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Time course in calpain activity and autolysis in slow and fast skeletal muscle during clenbuterol treatment

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Calpains are Ca2+ cysteine proteases that have been proposed to be involved in the cytoskeletal remodeling and wasting of skeletal muscle. Cumulative evidence also suggests that β2-agonists can lead to skeletal muscle hypertrophy through a mechanism probably related to calcium-dependent proteolytic enzyme. The aim of our study was to monitor calpain activity as a function of clenbuterol treatment in both slow and fast phenotype rat muscles. For this purpose, for 21 days we followed the time course of the calpain activity and of the ubiquitous calpain 1 and 2 autolysis, as well as muscle remodeling in the extensor digitorum longus (EDL) and soleus muscles of male Wistar rats treated daily with clenbuterol (4 mg·kg-1). A slow to fast fiber shift was observed in both the EDL and soleus muscles after 9 days of treatment, while hypertrophy was observed only in EDL after 9 days of treatment. Soleus muscle but not EDL muscle underwent an early apoptonecrosis phase characterized by hematoxylin and eosin staining. Total calpain activity was increased in both the EDL and soleus muscles of rats treated with clenbuterol. Moreover, calpain 1 autolysis increased significantly after 14 days in the EDL, but not in the soleus. Calpain 2 autolysis increased significantly in both muscles 6 hours after the first clenbuterol injection, indicating that clenbuterol-induced calpain 2 autolysis occurred earlier than calpain 1 autolysis. Together, these data suggest a preferential involvement of calpain 2 autolysis compared with calpain 1 autolysis in the mechanisms underlying the clenbuterol-induced skeletal muscle remodeling.

Les calpaïnes sont des protéases à cystéine dépendantes du Ca2+ qui pourraient être impliquées dans le remodelage du cytosquelette et l’atrophie du muscle squelettique. Des études ont aussi suggéré que les agonistes β2 pourraient provoquer l’hypertrophie du muscle squelettique par un mécanisme qui semble lié à une enzyme protéolytique dépendante du calcium. La présente étude a eu pour but d’examiner l’activité des calpaïnes dans les muscles de phénotype lent et rapide lors d’un traitement au clenbutérol chez le rat. Nous avons suivi, pendant 21 jours, l’évolution de l’activité des calpaïnes et de l’autolyse des calpaïnes ubiquistes 1 et 2, ainsi que le remodelage dans le muscle extenseur commun des orteils (ECO) et le muscle soléaire chez des rats Wistar mâles traités quotidiennement au clenbutérol (4 mg·kg-1). Après 9 jours de traitement, nous avons observé une conversion des fibres lentes vers les rapides dans les 2 types de muscles, et noté une hypertrophie dans l’ECO uniquement. Le muscle soléaire a montré une phase précoce d’apoptonécrose, mise en évidence par une coloration à l’hématoxyline-éosine. L’activité calpaïne totale a augmenté dans les muscles ECO et soléaire des rats traités au clenbutérol. De plus, l’autolyse de la calpaïne 1 a augmenté significativement dans l’ECO après 14 jours, ce qui n’a pas été le cas dans le soléaire. L’autolyse de la calpaïne 2 a augmenté de manière significative dans les 2 muscles 6 h après la première injection de clenbutérol, ce qui indique que l’autolyse de la calpaïne 2 induite par le clenbutérol se produit avant celle de la calpaïne 1. Ces résultats laissent croire à une implication préférentielle de l’autolyse de la calpaïne 2 par rapport à celle de la calpaïne 1 dans les mécanismes sous-jacents au remodelage du muscle squelettique induit par le clenbutérol.
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Document Type: Research Article

Publication date: February 1, 2011

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