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status_changed: 2012-08-14 15:20:38
type: doctoralThesis
metadata_visibility: show
creators_name: Winn, Nadine Stephanie
title: The differential Role of Insulin-like Growth Factor-1 Isoforms in Skeletal muscle
title_de: Die differentielle Rolle von Isoformen des Insulin ähnlichen Wachstumsfaktor 1 in der Skelettmuskulatur
ispublished: pub
subjects: ddc-570
divisions: i-140001
adv_faculty: af-14
keywords: IGF-1 , Growth factor
cterms_swd: Skelettmuskel
cterms_swd: Regeneration
abstract: Insulin-like growth factor-1 (IGF-1) has pleiotropic effects on various tissues during pre- and postnatal development by stimulating proliferation and differentiation, and plays a major role in hypertrophy and tissue remodeling in the fetal, perinatal, and adult organism. In skeletal muscle the role of IGF-1 is well established, but questions remain about the significance of the various isoforms that are produced from the single-copy IGF-1 gene. By the use of different promoters, differential splicing and post-translational modifications, at least six IGF-1 isoforms are generated from the IGF-1 gene, that differ in the N-terminal signal peptide (Class) and the C-terminal E-peptide. The aim of this work was to dissect the different roles of IGF-1 isoforms in skeletal muscle in vitro and in vivo. Cell culture experiments revealed that IGF-1Ea isoforms promoted myogenic differentiation and cell hypertrophy, resulting in enlarged myofibers, while IGF-1Eb isoforms instead did not show an effect on fiber size but on proliferation of myoblasts. Correlating with the results obtained in vitro, transgenic animals over-expressing IGF-1Ea isoforms showed pronounced muscle fiber hypertrophy, accompanied by an increase in force generation and strength, while IGF-1Eb isoforms showed very mild effects on muscle size and no changes in muscle strength, further implicating the Ea-peptide in the hypertrophic response. Analysis of the intracellular signals transduced by the different IGF-1 isoforms revealed a complex regulatory network, excluding certain pathways previously implicated in the induction of skeletal muscle hypertrophy in response to IGF-1. Preliminary analysis of regeneration in response to IGF-1 isoforms demonstrated that each isoform enhanced the regeneration process, suggesting that Eb-peptide-containing isoforms did so by stimulating the proliferation of satellite cells, while IGF-1Ea enhanced the growth of newly forming fibers. Class 2 IGF-1Eb was found to specifically induce a calcineurin isoform (CnAß1) that has been linked to enhanced regeneration. In addition, this thesis describes the cloning of a Class 2 IGF-1En isoform that was previously not described in rodent species, but known to exist in humans. The present work constitutes the first evidence for different functions of IGF-1 isoforms in vitro and in vivo, provides an overview of their variable effects in skeletal muscle and a strong basis for future research into their specific functions. 
abstract_translated_text: Der Insulin-ähnliche Wachstumsfaktor-1 (IGF-1) spielt sowohl in der Embryonalentwicklung, als auch während der postnatalen Entwicklungsphase eine wichtige Rolle. Neben der Fähigkeit Zellwachstum und Zelldifferenzierung zu stimulieren, hat IGF-1 eine wichtige Funktion bei Vorgängen wie Muskel Hypertrophie und Regeneration. Die wichtige Rolle von IGF-1 in der Skelettmuskulatur ist seit langem bekannt, aber dennoch verbleiben viele Fragen über die Funktion der verschiedenen Isoformen, die ausgehend vom IGF-1 Gen gebildet werden. Durch die Nutzung verschiedener Promoter, differentiellem Spleißen und post-translationalen Modifizierungen, werden verschiedene IGF-1 Präpro-Proteine gebildet, die sich in der Kombination ihrer N-terminalen Signal-Peptide (Klasse) und C-terminalen Extensions-Peptide unterscheiden. Die vorliegende Arbeit zielte auf eine gründlich Analyse der Rolle verschiedener IGF-1 Isoformen in der Skelettmuskulatur in vitro und in vivo. Experimente in Zellkultur ergaben, dass IGF-1Ea Isoformen einen beschleunigten Differenzierungsvorgang induzierten, was auch eine Vergrößerung der Musklefasern zur Folge hatte. IGF-1Eb Isoformen hingegen, zeigten einen Effket auf die Proliferierung der Myoblasten und nicht auf deren Grösse. In Übereinstimmung mit den in vitro Daten, zeigten transgene Mäuse, die IGF-1Ea Isoformen (Klasse 1 IGF-1Ea (=mIGF-1) und Klasse 2 IGF-1Ea) überexprimieren, ausgeprägte Muskel Hypertrophie, die mit einer erhöten Muskelkraft einhergingen. Im Gegensatz dazu zeigten IGF-1Eb transgene Tiere einen sehr milden Phänotyp, der weder mit Hypertrophie, noch mit erhöter Muskelkraft einherging. Dies unterstreicht noch einmal eine Verbindung zwischen der Präsenz des Ea-Peptides und der Induktion eines hypertrophen Phänotyps. Die Analyse der intrazellulären Signaltransductionswerge ergab ein komplex reguliertes Netzwerk und führte zum Ausschluss von Signaltransduktionswegen, die in früheren Publikationen für die Induktion von IGF-1-induzierter Hypertrophie vorgeschlagen wurden. Die vorläufige Analyse der Regenerationsprozesse in Folge von Cardiotoxin-Injektionen demonstrierte, dass alle IGF-1 Isoformen diesen Prozess bescheunigen konnten. Die Resultate implizieren, dass IGF-1 Isoformen, die das Eb-Peptid behinhalten die Proliferation von Satelitenzellen stimulieren, während Klasse 2 IGF-1Ea  die Größe der neu formenden Muskelfasern erhöhen. Klasse 2 IGF-1Eb zeigte zurätzlich eine spezifische Induzierung der Calcineurin Isoform CnAß1, die bereits mit verbesserter Muskelregenerierung in Verbundung gebracht wurde. Ausserdem bescheibt diese Arbeit die Klonierung einer Klasse 2 IGF-En Variante, die bisher nicht in Nagern beschirben wurde, aber im Menschen existiert. Die vorliegende Arbeit liefert die ersten Beweise, dass IGF-1 Isoformen in vitro und in vivo andere Effekte hervorrufen und ebnet damit den Weg für die Zukunft spezifischere Fragen stellen zu können.
abstract_translated_lang: ger
date: 2006
date_type: published
id_scheme: DOI
id_number: 10.11588/heidok.00007011
ppn_swb: 1644695286
own_urn: urn:nbn:de:bsz:16-opus-70111
date_accepted: 2006-06-16
advisor: HASH(0x561a5d59c568)
language: eng
bibsort: WINNNADINETHEDIFFERE2006
full_text_status: public
citation:   Winn, Nadine Stephanie  (2006) The differential Role of Insulin-like Growth Factor-1 Isoforms in Skeletal muscle.  [Dissertation]     
document_url: https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/7011/1/Winn_Thesis.pdf