Differential effects of high-fat diet and exercise training on bone and energy metabolism

Picke, Ann-Kristin; Sylow, Lykke; Møller, Lisbeth L. V.; Kjøbsted, Rasmus; Schmidt, Felix N.; Steejn, Mikkel Wermer; Salbach-Hirsch, Juliane; Hofbauer, Christine; Blüher, Matthias; Saalbach, Anja; Busse, Björn; Rauner, Martina; Hofbauer, Lorenz C.

doi:10.1016/j.bone.2018.07.015

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“…Recent evidence links high SOST serum levels in Korean sarcopenic women with appendicular skeletal muscle mass [77]. Exercise was reported to downregulate both SOST and DKK-1 serum levels, which marks an important link between muscle and bone via physical impact [78,79].…”

Section: Bone Secretory Products With Endocrine Functionsmentioning

confidence: 99%

Interactions between Muscle and Bone—Where Physics Meets Biology

et al. 2020

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Muscle and bone interact via physical forces and secreted osteokines and myokines. Physical forces are generated through gravity, locomotion, exercise, and external devices. Cells sense mechanical strain via adhesion molecules and translate it into biochemical responses, modulating the basic mechanisms of cellular biology such as lineage commitment, tissue formation, and maturation. This may result in the initiation of bone formation, muscle hypertrophy, and the enhanced production of extracellular matrix constituents, adhesion molecules, and cytoskeletal elements. Bone and muscle mass, resistance to strain, and the stiffness of matrix, cells, and tissues are enhanced, influencing fracture resistance and muscle power. This propagates a dynamic and continuous reciprocity of physicochemical interaction. Secreted growth and differentiation factors are important effectors of mutual interaction. The acute effects of exercise induce the secretion of exosomes with cargo molecules that are capable of mediating the endocrine effects between muscle, bone, and the organism. Long-term changes induce adaptations of the respective tissue secretome that maintain adequate homeostatic conditions. Lessons from unloading, microgravity, and disuse teach us that gratuitous tissue is removed or reorganized while immobility and inflammation trigger muscle and bone marrow fatty infiltration and propagate degenerative diseases such as sarcopenia and osteoporosis. Ongoing research will certainly find new therapeutic targets for prevention and treatment.

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Section: Bone Secretory Products With Endocrine Functionsmentioning

confidence: 99%

Interactions between Muscle and Bone—Where Physics Meets Biology

et al. 2020

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“…Urine can be obtained noninvasively in significant amounts. Physical activity is known to alter the lipid metabolism, 20 and activate the Wnt signaling in the skeleton and neuronal signaling in the brain 21‐23 . As specific urinary components, we first focused on cholesterol, dopamine, and melatonin, in which cholesterol is linked to the lipid metabolism and dopamine and melatonin neuronal signaling 24‐28 .…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Loading‐induced antitumor capability of murine and human urine

Fan

Liu

et al. 2020

FASEB j.

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While urine has been considered as a useful bio‐fluid for health monitoring, its dynamic changes to physical activity are not well understood. We examined urine's possible antitumor capability in response to medium‐level, loading‐driven physical activity. Urine was collected from mice subjected to 5‐minute skeletal loading and human individuals before and after 30‐minute step aerobics. Six cancer cell lines (breast, prostate, and pancreas) and a mouse model of the mammary tumor were employed to evaluate the effect of urine. Compared to urine collected prior to loading, urine collected post‐activity decreased the cellular viability, proliferation, migration, and invasion of tumor cells, as well as tumor weight in the mammary fat pad. Detection of urinary volatile organic compounds and ELISA assays showed that the loading‐conditioned urine reduced cholesterol and elevated dopamine and melatonin. Immunohistochemical fluorescent images presented upregulation of the rate‐limiting enzymes for the production of dopamine and melatonin in the brain. Molecular analysis revealed that the antitumor effect was linked to the reduction in molecular vinculin‐linked molecular force as well as the downregulation of the Lrp5‐CSF1‐CD105 regulatory axis. Notably, the survival rate for the high expression levels of Lrp5, CSF1, and CD105 in tumor tissues was significantly lowered in the Cancer Genome Atlas database. Collectively, this study revealed that 5‐ or 10‐minute loading‐driven physical activity was sufficient to induce the striking antitumor effect by activating the neuronal signaling and repressing cholesterol synthesis. The result supported the dual role of loading‐conditioned urine as a potential tumor suppressor and a source of diagnostic biomarkers.

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“…Beispiele sind die Hemmer des osteogenen wnt-Signalwegs Sclerostin (SOST) und Dickkopf-1 (DKK-1). Mechanische Belastung durch Training hemmt die Freisetzung von SOST und DKK-1 und erlaubt somit die Knochenregeneration [62,63]. SOST wurde in letzter Zeit auch in Zusammenhang mit der Muskelmasse gebracht, sodass hier möglicherweise noch weitere unbekannte Mechanismen der Interaktion zu erwarten sind [64].…”

Section: Sekretorische Produkte Von Muskel Und Knochen Mit Wechselseiunclassified

Interaktion zwischen Muskel und Knochen – ein Wechselspiel zwischen Physik und Biologie

et al. 2020

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ZusammenfassungDie balancierte und reziproke adaptive Interaktion zwischen Muskel und Knochen ist essenziell für die Fortbewegung von Organismen und die Erhaltung ihrer stabilen Form unter Vermeidung von Frakturen und Verletzungen. Muskeln erzeugen durch Kontraktion physikalische Kräfte, die auf die Muskulatur selbst und auf das stabilisierende Skelett wirken. Das Kraftniveau wird von der Gravitation und der Masse des eigenen Organismus bestimmt. Steigerung der Kräfte und Wiederholung der Reize haben anabole Wirkung, Immobilisation und Simulation von Mikro-Gravitation führen zum Verlust von Muskel und Knochen. Die Einwirkung physikalischer Kräfte auf Zellen wird in biochemische Signale umgesetzt und generiert biologische Effekte. Die molekularen Mechanismen des Mechanosensing und der Mechanotransduktion sind in den letzten 2–3 Dekaden sehr intensiv erforscht worden. Dehnung, Kompression und Flüssigkeitsströmung verursachen über Verbindungen durch Adhäsionsmoleküle an die Extrazellulärmatrix und zwischen den Zellen sowie über das Primäre Zilium eine „Second-messenger“-Aktivierung wie Kalzium-Einstrom, cAMP- und cGMP-Produktion und Aktivierung von Rezeptoren und Kinasen. Im Gefolge werden Transkriptionsfaktoren nukleotrop, die dann an DNA-responsive Steuerelemente binden und Transkription modulieren. Die Änderungen des Proteoms der Zelle führen zur vermehrten Bildung von Strukturproteinen zur Verstärkung des Zytoskeletts und der Zell-Zell-Adhäsion, sodass sich die Steifigkeit und die Rückstellkraft der Zelle und des Gewebes auf ein höheres Kraftniveau einstellen, ohne durch Ruptur oder Fraktur Schaden zu nehmen. Neben der physikalischen Interaktion durch die Kräfte des Muskels werden auch über Sekretionsprodukte von Muskel und Knochen Informationen ausgetauscht. Die Sekretionsprodukte initiieren und regulieren mit großen Überlappungen in ihrer Funktion die interaktive Adaptation und Regeneration in beiden Geweben. Neben der tonischen Produktion von Proteinen mit einer sekretorischen Sequenz können beide Gewebe auch auf mechanische Reize hin Vesikel abgeben, die als Fracht präsynthetisierte Rezeptoren, Wachstums- und Differenzierungsfaktoren und orchestrierende miRNAs transportieren können. Da weder Knochen noch Muskel echte endokrine Vesikel bilden können, werden Exosomen in die Zirkulation abgegeben. Ein auslösender Reiz dafür ist ein Kalzium-Einstrom als Folge von mechanischer Stimulation/Trainingsaktivität. Mit zunehmendem Wissen ergibt sich hier ein Bild der unerwartet intensiven Auswirkung mechanischer Kräfte auf die Zellbiologie und Biochemie von Geweben. Wir beginnen gerade, diese Auswirkungen in der Physiologie zu verstehen, während wir im Verständnis der Störungen einer gesunden Adaptation, z. B. im Sinne von Überlastung oder Trainingsresistenz, besonders bei chronischen Erkrankungen wie Osteoporose und Arthrose noch sehr am Anfang stehen.

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Differential effects of high-fat diet and exercise training on bone and energy metabolism

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Interactions between Muscle and Bone—Where Physics Meets Biology

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Interaktion zwischen Muskel und Knochen – ein Wechselspiel zwischen Physik und Biologie

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