Extracellular Vesicles: Delivery Vehicles of Myokines

Abstract

Movement and regular physical activity are two important factors that help the human body prevent, reduce and treat different chronic diseases such as obesity, type 2 diabetes, heart diseases, hypertension, sarcopenia, cachexia and cancer. During exercise, several tissues release molecules into the blood stream, and are able to mediate beneficial effects throughout the whole body. In particular, contracting skeletal muscle cells have the capacity to communicate with other organs through the release of humoral factors that play an important role in the mechanisms of adaptation to physical exercise. These muscle-derived factors, today recognized as myokines, act as endocrine and paracrine hormones. Moreover, exercise may stimulate the release of small membranous vesicles into circulation, whose composition is influenced by the same exercise. Combining the two hypotheses, these molecules related to exercise, named exer-kines, might be secreted from muscle cells inside small vesicles (nanovesicles). These could act as messengers in tissue cross talk during physical exercise. Thanks to their ability to deliver useful molecules (such as proteins and miRNA) in both physiological and pathological conditions, extracellular vesicles can be thought of as promising candidates for potential therapeutic and diagnostic applications for several diseases.

Impact of Melatonin on Skeletal Muscle and Exercise

“…A recent field of research is the analysis of circulating exosomes, a sort of nanovescicles that deliver myokines during exercise from muscles to adipose organs or other sites [151]. Interestingly, new soluble factors delivered by exosomes might represent therapeutic or diagnostic targets of muscle wasting or walking speed decline in aging [152,153].…”

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

“…In diesem Zusammenhang wurden für die Muskulatur Zytokine beschrieben, an erster Stelle das Interleukin 6 (IL-6), die durch mechanische Belastung/Training (Exercise) vom Muskel ausgeschüttet und in die Zirkulation abgegeben werden. Diese Zytokine wurden Myokine genannt, von manchen Autoren sogar "Exerkine", wenn sie direkt durch "Exercise" stimuliert wurden [28]. In diesem Zusammenhang wurde häufig geschrieben, dass Muskel und Knochen "endokrin aktive" Organe seien [29].…”

“…Der Weg der Kommunikation zwischen Zellen und Geweben mittels Vesikeln auch über die Zirkulation ist sicher von großer Bedeutung, besonders bei der Regeneration von Muskel und Knochen [17,28,35,36]. Die "Fracht" der Vesikel schließt kleine Moleküle, Proteine und auch mikroRNAs ein.…”

“…Die Freisetzung des Inhalts kann durch Entleerung in die Umgebungsflüssigkeiten ebenso geschehen wie durch Fusion mit einer Zielzelle, wodurch der Inhalt ins Zellinnere entleert wird. Auf diese Weise können Wachstums-und Differenzierungsprogramme von Zellen und Geweben über die Zirkulation auch aus der Entfernung beeinflusst werden [28,37,38].…”

“…Dabei ist zu klären, ob Sekretionsprodukte, die eine hohe Affinität zur ECM haben, eine systemische Wirkung haben oder in der Umgebung des Sekretionsortes abgelegt werden [58,60]. Die Tatsache aber, dass sezernierte Produkte einer Zelle auch ohne den klassischen Sekretionsweg über Verpackung in Vesikel in die Zirkulation abgegeben werden können, ermöglicht auf einem modifizierten endokrinen Weg unter Umgehung des Kontakts mit der lokalen ECM den Informationsaustausch zwischen Geweben, in diesem Fall mit Fokus auf den Austausch zwischen Muskel und Knochen, sodass Sekretionsprodukte der Muskeln auch die Regeneration im Knochen modulieren können [17,28,36]. Über diesen Weg können auch Proteine ohne sekretorische Signalsequenz zwischen Geweben ausgetauscht werden, sodass im Prinzip das Sekretom von Muskel und Knochen, schließt man die Auslieferung über Vesikel mit ein, sehr groß ist und nicht nur die klassischen sekretorischen Proteine umfasst.…”