に注入されました。残りのLCR（n = 5; LCR-P）サブセットは、分離されたミトコンドリアのない車両のみを含むプラセボ注射を受けました。ミトコンドリア移植の4週間後、げっ歯類が安楽死し、後肢の筋肉が収穫されました。結果は、解糖（足底およびTA）および混合（大腿四頭筋）筋肉のミトコンドリアマーカーの有意な（p <0.05）増加を示したが、酸化筋（ソレウス）ではないことを示した。さらに、プラセボとミトコンドリア移植グループの間で重要なミトコンドリア調節因子（転写因子Aミトコンドリア）のグローバルおよび部位固有のレベルで、著しい（p <0.05）エピジェネティックな変化（すなわち、低化学）を発見しました。私たちの知る限り、これは先天性骨格筋機能障害を伴う老化のげっ歯類モデルにおけるミトコンドリア移植の有効性を調べる最初の研究です。

Arroum, T, Hish, GA, Burghardt, KJ, Ghamloush, M, Bazzi, B, Mrech, A, Morse, PT, Britton, SL, Koch, LG, McCully, JD, Hüttemann, M, and Malek, MH. Mitochondria transplantation: Rescuing innate muscle bioenergetic impairment in a model of aging and exercise intolerance. J Strength Cond Res 38(7): 1189-1199, 2024-Mitochondria, through oxidative phosphorylation, are crucial for energy production. Disease, genetic impairment, or deconditioning can harm muscle mitochondria, affecting energy production. Endurance training enhances mitochondrial function but assumes mobility. Individuals with limited mobility lack effective treatments for mitochondrial dysfunction because of disease or aging. Mitochondrial transplantation replaces native mitochondria that have been damaged with viable, respiration-competent mitochondria. Here, we used a rodent model selectively bred for low-capacity running (LCR), which exhibits innate mitochondrial dysfunction in the hind limb muscles. Hence, the purpose of this study was to use a distinct breed of rats (i.e., LCR) that display hereditary skeletal muscle mitochondrial dysfunction to evaluate the consequences of mitochondrial transplantation. We hypothesized that the transplantation of mitochondria would effectively alleviate mitochondrial dysfunction in the hind limb muscles of rats when compared with placebo injections. In addition, we hypothesized that rats receiving the mitochondrial transplantation would experience an improvement in their functional capacity, as evaluated through incremental treadmill testing. Twelve aged LCR male rats (18 months old) were randomized into 2 groups (placebo or mitochondrial transplantation). One LCR rat of the same age and sex was used as the donor to isolate mitochondria from the hindlimb muscles. Isolated mitochondria were injected into both hindlimb muscles (quadriceps femoris, tibialis anterior (TA), and gastrocnemius complex) of a subset LCR (n = 6; LCR-M) rats. The remaining LCR (n = 5; LCR-P) subset received a placebo injection containing only the vehicle without the isolated mitochondria. Four weeks after mitochondrial transplantation, rodents were euthanized and hindlimb muscles harvested. The results indicated a significant (p < 0.05) increase in mitochondrial markers for glycolytic (plantaris and TA) and mixed (quadricep femoris) muscles, but not oxidative muscle (soleus). Moreover, we found significant (p < 0.05) epigenetic changes (i.e., hypomethylation) at the global and site-specific levels for a key mitochondrial regulator (transcription factor A mitochondrial) between the placebo and mitochondrial transplantation groups. To our knowledge, this is the first study to examine the efficacy of mitochondrial transplantation in a rodent model of aging with congenital skeletal muscle dysfunction.