Effets anaboliques de la leucine/BCAA sur les muscles?

[Nutrimuscle-Conseils]

The involvement of Sestrin2 in the effect of IGF-I and leucine on mTROC1 activity in C2C12 and L6 myocytes
Ran Sawa Growth Hormone & IGF Research Volume 59, August 2021, 101406


Highlights
• Pretreatment with IGF-I increased leucine's action on mTORC1 in muscle cell lines.
• IGF-I increased Sestrin2 mRNA and protein levels in muscle cell lines.
• Sestrin2 was involved in the action of leucine and IGF-I on mTORC1.
• Increased Sestrin2 may play a role in enhancing the effect of leucine on mTORC1.

Objective
IGF-I and branched-chain amino acids have been reported to promote muscle hypertrophy via the stimulation of protein synthesis. Sestrin2, the function of which is regulated by leucine, has been reported to attenuate the activity of the mechanistic target of rapamycin (mTOR) complex 1 (mTORC1) that stimulates protein synthesis. The objective of this study was to examine whether IGF-I modulates Sestrin2 abundance and to clarify the involvement of Sestrin2 in the effect of IGF-I and leucine on mTROC1.

Design
C2C12 and L6 myocytes were stimulated by leucine (1 mM) with or without pretreatment with IGF-I (100 ng/mL). Phosphorylation of p70 S6 kinase (S6K) and 4E-binding protein 1 (4E-BP1), both of which are targets of the mTORC1, was examined by western blotting. Effects of Sestrin2 small interfering RNA (siRNA) on the actions of leucine and IGF-I were examined. Sestrin2 mRNA and protein levels were also determined after Sestrin2 siRNA.

Results
Leucine increased the phosphorylation of S6K and 4E-BP1 in a dose-dependent manner. Pretreatment with IGF-I for 5 h further increased the stimulatory effect of leucine on the phosphorylation of S6K and 4E-BP1 in C2C12 cells. IGF-I increased Sestrin2 protein and messenger RNA levels. Sestrin2 siRNA increased or tended to increase basal phosphorylation of 4E-BP1 and decreased the leucine-induced phosphorylation in C2C12 and L6 cells, in particular after IGF-I treatment, suggesting the involvement of Sestrin2 in the action of leucine and IGF-I. The net increase in leucine-induced 4E-BP1 phosphorylation appeared to be attenuated by Sestrin2 siRNA. Likewise, Sestrin2 siRNA attenuated leucine-induced S6K phosphorylation in L6 cells. However, Sestrin2 siRNA did not influence leucine-induced S6K phosphorylation in C2C12 cells.

Conclusions
IGF-I and leucine cooperatively increased mTORC1 activity in C2C12 cells. IGF-I increased Sestrin2. Sestrin2 siRNA experiments showed that Sestrin2 was involved in the effect of leucine and IGF-I on mTORC1 activity in C2C12 and L6 cells, and suggested that increased Sestrin2 by IGF-I pretreatment might play a role in enhancing the effect of leucine on mTORC1.

[Nutrimuscle-Diététique]

Traduction de l'étude

L'implication de Sestrin2 dans l'effet de l'IGF-I et de la leucine sur l'activité de mTROC1 dans les myocytes C2C12 et L6
Ran Sawa Growth Hormone & IGF Research Volume 59, août 2021, 101406


Points forts
• Le prétraitement avec IGF-I a augmenté l'action de la leucine sur mTORC1 dans les lignées cellulaires musculaires.
• L'IGF-I a augmenté les niveaux d'ARNm et de protéines Sestrin2 dans les lignées cellulaires musculaires.
• Sestrin2 était impliqué dans l'action de la leucine et de l'IGF-I sur mTORC1.
• L'augmentation de Sestrin2 peut jouer un rôle dans l'amélioration de l'effet de la leucine sur mTORC1.

Objectif
Il a été rapporté que l'IGF-I et les acides aminés à chaîne ramifiée favorisent l'hypertrophie musculaire via la stimulation de la synthèse des protéines. Il a été rapporté que sestrin2, dont la fonction est régulée par la leucine, atténue l'activité de la cible mécaniste du complexe 1 de la rapamycine (mTOR) (mTORC1) qui stimule la synthèse des protéines. L'objectif de cette étude était d'examiner si l'IGF-I module l'abondance de Sestrin2 et de clarifier l'implication de Sestrin2 dans l'effet de l'IGF-I et de la leucine sur mTROC1.

Conception
Les myocytes C2C12 et L6 ont été stimulés par la leucine (1 mM) avec ou sans prétraitement avec l'IGF-I (100 ng/mL). La phosphorylation de la p70 S6 kinase (S6K) et de la protéine de liaison 4E 1 (4E-BP1), qui sont toutes deux des cibles de mTORC1, a été examinée par western blot. Les effets du petit ARN interférent de Sestrin2 (ARNsi) sur les actions de la leucine et de l'IGF-I ont été examinés. Les niveaux d'ARNm et de protéines de Sestrin2 ont également été déterminés après l'ARNsi de Sestrin2.

Résultats
La leucine a augmenté la phosphorylation de S6K et 4E-BP1 de manière dose-dépendante. Un prétraitement avec IGF-I pendant 5 h a encore augmenté l'effet stimulateur de la leucine sur la phosphorylation de S6K et 4E-BP1 dans les cellules C2C12. L'IGF-I a augmenté les niveaux de protéine Sestrin2 et d'ARN messager. L'ARNsi de Sestrin2 augmentait ou avait tendance à augmenter la phosphorylation basale de 4E-BP1 et diminuait la phosphorylation induite par la leucine dans les cellules C2C12 et L6, en particulier après traitement à l'IGF-I, suggérant l'implication de Sestrin2 dans l'action de la leucine et de l'IGF-I. L'augmentation nette de la phosphorylation de 4E-BP1 induite par la leucine semble être atténuée par l'ARNsi Sestrin2. De même, l'ARNsi Sestrin2 a atténué la phosphorylation de S6K induite par la leucine dans les cellules L6. Cependant, l'ARNsi Sestrin2 n'a pas influencé la phosphorylation de S6K induite par la leucine dans les cellules C2C12.

Conclusion
L'IGF-I et la leucine ont augmenté de manière coopérative l'activité de mTORC1 dans les cellules C2C12. IGF-I a augmenté Sestrin2. Les expériences d'ARNsi Sestrin2 ont montré que Sestrin2 était impliqué dans l'effet de la leucine et de l'IGF-I sur l'activité de mTORC1 dans les cellules C2C12 et L6, et ont suggéré que l'augmentation de Sestrin2 par le prétraitement IGF-I pourrait jouer un rôle dans l'amélioration de l'effet de la leucine sur mTORC1.

[Nutrimuscle-Conseils]

Kinetic modeling of leucine-mediated signaling and protein metabolism in human skeletal muscle
Taylor J. McColl Clin Nutr VOLUME 27, ISSUE 1, 108634, JANUARY 19, 2024

Highlights
• We developed a kinetic model of muscle protein metabolism following leucine feeding
• It integrates modules of mTOR signaling, leucine kinetics, and insulin signaling
• The model predicts that p70S6K levels are important for controlling MPS
• Insulin signaling and p70S6K-mediated feedback on mTORC1 control protein balance

Skeletal muscle protein levels are governed by the relative rates of muscle protein synthesis (MPS) and breakdown (MPB). The mechanisms controlling these rates are complex, and their integrated behaviors are challenging to study through experiments alone. The purpose of this study was to develop and analyze a kinetic model of leucine-mediated mTOR signaling and protein metabolism in the skeletal muscle of young adults.

Our model amalgamates published cellular-level models of the IRS1-PI3K-Akt-mTORC1 signaling system and of skeletal-muscle leucine kinetics with physiological-level models of leucine digestion and transport and insulin dynamics. The model satisfactorily predicts experimental data from diverse leucine feeding protocols. Model analysis revealed that total levels of p70S6K are a primary determinant of MPS, insulin signaling substantially affects muscle net protein balance via its effects on MPB, and p70S6K-mediated feedback of mTORC1 signaling reduces MPS in a dose-dependent manner.

[Nutrimuscle-Diététique]

Traduction de l'étude

Modélisation cinétique de la signalisation médiée par la leucine et du métabolisme des protéines dans le muscle squelettique humain
Taylor J. McColl Clin Nutr VOLUME 27, NUMÉRO 1, 108634, 19 JANVIER 2024

Points forts
• Nous avons développé un modèle cinétique du métabolisme des protéines musculaires après une alimentation en leucine.
• Il intègre des modules de signalisation mTOR, de cinétique de la leucine et de signalisation de l'insuline.
• Le modèle prédit que les niveaux de p70S6K sont importants pour contrôler la MPS.
• Signalisation de l'insuline et rétroaction médiée par p70S6K sur l'équilibre protéique de contrôle mTORC1

Les niveaux de protéines musculaires squelettiques sont régis par les taux relatifs de synthèse et de dégradation des protéines musculaires (MPS). Les mécanismes contrôlant ces taux sont complexes et leurs comportements intégrés sont difficiles à étudier uniquement par des expériences. Le but de cette étude était de développer et d'analyser un modèle cinétique de la signalisation mTOR médiée par la leucine et du métabolisme des protéines dans le muscle squelettique de jeunes adultes.

Notre modèle fusionne les modèles publiés au niveau cellulaire du système de signalisation IRS1-PI3K-Akt-mTORC1 et de la cinétique de la leucine des muscles squelettiques avec des modèles au niveau physiologique de la digestion et du transport de la leucine et de la dynamique de l'insuline. Le modèle prédit de manière satisfaisante les données expérimentales de divers protocoles d’alimentation en leucine. L'analyse du modèle a révélé que les niveaux totaux de p70S6K sont un déterminant principal de la MPS, que la signalisation de l'insuline affecte considérablement l'équilibre protéique net musculaire via ses effets sur la MPB et que la rétroaction médiée par p70S6K de la signalisation mTORC1 réduit la MPS de manière dose-dépendante.

[Nutrimuscle-Conseils]

Dietary leucine supplementation restores T-cell mitochondrial respiration and regulates T-lineage differentiation in denervation-induced sarcopenic mice
Shuang Liu The Journal of Nutritional Biochemistry Volume 124, February 2024, 109508

With the aim of offsetting immune dysfunction preceded by sarcopenia, the feasibility and efficiency of nutritional leucine supplementation were evaluated using a murine denervation-induced sarcopenia model. Sciatic nerve axotomy caused significant loss of skeletal muscle of the hind limbs and accelerated mitochondrial stress along with suppressed ATP production in spleen-derived T cells.

Dietary leucine intake not only ameliorated muscle mass anabolism in a sarcopenic state, but also restored mitochondrial respiratory function, as indicated by elevated levels of basal respiration, maximal respiration, spare respiratory capacity, and ATP production, in T cells, which in turn led to downregulated expression of mTOR and downstream signals, as indicated by the findings of comprehensive transcriptome analysis. Consequentially, this finally resulted in amelioration of the sarcopenia-induced relative Th1/Th17-dominant proinflammatory microenvironment. These results highlight the importance of leucine-promoted metabolic cues in directing T cell fate in a sarcopenic microenvironment.

The present study provides insights that particularly help rationalize the design and optimization of leucine supplementation for chronic sarcopenic patients with autoimmune diseases.

[Nutrimuscle-Diététique]

Traduction de l'étude

La supplémentation alimentaire en leucine rétablit la respiration mitochondriale des lymphocytes T et régule la différenciation de la lignée T chez les souris sarcopéniques induites par la dénervation
Shuang Liu Le Journal of Nutritional Biochemistry Volume 124, février 2024, 109508

Dans le but de compenser le dysfonctionnement immunitaire précédé de la sarcopénie, la faisabilité et l'efficacité de la supplémentation nutritionnelle en leucine ont été évaluées à l'aide d'un modèle de sarcopénie induite par dénervation murine. L'axotomie du nerf sciatique a provoqué une perte significative du muscle squelettique des membres postérieurs et un stress mitochondrial accéléré ainsi qu'une suppression de la production d'ATP dans les cellules T dérivées de la rate.

L'apport alimentaire en leucine a non seulement amélioré l'anabolisme de la masse musculaire dans un état sarcopénique, mais a également restauré la fonction respiratoire mitochondriale, comme l'indiquent les niveaux élevés de respiration basale, de respiration maximale, de capacité respiratoire de réserve et de production d'ATP dans les cellules T, ce qui a conduit à expression régulée négativement de mTOR et des signaux en aval, comme l'indiquent les résultats d'une analyse complète du transcriptome. Par conséquent, cela a finalement abouti à une amélioration du microenvironnement proinflammatoire relatif à dominante Th1/Th17 induit par la sarcopénie. Ces résultats mettent en évidence l’importance des signaux métaboliques favorisés par la leucine pour orienter le destin des lymphocytes T dans un microenvironnement sarcopénique.

La présente étude fournit des informations qui aident particulièrement à rationaliser la conception et l’optimisation de la supplémentation en leucine pour les patients sarcopéniques chroniques atteints de maladies auto-immunes.

[Nutrimuscle-Conseils]

The impact of leucine supplementation on body composition and glucose tolerance following energy restriction: an 8-week RCT in adults at risk of the metabolic syndrome
Kaveri Pathak European Journal of Clinical Nutrition volume 78, pages155–162 (2024)

Background
L-Leucine (Leu) supplementation may benefit fat-free mass (FFM) per se and glucose metabolism.

Objectives
To determine whether Leu supplementation during energy restriction blunted the loss of FFM, enhanced the loss of fat mass (FM) and improved glucose tolerance.

Design
Thirty-seven adults, aged 20–65 years, with increased waist circumference and at least one other metabolic syndrome (MetS) component, were selected. We employed a two-arm parallel, double blind, randomized control trial (RCT) design. Participants were randomly assigned to an intervention group (leucine – 3 g/d) or placebo (lactose - 2.67 g/d), while following an individualised energy restricted diet for an 8-week period. Detailed body composition (DEXA), oral glucose tolerance test (OGTT), insulin and components of MetS were measured before and after the trial. Analysis of covariance (ANCOVA) assessed the effect of Leu on an intention-to-treat (ITT) principle. Bootstrapping method with 1000 bootstrap samples was used to derive parameter estimates, standard errors, p-values, and 95% confidence intervals for all outcomes.

Results
Adjusted for baseline values and other covariates, FFM (p = 0.045) and lean tissue mass (LTM) (p = 0.050) were significantly higher following Leu. These outcomes were modified by a significant treatment x sex interaction that indicated Leu had the greater effect in men. However, on adjustment for body composition changes, there was no difference in insulin sensitivity, oral glucose tolerance, or change in MetS components following Leu.

Conclusion
Short-term leucine supplementation during energy restriction resulted in a greater preservation of FFM and LTM particularly in men, but did not impact glucose metabolism.

[Nutrimuscle-Diététique]

Traduction de l'étude

L'impact de la supplémentation en leucine sur la composition corporelle et la tolérance au glucose suite à une restriction énergétique : un ECR de 8 semaines chez des adultes à risque de syndrome métabolique
Kaveri Pathak Journal européen de nutrition clinique volume 78, pages 155-162 (2024)

Arrière-plan
La supplémentation en L-Leucine (Leu) peut être bénéfique pour la masse maigre (FFM) en soi et pour le métabolisme du glucose.

Objectifs
Déterminer si la supplémentation en Leu pendant la restriction énergétique atténue la perte de FFM, améliore la perte de masse grasse (FM) et améliore la tolérance au glucose.

Conception
Trente-sept adultes, âgés de 20 à 65 ans, présentant une augmentation du tour de taille et au moins une autre composante du syndrome métabolique (MetS), ont été sélectionnés. Nous avons utilisé un plan d'essai contrôlé randomisé (ECR) parallèle à deux bras, en double aveugle. Les participants ont été répartis au hasard dans un groupe d'intervention (leucine – 3 g/j) ou un placebo (lactose – 2,67 g/j), tout en suivant un régime individualisé restreint en énergie pendant une période de 8 semaines. La composition corporelle détaillée (DEXA), le test oral de tolérance au glucose (OGTT), l'insuline et les composants du MetS ont été mesurés avant et après l'essai. L'analyse de covariance (ANCOVA) a évalué l'effet du Leu sur le principe de l'intention de traiter (ITT). La méthode bootstrap avec 1 000 échantillons bootstrap a été utilisée pour dériver des estimations de paramètres, des erreurs standard, des valeurs p et des intervalles de confiance à 95 % pour tous les résultats.

Résultats
Ajustés pour les valeurs de base et d'autres covariables, la FFM (p = 0,045) et la masse tissulaire maigre (LTM) (p = 0,050) étaient significativement plus élevées après Leu. Ces résultats ont été modifiés par une interaction traitement-sexe significative qui indiquait que Leu avait le plus grand effet chez les hommes. Cependant, après ajustement en fonction des changements de composition corporelle, il n'y avait aucune différence dans la sensibilité à l'insuline, la tolérance au glucose par voie orale ou la modification des composants du MetS après Leu.

Conclusion
Une supplémentation à court terme en leucine pendant une restriction énergétique a entraîné une plus grande préservation du FFM et du LTM, en particulier chez les hommes, mais n'a pas eu d'impact sur le métabolisme du glucose.

[Nutrimuscle-Conseils]

Attenuating Muscle Damage Biomarkers and Muscle Soreness After an Exercise-Induced Muscle Damage with Branched-Chain Amino Acid (BCAA) Supplementation: A Systematic Review and Meta-analysis with Meta-regression
Atef Salem Sports Med Open. 2024 Apr 16;10(1):42.

Background: Branched-chain amino acid (BCAA) supplementation is one of the most popular strategies used by the general population and athletes to reduce muscle soreness and accelerate the recovery process of muscle damage biomarkers after an intense exercise or training session.

Objectives: This systematic review and meta-analysis investigated the effects of BCAA supplementation on muscle damage biomarkers and muscle soreness after exercise-induced muscle damage (EIMD).

Methods: The systematic literature search for randomized controlled trials was conducted using seven databases, up to September 13th, 2022. The eligibility criteria for selecting studies were as follows: studies performed on healthy active participants, using BCAA at least once, controlled with a placebo or control group, performing resistance or endurance exercises, and followed up at least once post-EIMD. The methodological quality of the studies was assessed using the "SIGN RCT checklist". Random-effects meta-analyses were processed to compute the standardized mean difference (Hedges' g). Meta-regression analyses were completed with daily and total dosage and supplementation as continuous moderator variables.

Results: Of the 18 studies included in this meta-analysis, 13 were of high quality and five were of acceptable quality. Our results revealed BCAA supplementation elicits a significant effect on reducing creatine kinase (CK) levels immediately (g = - 0.44; p = 0.006) and 72 h (g = - 0.99; p = 0.002), but not 24 h, 48 h, and 96 h post-EIMD. Additionally, a significant effect on delayed onset of muscle soreness (DOMS) was identified at 24 h (g = - 1.34; p < 0.001), 48 h (g = - 1.75; p < 0.001), 72 h (g = - 1.82; p < 0.001), and 96 h (g = - 0.82; p = 0.008), but not immediately post-EIMD. No significant effect was found on lactate dehydrogenase (LDH) levels at any time point. Meta-regression indicated higher daily and total dosages of BCAA, and longer supplementation periods were related to the largest beneficial effects on CK (total dosage and supplementation period) at 48 h, and on DOMS at 24 h (only daily dosage).

Conclusion: The overall effects of BCAA supplementation could be considered useful for lowering CK and DOMS after EIMD, but not LDH. The longer supplementation period prior to the EIMD could be more effective for CK and DOMS reduction.

[Nutrimuscle-Diététique]

Traduction de l'étude

Atténuation des biomarqueurs des lésions musculaires et des douleurs musculaires après une lésion musculaire induite par l'exercice avec une supplémentation en acides aminés à chaîne ramifiée (BCAA) : une revue systématique et une méta-analyse avec méta-régression
Atef Salem Sports Med Ouvert. 16 avril 2024;10(1):42.

Contexte : La supplémentation en acides aminés à chaîne ramifiée (BCAA) est l'une des stratégies les plus populaires utilisées par la population générale et les athlètes pour réduire les douleurs musculaires et accélérer le processus de récupération des biomarqueurs des dommages musculaires après un exercice ou une séance d'entraînement intense.

Objectifs : Cette revue systématique et méta-analyse ont étudié les effets de la supplémentation en BCAA sur les biomarqueurs des lésions musculaires et les douleurs musculaires après des lésions musculaires induites par l'exercice (EIMD).

Méthodes : La recherche systématique de la littérature pour les essais contrôlés randomisés a été menée à partir de sept bases de données, jusqu'au 13 septembre 2022. Les critères d'éligibilité pour la sélection des études étaient les suivants : études réalisées sur des participants actifs en bonne santé, utilisant au moins une fois des BCAA, contrôlées par un placebo. ou groupe témoin, effectuant des exercices de résistance ou d'endurance, et suivi au moins une fois après l'EIMD. La qualité méthodologique des études a été évaluée à l’aide de la « SIGN RCT checklist ». Des méta-analyses à effets aléatoires ont été traitées pour calculer la différence moyenne standardisée (g de Hedges). Des analyses de méta-régression ont été complétées avec la posologie quotidienne et totale et la supplémentation comme variables modératrices continues.

Résultats : Sur les 18 études incluses dans cette méta-analyse, 13 étaient de haute qualité et cinq de qualité acceptable. Nos résultats ont révélé que la supplémentation en BCAA provoque un effet significatif sur la réduction des niveaux de créatine kinase (CK) immédiatement (g = - 0,44 ; p = 0,006) et 72 h (g = - 0,99 ; p = 0,002), mais pas 24 h, 48 h, et 96 h après l'EIMD. De plus, un effet significatif sur l'apparition retardée des douleurs musculaires (DOMS) a été identifié à 24 h (g = - 1,34 ; p < 0,001), 48 h (g = - 1,75 ; p < 0,001), 72 h (g = - 1,82). ; p < 0,001), et 96 h (g = - 0,82 ; p = 0,008), mais pas immédiatement après l'EIMD. Aucun effet significatif n’a été observé sur les taux de lactate déshydrogénase (LDH) à aucun moment. La méta-régression a indiqué des doses quotidiennes et totales plus élevées de BCAA, et des périodes de supplémentation plus longues étaient liées aux effets bénéfiques les plus importants sur la CK (dose totale et période de supplémentation) à 48 h et sur les DOMS à 24 h (dose quotidienne uniquement).

Conclusion : Les effets globaux de la supplémentation en BCAA pourraient être considérés comme utiles pour réduire la CK et le DOMS après l'EIMD, mais pas la LDH. La période de supplémentation plus longue avant l'EIMD pourrait être plus efficace pour la réduction de la CK et du DOMS.