Effet de la mémoire musculaire sur la réponse anabolique

[Nutrimuscle-Conseils]

Acute Signaling Responses To Resistance Exercise In Previously Trained And Untrained Skeletal Muscle
Edman, Sebastian; Medicine & Science in Sports & Exercise: July 2020 - Volume 52 - Issue 7S - p 829

It has been indicated that human skeletal muscle has a heightened sensitivity to exercise stimulus when it has been previously trained i.e. possess a “muscle memory”. While previous studies have been directed to the aspects of myonuclear content and epigenetic modifications, no previous study have explored the potential of a muscle memory concerning signaling responses related to acute resistance exercise.

PURPOSE: The aim here was to study whether basal and acute resistance exercise induced cell signaling is influenced by previous strength training history in human skeletal muscle.

METHODS: 19 training naïve women and men completed 10 weeks of hypertrophy inducing unilateral strength training followed by 20 weeks of detraining. Subsequently, an acute resistance exercise session involving leg press and knee extensions was performed alternated with both legs. Vastus lateralis biopsies taken at rest and 1 h post exercise in both the Control- and Memory-leg. Immunoblotting was used to assess total content and phosphorylation status of proteins in the mTORC1- and related pathways.

RESULTS: Following detraining leg muscle hypertrophy had been reversed, but the Memory-leg was on average 19% stronger than the Control-leg. There were no differences between legs with regard to total protein content of all the signaling proteins analyzed. The phosphorylation of AMPKThr172 and eEF2Thr56 was 16%, respectively 21%, higher in the Memory-leg compared to the Control-leg at both time points. The effect on AMPKThr172 was attributed to changes in the women only, whereas the effect on eEF2Thr56 was present in both sexes. Exercise induced an increased phosphorylation of mTORSer2448 (26-36%), S6K1Thr389 (6- to 7-fold) and S6Ser235/236 (13- to 18-fold), that did not differ between the Control- and Memory-leg. In contrast, post exercise phosphorylation of 4E-BP1Thr46 and 4E-BP1Ser65 was 18%, respectively 31%, higher in the Memory-leg compared to the Control-leg. For 4E-BP1Ser65 the effects were attributed to changes in the male subjects only.

CONCLUSION: In summary, we illustrate that both basal- and exercise induced cell signaling important for muscle adaptations to strength training can be altered by previous training history, and that some of the changes seem to be sex dependent.

[Nutrimuscle-Diététique]

Traduction de l'étude

Réponses de signalisation aiguës à un exercice de résistance dans un muscle squelettique préalablement entraîné et non entraîné
Edman, Sebastian; Médecine et science dans le sport et l'exercice: juillet 2020 - Volume 52 - Numéro 7S - p 829

Il a été indiqué que le muscle squelettique humain a une sensibilité accrue au stimulus de l'exercice lorsqu'il a été préalablement entraîné, c'est-à-dire qu'il possède une «mémoire musculaire». Alors que les études précédentes se sont concentrées sur les aspects du contenu myonucléaire et des modifications épigénétiques, aucune étude antérieure n'a exploré le potentiel d'une mémoire musculaire concernant les réponses de signalisation liées à l'exercice de résistance aiguë.

BUT: Le but ici était d'étudier si la signalisation cellulaire induite par des exercices de résistance basale et aiguë est influencée par les antécédents d'entraînement en force dans le muscle squelettique humain.

MÉTHODES: 19 femmes et hommes naïfs d'entraînement ont complété 10 semaines d'hypertrophie induisant un entraînement en force unilatéral suivi de 20 semaines de détraining. Par la suite, une séance d'exercices de résistance aiguë impliquant une presse pour les jambes et des extensions de genou a été réalisée en alternance avec les deux jambes. Biopsies de Vastus lateralis prises au repos et 1 h après l'exercice dans la jambe de contrôle et la jambe de mémoire. L'immunoempreinte a été utilisée pour évaluer le contenu total et le statut de phosphorylation des protéines dans les voies mTORC1 et associées.

RÉSULTATS: À la suite du décollement, l'hypertrophie musculaire de la jambe avait été inversée, mais la jambe mémoire était en moyenne 19% plus forte que la jambe témoin. Il n'y avait aucune différence entre les jambes en ce qui concerne la teneur totale en protéines de toutes les protéines de signalisation analysées. La phosphorylation de AMPKThr172 et eEF2Thr56 était de 16%, respectivement 21%, plus élevée dans la jambe mémoire par rapport à la jambe témoin aux deux moments. L'effet sur l'AMPKThr172 a été attribué à des changements chez les femmes uniquement, alors que l'effet sur eEF2Thr56 était présent chez les deux sexes. L'exercice a induit une augmentation de la phosphorylation de mTORSer2448 (26-36%), S6K1Thr389 (6 à 7 fois) et S6Ser235 / 236 (13 à 18 fois), qui ne différait pas entre la jambe de contrôle et de mémoire. En revanche, la phosphorylation post-exercice de 4E-BP1Thr46 et 4E-BP1Ser65 était de 18%, respectivement 31%, plus élevée dans la jambe de mémoire que dans la jambe de contrôle. Pour 4E-BP1Ser65, les effets ont été attribués à des changements chez les sujets masculins uniquement.

CONCLUSION: En résumé, nous illustrons que la signalisation cellulaire induite par la base et par l'exercice, importante pour les adaptations musculaires à l'entraînement en force, peut être modifiée par les antécédents d'entraînement, et que certains des changements semblent dépendre du sexe

[Nutrimuscle-Conseils]

A juvenile climbing exercise establishes a muscle memory boosting the effects of exercise in adult rats
Einar Eftestoel, BioRxiv 2021.06.02.446793

One of the ideas stemming from the discovery of a cellular memory in muscle cells has been that an early exercise period could induce a long-term muscle memory, boosting the effects of exercise later in life. In general muscles are more plastic in younger animals, so we devised a 5-week climbing exercise scheme with food reward administered to juvenile rats (post-natal week 4-9). The juvenile exercise increased fiber cross-sectional area (fCSA), and boosted nuclear accretion. Subsequently the animals were subjected to 10 weeks of detraining (week 9-19, standard caging). During this period fCSA became similar in the animals that had been climbing compared to Naive controls, but the elevated number of myonuclei induced by the climbing were maintained.

When the Naive rats were subjected to two weeks of adult exercise (week 19-21) there was little effect on fCSA, while the previously trained rats displayed an increase of 19%. Similarly, when the rats were subjected to unilateral surgical overload in lieu of the adult climbing exercise, the increase in fCSA was 20% (juvenile climbing group) and 11% (Naive rats) compared to the contralateral leg.

This demonstrated that juvenile exercise can establish a muscle memory. The juvenile climbing exercise with food reward led to leaner animals with lower body weight. These differences were to some extent maintained throughout the adult detraining period in spite of all animals being fed ad libitum, indicating a form of body weight memory.

[Nutrimuscle-Diététique]

Traduction de l'étude

Un exercice d'escalade juvénile établit une mémoire musculaire augmentant les effets de l'exercice chez les rats adultes
Einar Eftestoel, BioRxiv 2021.06.02.446793

L'une des idées découlant de la découverte d'une mémoire cellulaire dans les cellules musculaires a été qu'une période d'exercice précoce pourrait induire une mémoire musculaire à long terme, renforçant les effets de l'exercice plus tard dans la vie. En général, les muscles sont plus plastiques chez les jeunes animaux, nous avons donc conçu un programme d'exercices d'escalade de 5 semaines avec une récompense alimentaire administrée aux rats juvéniles (semaine post-natale 4-9). L'exercice pour jeunes a augmenté la section transversale des fibres (fCSA) et a stimulé l'accrétion nucléaire. Par la suite, les animaux ont été soumis à 10 semaines de désentraînement (semaine 9-19, mise en cage standard). Au cours de cette période, le fCSA est devenu similaire chez les animaux qui avaient grimpé par rapport aux témoins naïfs, mais le nombre élevé de myonoyaux induits par l'escalade a été maintenu.

Lorsque les rats naïfs ont été soumis à deux semaines d'exercice chez l'adulte (semaine 19-21), il y avait peu d'effet sur fCSA, tandis que les rats préalablement entraînés ont affiché une augmentation de 19%. De même, lorsque les rats ont été soumis à une surcharge chirurgicale unilatérale au lieu de l'exercice d'escalade adulte, l'augmentation de fCSA était de 20 % (groupe d'escalade juvénile) et de 11 % (rats naïfs) par rapport à la jambe controlatérale.

Cela a démontré que l'exercice juvénile peut établir une mémoire musculaire. L'exercice d'escalade juvénile avec récompense alimentaire a conduit à des animaux plus maigres avec un poids corporel inférieur. Ces différences se sont maintenues dans une certaine mesure tout au long de la période de désentraînement des adultes malgré le fait que tous les animaux aient été nourris à volonté, ce qui indique une forme de mémoire du poids corporel.

[Nutrimuscle-Conseils]

Myonuclear permanence in skeletal muscle memory: a systematic review and meta-analysis of human and animal studies
Masoud Rahmati Journal of Cachexia, Sarcopenia and Muscle 12 August 2022

One aspect of skeletal muscle memory is the ability of a previously trained muscle to hypertrophy more rapidly following a period of detraining. Although the molecular basis of muscle memory remains to be fully elucidated, one potential mechanism thought to mediate muscle memory is the permanent retention of myonuclei acquired during the initial phase of hypertrophic growth. However, myonuclear permanence is debated and would benefit from a meta-analysis to clarify the current state of the field for this important aspect of skeletal muscle plasticity. The objective of this study was to perform a meta-analysis to assess the permanence of myonuclei associated with changes in physical activity and ageing. When available, the abundance of satellite cells (SCs) was also considered given their potential influence on changes in myonuclear abundance. One hundred forty-seven peer-reviewed articles were identified for inclusion across five separate meta-analyses; (1–2) human and rodent studies assessed muscle response to hypertrophy; (3–4) human and rodent studies assessed muscle response to atrophy; and (5) human studies assessed muscle response with ageing.

Skeletal muscle hypertrophy was associated with higher myonuclear content that was retained in rodents, but not humans, with atrophy (SMD = −0.60, 95% CI −1.71 to 0.51, P = 0.29, and MD = 83.46, 95% CI −649.41 to 816.32, P = 0.82; respectively). Myonuclear and SC content were both lower following atrophy in humans (MD = −11, 95% CI −0.19 to −0.03, P = 0.005, and SMD = −0.49, 95% CI −0.77 to −0.22, P = 0.0005; respectively), although the response in rodents was affected by the type of muscle under consideration and the mode of atrophy. Whereas rodent myonuclei were found to be more permanent regardless of the mode of atrophy, atrophy of ≥30% was associated with a reduction in myonuclear content (SMD = −1.02, 95% CI −1.53 to −0.51, P = 0.0001).

In humans, sarcopenia was accompanied by a lower myonuclear and SC content (MD = 0.47, 95% CI 0.09 to 0.85, P = 0.02, and SMD = 0.78, 95% CI 0.37–1.19, P = 0.0002; respectively). The major finding from the present meta-analysis is that myonuclei are not permanent but are lost during periods of atrophy and with ageing.

These findings do not support the concept of skeletal muscle memory based on the permanence of myonuclei and suggest other mechanisms, such as epigenetics, may have a more important role in mediating this aspect of skeletal muscle plasticity.

[Nutrimuscle-Conseils]

Elevated muscle mass accompanied by transcriptional and nuclear alterations several months following cessation of resistance-type training in rats
Erik P. Rader Physiological Reports 18 October 2022

Rodent studies investigating long-term effects following termination of hypertrophy-inducing loading have predominantly involved exposures such as synergist ablation and weighted wheel running or ladder climbing. This research yielded a spectrum of results regarding the extent of detraining in terms of muscle mass and myonuclei number. The studies were also limited in their lack of sensitive performance measures and indirect relatedness to resistance training.

Our research group developed and validated a relevant rat model of resistance-type training that induces increased muscle mass and performance. The aim of the present study was to determine to what extent these features persist 3 months following the termination of this training. While performance returned to baseline, muscle mass remained elevated by 17% and a shift in distribution to larger muscle fibers persisted. A 16% greater total RNA and heightened mRNA levels of ribosomal protein S6 kinases implicated preserved transcriptional output and ribosomal content. Remodeling of muscle fiber nuclei was consistent with these findings – increased nuclear number and a distribution shift to a more circular nuclear shape.

These findings indicate that muscle mass detrains at a slower rate than performance and implicates multiple forms of myonuclear remodeling in muscle memory.

[Nutrimuscle-Conseils]

Skeletal muscle nuclei in mice are not post-mitotic
Agnieszka K Borowik BioRxiv 2022.10.24.513426

The skeletal muscle research field generally accepts that nuclei in skeletal muscle fibers (i.e., myonuclei) are post-mitotic and unable to proliferate. Because of previous data indicating DNA synthesis in skeletal muscle tissue, we hypothesized that skeletal muscle resident myonuclei can replicate in vivo.

To test this hypothesis, we used a mouse model that facilitated temporal labeling with GFP following by deuterium oxide (D2O) labeling during normal cage activity, overload, and with satellite cell ablation. During normal cage activity, we observed deuterium enrichment into myonuclear DNA in 7 out of 7 plantaris (PLA), 6 out of 6 tibialis anterior (TA), 5 out of 7 gastrocnemius (GAST), and 7 out of 7 quadriceps (QUAD). The average fraction synthesis rates (FSR) of replicating myonuclei were: 0.0202 plus-or-minus sign 0.0093 in PLA, 0.0239 plus-or-minus sign 0.0040 in TA, 0.0076 plus-or-minus sign 0. 0058 in GAST, and 0.0138 plus-or-minus sign 0.0039 in QUAD, while EDL appeared not to have replicative myonuclei.

These values were largely reproduced in our other conditions with increased rates in an overloaded plantaris muscle. We further showed that these replication events potentially resulted in polyploidy. With our new approach, we unambiguously demonstrated that mammalian myonuclei can replicate in vivo. The amounts of DNA synthesis differed by muscle and increased with mechanical overload. It also appears that there is endoreplication of resident myonuclei that results in polyploidy.

These findings contradict the dogma that skeletal muscle myocytes are post-mitotic and open potential avenues to harness the intrinsic replicative ability of the cell for muscle maintenance and growth.

[Nutrimuscle-Diététique]

Traduction de l'étude

Permanence myonucléaire dans la mémoire du muscle squelettique : revue systématique et méta-analyse d'études humaines et animales
Masoud Rahmati Journal of Cachexia, Sarcopenia and Muscle 12 août 2022

Un aspect de la mémoire du muscle squelettique est la capacité d'un muscle préalablement entraîné à s'hypertrophier plus rapidement après une période de désentraînement. Bien que la base moléculaire de la mémoire musculaire reste à élucider complètement, un mécanisme potentiel considéré comme médiateur de la mémoire musculaire est la rétention permanente des myonucléi acquis au cours de la phase initiale de la croissance hypertrophique. Cependant, la permanence myonucléaire est débattue et bénéficierait d'une méta-analyse pour clarifier l'état actuel du domaine pour cet aspect important de la plasticité du muscle squelettique. L'objectif de cette étude était d'effectuer une méta-analyse pour évaluer la permanence des myonucléi associés aux changements de l'activité physique et du vieillissement. Lorsqu'elles étaient disponibles, l'abondance des cellules satellites (SC) a également été prise en compte compte tenu de leur influence potentielle sur les changements dans l'abondance des myonucléaires. Cent quarante-sept articles évalués par des pairs ont été identifiés pour être inclus dans cinq méta-analyses distinctes ; (1–2) des études sur des humains et des rongeurs ont évalué la réponse musculaire à l'hypertrophie ; (3–4) des études sur des humains et des rongeurs ont évalué la réponse musculaire à l'atrophie ; et (5) des études humaines ont évalué la réponse musculaire avec le vieillissement.

L'hypertrophie des muscles squelettiques était associée à un contenu myonucléaire plus élevé qui était conservé chez les rongeurs, mais pas chez les humains, avec atrophie (DMS = -0,60, IC à 95 % -1,71 à 0,51, P = 0,29 et DM = 83,46, IC à 95 % -649,41 à 816,32, P = 0,82 ; respectivement). Les contenus myonucléaire et SC étaient tous deux plus faibles après l'atrophie chez l'homme (DM = -11, IC à 95 % -0,19 à -0,03, P = 0,005, et SMD = -0,49, IC à 95 % -0,77 à -0,22, P = 0,0005 ; respectivement ), bien que la réponse chez les rongeurs ait été affectée par le type de muscle considéré et le mode d'atrophie. Alors que les myonucléus de rongeurs se sont avérés plus permanents quel que soit le mode d'atrophie, une atrophie ≥ 30% était associée à une réduction du contenu myonucléaire (DMS = -1, 02, IC à 95% -1, 53 à -0, 51, P = 0, 0001).

Chez l'homme, la sarcopénie était accompagnée d'un contenu myonucléaire et SC plus faible (DM = 0,47, IC à 95 % 0,09 à 0,85, P = 0,02 et SMD = 0,78, IC à 95 % 0,37-1,19, P = 0,0002 ; respectivement). La principale conclusion de la présente méta-analyse est que les myonuclei ne sont pas permanents mais sont perdus pendant les périodes d'atrophie et avec le vieillissement.

Ces résultats ne soutiennent pas le concept de mémoire musculaire squelettique basé sur la permanence des myonucléi et suggèrent que d'autres mécanismes, tels que l'épigénétique, pourraient jouer un rôle plus important dans la médiation de cet aspect de la plasticité musculaire squelettique.

Masse musculaire élevée accompagnée d'altérations transcriptionnelles et nucléaires plusieurs mois après l'arrêt de l'entraînement de type résistance chez le rat
Rapports physiologiques d'Erik P. Rader 18 octobre 2022

Les études sur les rongeurs portant sur les effets à long terme après l'arrêt de la charge induisant l'hypertrophie ont principalement impliqué des expositions telles que l'ablation synergiste et la course à roue pondérée ou l'escalade d'une échelle. Cette recherche a donné un éventail de résultats concernant l'étendue du désentraînement en termes de masse musculaire et de nombre de myonucléi. Les études étaient également limitées dans leur manque de mesures de performance sensibles et leur lien indirect avec l'entraînement en résistance.

Notre groupe de recherche a développé et validé un modèle rat pertinent d'entraînement de type résistance qui induit une augmentation de la masse musculaire et des performances. Le but de la présente étude était de déterminer dans quelle mesure ces caractéristiques persistent 3 mois après la fin de cette formation. Alors que les performances sont revenues à la ligne de base, la masse musculaire est restée élevée de 17 % et un changement de distribution vers les fibres musculaires plus grosses a persisté. Un ARN total supérieur de 16 % et des niveaux accrus d'ARNm de protéines kinases S6 ribosomales ont impliqué une sortie transcriptionnelle préservée et un contenu ribosomique. Le remodelage des noyaux des fibres musculaires était cohérent avec ces résultats - augmentation du nombre de noyaux et changement de distribution vers une forme nucléaire plus circulaire.

Ces résultats indiquent que la masse musculaire diminue à un rythme plus lent que la performance et implique de multiples formes de remodelage myonucléaire dans la mémoire musculaire.

Les noyaux des muscles squelettiques chez la souris ne sont pas post-mitotiques
Agnieszka K Borowik BioRxiv 2022.10.24.513426

Le domaine de la recherche sur les muscles squelettiques accepte généralement que les noyaux des fibres musculaires squelettiques (c'est-à-dire les myonucléi) sont post-mitotiques et incapables de proliférer. En raison de données antérieures indiquant la synthèse d'ADN dans le tissu musculaire squelettique, nous avons émis l'hypothèse que les myonucléi résidents du muscle squelettique peuvent se répliquer in vivo.

Pour tester cette hypothèse, nous avons utilisé un modèle de souris qui facilitait l'étiquetage temporel avec GFP suivi d'un étiquetage à l'oxyde de deutérium (D2O) pendant l'activité normale de la cage, la surcharge et l'ablation des cellules satellites. Au cours de l'activité normale de la cage, nous avons observé l'enrichissement du deutérium en ADN myonucléaire dans 7 plantaris sur 7 (PLA), 6 sur 6 tibialis antérieur (TA), 5 sur of 7 gastrocnémiens (GAST) et 7 quadriceps sur 7 (QUAD). Les taux moyens de synthèse de fraction (FSR) des myonuclei en réplication étaient : 0,0202 signe plus ou moins 0,0093 dans PLA, 0,0239 signe plus ou moins 0,0040 dans TA, 0,0076 signe plus ou moins 0,0058 dans GAST et 0,0138 signe plus ou moins 0,0039 dans QUAD, tandis que l'EDL ne semblait pas avoir de myonuclei réplicatif.

Ces valeurs ont été largement reproduites dans nos autres conditions avec des taux accrus dans un muscle plantaire surchargé. Nous avons en outre montré que ces événements de réplication entraînaient potentiellement une polyploïdie. Avec notre nouvelle approche, nous avons démontré sans ambiguïté que les myonucléi de mammifères peuvent se répliquer in vivo. Les quantités de synthèse d'ADN différaient selon le muscle et augmentaient avec la surcharge mécanique. Il semble également qu'il existe une endoréplication des myonucléi résidents qui entraîne une polyploïdie.

Ces résultats contredisent le dogme selon lequel les myocytes du muscle squelettique sont des voies potentielles post-mitotiques et ouvertes pour exploiter la capacité réplicative intrinsèque de la cellule pour le maintien et la croissance musculaire.

[Nutrimuscle-Conseils]

Skeletal Muscle Memory
Adam P. Sharples Am J Physiol Cell 08 MAY 2023

Skeletal muscle memory is an exciting phenomenon gaining significant traction across several scientific communities, and amongst exercise practitioners and the public. Research has demonstrated that skeletal muscle tissue can be 'primed' by earlier positive encounters with exercise training that can enhance adaptation to later training, even following significant periods of exercise cessation or detraining.

This review will describe and discuss the most recent research investigating the underlying mechanisms of skeletal muscle memory:
1) 'cellular' muscle memory and,
2) 'epigenetic' muscle memory as well as the emerging evidence of how these theories may work in synergy.

We will discuss both 'positive' and 'negative' muscle memory and highlight the importance of investigating muscle memory for optimising exercise interventions and training programmes as well as the development of therapeutic strategies for counteracting muscle wasting conditions and age-related muscle loss. Finally, important directions emerging in the field will be highlighted to advance the next generation of studies in skeletal muscle memory research into the future.

[Nutrimuscle-Conseils]

[Nutrimuscle-Diététique]

Traduction de l'étude

Mémoire musculaire squelettique
Adam P. Sharples Am J Physiol Cell 08 MAI 2023

La mémoire musculaire squelettique est un phénomène passionnant qui gagne du terrain dans plusieurs communautés scientifiques, parmi les praticiens de l'exercice et le public. La recherche a démontré que le tissu musculaire squelettique peut être «amorcé» par des rencontres positives antérieures avec un entraînement physique qui peut améliorer l'adaptation à un entraînement ultérieur, même après des périodes importantes d'arrêt ou de désentraînement.

Cette revue décrira et discutera des recherches les plus récentes portant sur les mécanismes sous-jacents de la mémoire des muscles squelettiques :
1) la mémoire musculaire « cellulaire » et,
2) la mémoire musculaire « épigénétique » ainsi que les preuves émergentes de la manière dont ces théories peuvent fonctionner en synergie.

Nous discuterons de la mémoire musculaire «positive» et «négative» et soulignerons l'importance d'étudier la mémoire musculaire pour optimiser les interventions d'exercice et les programmes d'entraînement ainsi que le développement de stratégies thérapeutiques pour contrer les conditions de fonte musculaire et la perte musculaire liée à l'âge. Enfin, les directions importantes émergeant dans le domaine seront mises en évidence pour faire avancer la prochaine génération d'études dans la recherche sur la mémoire des muscles squelettiques vers l'avenir.