Effect of Exercise on MyomiRNA Expression in Old Mice Gastrocnemius Muscle

Abstract

Aging involves complex physiological changes, impacting strength, muscle mass, physical activity, balance, and musculoskeletal function, ultimately affecting quality of life. Skeletal muscle, a significant organ, contributes to metabolic homeostasis, and its aging is linked to metabolic disorders like diabetes and obesity. MicroRNAs (miRNAs) found in muscle tissues particularly myomiRNAs, regulate muscle growth and metabolism at the post transcriptional level. Some myomiRNAs are identified as potential contributors to muscle aging. Exercise interventions, crucial for preventing age related muscle wasting, influence myomiRNAs control and play a vital role in skeletal muscle adaptation. Exercise induced myomiRNAs help mitigate oxidative stress, enhance mitochondrial quality, boost protein metabolism, and modulate signaling pathways in muscle regeneration during aging. However, the specific impact of exercise on muscle enriched miRNAs, especially myomiRNAs, remains unclear. After 6 weeks exercise intervention, this study extracted and evaluated myomiRNAs from Gastrocnemius Muscle of 96-week-old mice to compare the effects of exercise. In this study, the OA (old aerobic exercise) group showed a significant increase in miR-1a-3p, and the OAR (old aerobic and resistance exercise) group showed a significant increase in miR-486-5p. Following this we performed a western blot to evaluate whether exercise is effective for muscle synthethis and breakdown. The results revealed no significant differences among groups in p70S6K, a protein indicating muscle synthesis. In contrast, Atrogin-1, a protein indicating muscle atrophy, showed a significant increase in the OA group but a significant decrease in the OAR group. This study suggests that exercise can induce changes in miRNAs in the Gastrocnemius muscle, contributing to aging and age-related pathways, and there is potential for delaying or improving such conditions. Keyword: miRNA, myomiRNA, exercise, aging, muscle atrophy, bioinformatics Student Number: 2022-23309

노화는 근력, 근육량, 신체 활동, 균형감각, 근골격계 기능에 영향을 미치는 복잡한 생리적 변화를 수반하며, 궁극적으로 삶의 질에 영향을 미친다. 중요한 장기인 골격근은 신진대사 항상성에 기여하며, 노화는 당뇨병과 비만과 같은 대사 장애와 관련이 있다. 특히 근육 조직에서 발견되는 microRNA(miRNA)인 myomiRNA은 전사 후 수준에서 근육의 성장과 신진대사를 조절한다. 일부 myomiRNA은 근육 노화의 잠재적 원인으로 밝 혀졌다. 노화와 관련된 근육 소모를 예방하는 데 중요한 운동 개입은 근섬유 조절에 영향을 미치고 골격근 적응에 중요한 역할을 한다. 운동으로 유도된 근섬유는 산화 스트레스를 완화하고, 미토콘드리아의 질을 개선하며, 단백질 대사를 촉진하고, 노화 중 근육 재생의 신호 경로를 조절하는 데 도움이 된다. 그러나 운동이 myomiRNA에 미치는 구체적인 영향은 아직 명확하지 않다. 이 연구는 6주간의 운동 중재 후, 96주령 생쥐의 비복근에서 myomiRNA을 추출하고 평가하여 운동의 효과를 비교했다. 이 연구에서 OA(유산소 운동) 그룹은 miR-1a-3p가 유의미하게 증가했고, OAR(유산소 및 저항성 운동) 그룹도 miR-486-5p가 유의미하게 증가했다. 그 후 운동이 근육 합성과 분해에 효과적인지 평가하기 위해 웨스턴 블롯을 실시했다. 그 결과 근육 합성을 나타내는 단백질인 p70S6K는 그룹 간에 큰 차이가 없었다. 반면 근육 위축을 나타내는 단백질인 Atrogin-1은 OA 그룹에서 유의미한 증가를 보였으나 OAR 그룹에서는 유의미한 감소를 보였다. 본 연구는 운동이 비복근의 myomiRNA 변화를 유도하여 노화 및 노화 관련 경로에 기여할 수 있으며, 이러한 상태를 지연시키거나 개선할 수 있는 잠재력이 있음을 시사한다.