The role of USP19 in denervation induced skeletal muscle wasting

Skeletal muscle wasting can be a fatal complication of many diseases, such as cancer, AIDS and neuromuscular disorders. During wasting, the ubiquitin-proteasome system (UPS) is the primary pathway for the catabolism of myofibrillar proteins. Many studies have explored the importance of enzymes mediating the conjugation of ubiquitin to muscle proteins. However, the role of deubiquitinating enzymes in skeletal muscle wasting is poorly understood. Our laboratory previously identified USP19 as a deubiquitinating enzyme which is upregulated in response to atrophic stimuli in vivo and is capable of indirectly regulating the expression of myofibrillar proteins in muscle cells in vitro. However, the role of USP19 during skeletal muscle wasting in vivo remains unexplored. To address this question, I have characterized the phenotype of USP19 KO mice and determined the effects of denervation induced wasting of hindlimb muscles of USP19 KO mice by measuring various anatomical and structural parameters. Denervation stimulus was chosen to minimize number of animals used since control and treated limbs are within the same animal. USP19 KO mice had slightly heavier gastrocnemius muscle (GAS) mass than WT mice, with a trend towards a larger fiber size and higher protein content. After denervation, the skeletal muscle mass of KO mice is 30% heavier than that of denervated WT mice in both the tibialis anterior (TA) and GAS muscle. This significant sparing is correlated with KO having 30% more protein than WT in GAS muscles, after denervation. The level of the myofibrillar protein tropomyosin was significantly higher in denervated KO GAS than in denervated WT GAS, consistent with previous USP19 siRNA studies in rat skeletal muscle cells. Although, structural analysis of denervated GAS fiber reveals a small but significant sparing in the fiber size of KO mice as compared to WT mice, this difference only accounts for 5% of the mass sparing observed in KOs. Loss of neural stimulationL'atrophie musculaire est une grave complication qui peut être fatale dans plusieurs maladies comme le cancer, le SIDA ou les maladies neuromusculaires. Le système ubiquitine-protéasome (UPS) est le mécanisme le plus impliqué dans la dégradation des protéines myofibrillaires durant l'atrophie. Plusieurs études ont démontré l'importance de certaines enzymes catalysant la conjugaison de l'ubiquitine aux protéines musculaires. Parcontre, le rôle des enzymes de déubiquitination durant l'atrophie musculaire est encore très peu connu. Notre laboratoire a précédemment identifié USP19, une enzyme de déubiquitination, qui est régulée à la hausse en réponse à plusieurs stimuli d'atrophie musculaire in vivo et qui est aussi capable de réguler indirectement des protéines myofibrillaires dans des cellules musculaires in vitro. Toutefois, le rôle de USP19 dans l'atrophie musculaire in vivo est encore inconnu. Afin d'aborder cette question, j'ai caractérisé le phénotype de souris dont le gène USP19 a été inactivé (KO) et j'ai déterminé les effets d'une dénervation des muscles de la patte postérieur sur ces souris KO en mesurant divers paramètres anatomiques et structuraux. Les souris USP19 KO possèdent une masse du muscle gastrocnemius (GAS) légèrement plus grande que les souris contrôles (WT) avec une tendance vers des fibers plus grosses et un contenu protéique plus élevé. Après dénervation, les muscles squelletiques des souris KO étaient 30% plus lourds que ceux des souris WT et ce dans le GAS ainsi que dans le tibialis postérieur (TA). Cette économie significative corrèle bien avec une augmentation de 30% du contenu protéique dans les muscles KO (GAS) comparé aux muscles WT, après dénervation. Aussi, les niveaux de la protéine myofibrillaire tropomyosine étaient significativement plus élevés dans le GAS KO que dans que dans le GAS WT, après dénervation, ce qui est consistant avec des études postérieures de siRN