The role of Calcium/calmodulin-dependent kinase and Calcineurin pathways in activity-dependent gene regulation in skeletal muscle

L’attivita’ dei motoneuroni ha un ruolo fondamentale nella crescita e nel differenziamento del muscolo scheletrico. Il cosiddetto processo di accoppiamento eccitazione-trascrizione, attraverso l’aumento del livello di calcio (Ca2+) nel sarcolemma, causa specifici mbiamenti attivita’-dipendenti nella trascrizione genica. I meccanismi molecolari che convertono la depolarizzazione della membrana plasmatica in specifiche variazioni nella trascrizione genica-attività dipendente, non sono ancora del tutto chiari. Nel muscolo scheletrico, sono note due principali vie Ca2+/calmodulina-dipendenti che accoppiano i segnali del Ca2+ a cambiamenti dell’espressione genica: esse sono le vie calcineurina (Cn)-NFAT e chinasi Ca2+/calmodulina-dipendenti (CaMK). In questo lavoro abbiamo incentrato la nostra attenzione sulla via Cn-NFAT e su CaMKII, la principale isoforma di CaMK nel muscolo scheletrico. Abbiamo studiato gli effetti dell’inibizione di queste vie sull’espressione di alcuni geni Ca2+-dipendenti implicati nel metabolismo muscolare, come il trasportatore del glucosio 4 (GLUT4), il fattore di trascrizione mitocondriale A (TFAM) e la citrato sintasi (CS), e nella contrazione muscolare e specifici per le fibre slow o rapide 2B, come il gene della catena pesante della miosina-lenta e -2B (MyHC-slow e -2B). A tale scopo, abbiamo utilizzato un approccio loss-of-function, co-trasfettando vettori, codificanti inibitori endogeni delle vie Cn e CaMKII, insieme a sensori luciferasi (LUC), mediante elettroporazione in vivo. Abbiamo analizzato gli effetti di tali inibitori sull’espressione di geni attività-dipendenti. I nostri risultati indicano che l’attività di CaMKII controlla non solo il metabolismo muscolare, regolando l’espressione di GLUT4, TFAM e CS, ma inaspettatamente abbiamo dimostrato che ha un effetto anche sull’espressione di proteine contrattili quali MyHC-slow e -2B. E’ stato largamente dimostrato che la via di segnale Cn-NFAT ha un ruolo fondamentale nella regolazione del programma lento della fibra muscolare. I nostri dati suggeriscono che Cn controlla anche l’espressione di geni metabolici, come per esempio GLUT4 e CS. Stiamo cercando di chiarire se le vie CaMKII e Cn possono controllare sinergicamente l’espressione di geni bersaglio condivisi. Nel caso in cui si verifichi tale sinergia, cercheremo di caratterizzare il meccanismo molecolare alla base di tale sinergia.