The molecular investigation of the effects of simvastatin, a cholesterol reducing drug, on different rat skeletal muscle tissues

Abstract

Bu çalısmada simvastatinin farklı oranlarda hızlı ve yavas tipte iskelet kasılifleri içeren sıçan EDL, DIA ve SOL kasları üzerindeki etkisi FourierDönüsüm Kızılötesi ve Attenuated Total Reflektans Spektroskopisi (FTIR) ilemoleküler düzeyde incelenmistir.Lipofilik karakterde olan simvastatin efikasitesinin yüksek olmasından dolayıhiperkolesterominin ve kardiyovasküler hastalıkların tedavisinde kullanılır.Uzun süreli kullanımlarında birçok dokuda ve organda yan etkileri meydanagelmektedir. Vücut ağırlığının % 45'ini olusturan iskelet kası yüksekmetabolik hıza ve kan akısına sahiptir. Bunun sonucunda dolasımda yer alanilaçlardan yüksek oranda etkilenir. Bu nedenden dolayı statinlerden en fazlaetkilenen dokulardandır. Yapısal organizasyonu ve matabolik özellikleribirbirinden farklı iki ana kas lifi çesidi vardır: tip I (yavas kasılan) ve tip II(hızlı kasılan). Extensor digitorum longus (EDL) hızlı kasılan bir kas iken,soleus (SOL) yavas kasılan bir kastır. Diğer taraftan diyafragma (DIA) EDLve SOL arasında özelliklere sahip bir kastır.viiATR-FTIR ve FTIR sonuçlarısimvastatin verilmis iskelet kaslarında artmıslipoliz ve protein yıkımı ya da azalmıs protein sentezini gösteren lipid veprotein içeriğinde önemli bir azalma olduğunu göstermektedir. Ayrıca proteinyapısı ve konformasyonunda değisiklikler gözlenmistir. Simvastatintedavisinde kas membrane lipidlerinin daha düzenli olduğu ve doymamıs lipidmiktarında, muhtemelen lipid peroksidasyonundan kaynaklanan, bir azalısolduğu gösterilmistir. ?laç tedavisi iskelet kaslarında nükleik asit miktarında,özellikle RNA miktarında ve membran yapısındaki hidrojen-bağlı ve hidrojenbağlı olmayan fosfolipidlerin miktarında azalmaya neden olmustur.?ncelenen bütün spektral parametrelerden EDL kasının simvastatintedavisinden daha çok etkilendiği, SOL kasının ise söz konusu ilaçtedavisinden minimum düzeyde etkilendiği bulunmustur. Sonuç olarak, ATRFTIRve FTIR spektroskopi teknikleri statinlerin iskelet kas dokularıüzerindeki etkilerini moleküler düzeyde incelemek için kullanıslı birer araçolarak görünmektedir.Anahtar Kelimeler: ATR-FTIR spektroskopisi, FTIR spektroskopisi, statin,iskelet kası, iskelet kas lifi çesitleri

In the present study Fourier Transform Infrared (FTIR) and Attenuated TotalReflectance FTIR (ATR-FTIR) Spectroscopy were used to examine the effectsof simvastatin on structure, composition and function of macromolecules ofthree different rat skeletal muscles EDL (Extensor Digitorium Longus), DIA(Diaphragm) and SOL (Soleus) containing different amount of slow and fasttwitch fibers, at molecular level.Simvastatin, a lipophilic statin, is widely used in the treatment ofhypercholesterolemia and cardiovascular diseases due to its higher efficacy.However, long term usage of statins give rise to many adverse effects ondifferent tissues and organs. Skeletal muscle accounts for around 45 % of thetotal body weight and has a high metabolic rate and blood flow. As aconsequence, it is highly exposed to drugs within the circulation. Therefore, itis one of the target tissues of statins. The two main types of muscle fibers aretype I (slow-twitch) and type II (fast-twitch) fibers; having different structuralvorganization and metabolic features. EDL is a fast twitch muscle while SOL isslow twitch muscle. On the other hand, DIA shows intermediate propertiesbetween slow and fast twitch muscle.The results of ATR-FTIR and FTIR spectra revealed a considerable decrease inprotein and lipid content of simvastatin treated skeletal muscles, indicatingprotein breakdown or decreased protein synthesis and increased lipolysis.Moreover changes in protein structure and conformation were observed. Insimvastatin treatment, muscle membrane lipids were more ordered and theamount of unsaturated lipids was decreased possibly due to lipid peroxidation.The drug treatment caused a decrease in the content of nucleic acids, especiallyRNA, and hydrogen and non-hydrogen bonded phospholipids in the membranestructures of skeletal muscles.In all of the spectral parameters investigated EDL muscle was more severelyaffected from statin treatments while SOL was less affected from the drugtreatments. Thus, FTIR and ATR-FTIR spectroscopy appear to be usefulmethods to evaluate the effects of statin on skeletal muscle tissues at molecularlevel.Key words: ATR-FTIR spectroscopy, FTIR spectroscopy, statin, skeletalmuscle, skeletal muscle fiber types