Effet du sport sur les métabolites du tryptophane

[Nutrimuscle-Conseils]

Kynurenines: Tryptophan’s metabolites in exercise, inflammation, and mental health
Kyle Martin American Journal of Physiology-Cell Physiology Mar 25, 2020

Kynurenine metabolites are generated by tryptophan catabolism and regulate biological processes that include host-microbiome signaling, immune cell response, and neuronal excitability. Enzymes of the kynurenine pathway are expressed in different tissues and cell types throughout the body and are regulated by cues, including nutritional and inflammatory signals. As a consequence of this systemic metabolic integration, peripheral inflammation can contribute to accumulation of kynurenine in the brain, which has been associated with depression and schizophrenia.

Conversely, kynurenine accumulation can be suppressed by activating kynurenine clearance in exercised skeletal muscle. The effect of exercise training on depression through modulation of the kynurenine pathway highlights an important mechanism of interorgan cross-talk mediated by these metabolites.

Here, we discuss peripheral mechanisms of tryptophan-kynurenine metabolism and their effects on inflammatory, metabolic, oncologic, and psychiatric disorders.

[Nutrimuscle-Conseils]

Tryptophan (TRP) is an essential amino acid that cannot be synthesized by the human body and must be acquired from diet.

Under normal circumstances, only about 1% of absorbed TRP is used in protein
synthesis, 4–5% is used in the production of the neurotransmitter serotonin and the
hormone melatonin, and about 95% is catabolized by the Kyn pathway of TRP degradation (KP).

High TRP uptake during exercise could lead to higher NAD+ production, which
is indeed increased in tissues such as the liver (which is able to fully catabolize
TRP).

Interestingly, elevated NAD+ levels could further promote this mechanism, as NAD+ is a positive regulator of Sirtuin1, which in turn
activates PGC-1α1 through lysine deacetylation (Rodgers et al. 2005). Sirtuins have
multiple effects on the regulation of cellular energy metabolism, metabolic enzymes
and oxidative stress responses in mitochondria (Cantó et al. 2015). Therefore, alterations in the KP may ultimately affect skeletal muscle metabolism and function
through multiple concurrent mechanisms.

[Nutrimuscle-Diététique]

Traduction de l'étude

Les kynurénines: métabolites du tryptophane dans l'exercice, l'inflammation et la santé mentale
Kyle Martin Journal américain de physiologie-physiologie cellulaire 25 mars 2020

Les métabolites de la kynurénine sont générés par le catabolisme du tryptophane et régulent les processus biologiques qui incluent la signalisation hôte-microbiome, la réponse des cellules immunitaires et l'excitabilité neuronale. Les enzymes de la voie de la kynurénine sont exprimées dans différents tissus et types de cellules dans tout le corps et sont régulées par des signaux, y compris des signaux nutritionnels et inflammatoires. En raison de cette intégration métabolique systémique, l'inflammation périphérique peut contribuer à l'accumulation de kynurénine dans le cerveau, qui a été associée à la dépression et à la schizophrénie.

À l'inverse, l'accumulation de kynurénine peut être supprimée en activant la clairance de la kynurénine dans le muscle squelettique exercé. L'effet de l'entraînement physique sur la dépression par la modulation de la voie de la kynurénine met en évidence un mécanisme important de diaphonie interorganique médiée par ces métabolites.

Ici, nous discutons des mécanismes périphériques du métabolisme de la tryptophane-kynurénine et de leurs effets sur les troubles inflammatoires, métaboliques, oncologiques et psychiatriques.
Le tryptophane (TRP) est un acide aminé essentiel qui ne peut pas être synthétisé par le corps humain et doit être acquis par l'alimentation.

Dans des circonstances normales, seulement environ 1% du TRP absorbé est utilisé dans les protéines de synthèse, 4 à 5% sont utilisés dans la production du neurotransmetteur sérotonine et de l'hormone mélatonine, et environ 95% est catabolisé par la voie Kyn de dégradation du TRP (KP).

Une absorption élevée de TRP pendant l'exercice pourrait entraîner une production de NAD + plus élevée, ce qui est en effet augmentée dans des tissus comme le foie (qui est capable de cataboliserTRP).

Fait intéressant, des niveaux élevés de NAD + pourraient encore promouvoir ce mécanisme, car le NAD + est un régulateur positif de Sirtuin1, qui à son tour
active PGC-1α1 par désacétylation de la lysine (Rodgers et al. 2005). Les sirtuines ont des effets multiples sur la régulation du métabolisme énergétique cellulaire, enzymes métaboliques et les réponses au stress oxydatif dans les mitochondries (Cantó et al. 2015). Par conséquent, des altérations du KP peuvent finalement affecter le métabolisme et la fonction des muscles squelettiques grâce à de multiples mécanismes simultanés.

[Nutrimuscle-Conseils]

Lack of Skeletal Muscle Serotonin Impairs Physical Performance
Marion Falabrègue International Journal of Tryptophan Research 2021

Low levels of the neurotransmitter serotonin have been associated with the onset of depression. While traditional treatments include antidepressants, physical exercise has emerged as an alternative for patients with depressive disorders. Yet there remains the fundamental question of how exercise is sensed by the brain. The existence of a muscle–brain endocrine loop has been proposed: according to this scenario, exercise modulates metabolization of tryptophan into kynurenine within skeletal muscle, which in turn affects the brain, enhancing resistance to depression.

But the breakdown of tryptophan into kynurenine during exercise may also alter serotonin synthesis and help limit depression. In this study, we investigated whether peripheral serotonin might play a role in muscle–brain communication permitting adaptation for endurance training. We first quantified tryptophan metabolites in the blood of 4 trained athletes before and after a long-distance trail race and correlated changes in tryptophan metabolism with physical performance. In parallel, to assess exercise capacity and endurance in trained control and peripheral serotonin–deficient mice, we used a treadmill incremental test.

Peripheral serotonin–deficient mice exhibited a significant drop in physical performance despite endurance training. Brain levels of tryptophan metabolites were similar in wild-type and peripheral serotonin–deficient animals, and no products of muscle-induced tryptophan metabolism were found in the plasma or brains of peripheral serotonin–deficient mice. But mass spectrometric analyses revealed a significant decrease in levels of 5-hydroxyindoleacetic acid (5-HIAA), the main serotonin metabolite, in both the soleus and plantaris muscles, demonstrating that metabolization of tryptophan into serotonin in muscles is essential for adaptation to endurance training.

In light of these findings, the breakdown of tryptophan into peripheral but not brain serotonin appears to be the rate-limiting step for muscle adaptation to endurance training. The data suggest that there is a peripheral mechanism responsible for the positive effects of exercise, and that muscles are secretory organs with autocrine-paracrine roles in which serotonin has a local effect.

[Nutrimuscle-Diététique]

Traduction de l'étude

Le manque de sérotonine dans les muscles squelettiques nuit aux performances physiques
Marion Falabrègue Journal International de Recherche sur le Tryptophane 2021

De faibles niveaux de sérotonine, un neurotransmetteur, ont été associés à l’apparition de la dépression. Alors que les traitements traditionnels incluent les antidépresseurs, l’exercice physique est apparu comme une alternative pour les patients souffrant de troubles dépressifs. Pourtant, il reste la question fondamentale de savoir comment l’exercice est perçu par le cerveau. L’existence d’une boucle endocrine muscle-cerveau a été proposée : selon ce scénario, l’exercice module la métabolisation du tryptophane en kynurénine dans le muscle squelettique, qui à son tour affecte le cerveau, améliorant la résistance à la dépression.

Mais la dégradation du tryptophane en kynurénine pendant l’exercice peut également altérer la synthèse de la sérotonine et aider à limiter la dépression. Dans cette étude, nous avons cherché à savoir si la sérotonine périphérique pouvait jouer un rôle dans la communication muscle-cerveau permettant l’adaptation à l’entraînement d’endurance. Nous avons d’abord quantifié les métabolites du tryptophane dans le sang de 4 athlètes entraînés avant et après une course de trail longue distance et corrélé les changements du métabolisme du tryptophane avec la performance physique. En parallèle, pour évaluer la capacité d’exercice et l’endurance chez les souris entraînées témoins et périphériques déficientes en sérotonine, nous avons utilisé un test incrémental sur tapis roulant.

Les souris périphériques déficientes en sérotonine ont présenté une baisse significative de leurs performances physiques malgré un entraînement d’endurance. Les niveaux cérébraux de métabolites du tryptophane étaient similaires chez les animaux déficients en sérotonine périphérique et de type sauvage, et aucun produit du métabolisme du tryptophane induit par les muscles n’a été trouvé dans le plasma ou le cerveau des souris déficientes en sérotonine périphérique. Mais les analyses par spectrométrie de masse ont révélé une diminution significative des niveaux d’acide 5-hydroxyindoleacétique (5-HIAA), le principal métabolite de la sérotonine, dans les muscles soléaire et plantaire, démontrant que la métabolisation du tryptophane en sérotonine dans les muscles est essentielle pour l’adaptation à l’entraînement d’endurance. .

À la lumière de ces découvertes, la décomposition du tryptophane en sérotonine périphérique mais non cérébrale semble être l’étape limitant la vitesse d’adaptation musculaire à l’entraînement d’endurance. Les données suggèrent qu’il existe un mécanisme périphérique responsable des effets positifs de l’exercice, et que les muscles sont des organes sécrétoires avec des rôles autocrines-paracrines dans lesquels la sérotonine a un effet local