Raptor
---POULET AUX HORMONES---
Signaux mécaniques, "épissage"* des gènes de l'IGF-1 et adaptation des muscles par Geoffrey Goldspink, Physiology 20:232-238, 2005
Découverte d'un facteur de croissance local, initiateur de l'hypertrophie musculaire
Il y a un peu plus de 10 ans, notre groupe commença à travailler sur le clonage du/des facteur(s) impliqué(s) dans la régulation autocrine de la masse musculaire. Pour ce faire, il nous a été nécessaire d'avoir un modèle animal sur lequel nous pourrions faire croitre rapidement les muscles.
Des travaux antérieurs avaient montré que le muscle tibial antérieur chez le lapin adulte, lorsque stimulé électriquement tout en étant maintenu en position tendue par un plâtre d'immobilisation, a augmenté sa masse dans la semaine qui a suivi. Il est connu que les muscles s'adaptent rapidement à une nouvelle longueur fonctionnelle en ajoutant des sarcomères en série à la fin des myofibrilles existantes. Toutefois, si les muscles sont également soumis à une stimulation électrique, ils augmentent en circonférence et ajoutent plus de sarcomère en parallèle qu'en série.
De l'ARN a été extraite de ces muscles qui ont montré une croissance rapide. Et en utilisant différentes méthodes d'affichage (affichage différentiel), nous avons détecté une ARN transcrite qui s'exprime seulement lors de l'exercice et pas dans les phases de repos. Cette ARNm (ARN messager) a été converti en ADNc (ADN complémentaire) et sous-cloné.
L'analyse de sa séquence a montré qu'il s'agissait d'une variante (dite d'épissage* voir plus bas) du gène de l'IGF-1 (Insuline-like Growth Factor-1), bien que celle-ci diffère de la séquence du gène codant pour l'IGF-1 systémique (IGF-1 produit au niveau hépatique) au niveau de 3 de ses exons.
Toutefois, il a été noté que le muscle exprime également l'IGF-1 de type systémique (IGF-1Ea).
La terminologie pour les variantes de l'IGF-1 est compliquée, d'autant plus lorsqu'on les applique à des tissus non-hépatiques ou à des espèces différentes.
C'est le cas avec la terminologie de l'IGF-1 hépatique: nous avons appris que la nouvelle variante d'IGF découverte serait appelée IFG-1 DEAL chez le rat et IGF-1Ec chez l'homme.
Il est devenu évident que les isoformes de l'IGF musculaire, même si elles sont dérivées du même gène, doivent être caractérisées séparément.
Par conséquent, nous avons nommé cette variante de l'IGF, "Mechano Growth Factor" (Note: c'est le nouveau nom de l'IGF-1Ec), car il est exprimé en réponse à une stimulation mécanique et possède une séquence peptidique carboxy différente de celle de l'IGF-1 de type hépatique.
Différentes isoformes de l'IGF-1 exprimées dans le muscle
En plus du fait que l'expression du MGF soit mechano-sensitive (sensible à un stimuli mécanique), celui-ci possède une séquence peptidique carboxy unique (FIGURE 1). Il a été noté que dans l'exon 5, il y a un insert qui modifie le cadre de lecture. Chez le rat, il est de 52 bases mais chez l'homme, l'insert possède 49 bases. (Pour rappel) les acides aminés sont codés par des triplets de bases (voir la notion de redondance de l'ADN si ça vous intéresse).
Puisque la séquence de l'exon 5 qui est greffé dans l'ARNm du MGF n'est pas un multiple de 3, la séquence peptidique en aval est différente de celle des autres isoformes de l'IGF-1.
Cela a d'importantes conséquences fonctionnelles car le peptide carboxy de certaines isoformes de l'IGF-1 est impliqué dans la reconnaissance des protéines de liaison spécifiques qui stabilisent ces facteurs de croissance.
Toutefois, il semble que dans le cas du MGF, le peptide Carboxy-terminal (ou C-terminal, codé par des parties de l'exon 5 et 6) est unique. Il a maintenant été démontré qu'il agit comme un facteur de croissance/réparation distinct de l'IGF-1 et n'agit pas de la même façon sur le domaine de réception de l'IGF-1.
En fait, le MGF a une expression cinétique différente puisqu'après l'exercice et/ou des dommages, le gène de l'IGF-1 est le premier à être épissé* vers le MGF. [Voir tout en bas *]
Mais après une journée ou plus, il devient épissé vers l'isoforme de l'IGF-1 systémique (qui chez le muscle humain sont IGF-1Ea et IGF-1Eb).
Pour établir initialement que le MGF a une action biologique, son l'ADNc a été insérée dans un vecteur plasmidique avec des séquences régulatrices spécifiques musculaires. Après une seule injection intramusculaire chez la souris, il y a eu une augmentation de 25% de la fibre musculaire, dans la zone moyenne transversale, dans les 3 semaines qui ont suivies.
Des expériences similaires ont été effectuées en utilisant l'IGF-1 de type systémique (hépatique). On a utilisé un vecteur adénoviral sous le contrôle de la séquence régulatrice de la chaine légère de myosine (MLC, Myosin Light Chain) qui assure l'expression spécifique au niveau des muscles.
Toutefois (avec l'IGF-1 systémique), cela a pris 4 mois pour entrainer une augmentation de 15% et ceci est probablement due à l'effet anabolisant de l'IGF-1, caractère commun à toutes les variantes d'épissage.
Les souris transgéniques ont été produites à l'aide de l'IGF-1Ea sous le contrôle du promoteur de l'alpha-actine de poulet et plus tard, utilisant le promoteur du MLC I et III, et il n'est pas étonnant que l'expression de l'IGF-1 introduit soit localisée dans le tissu musculaire.
La structure du MGF et son très fort pouvoir à initier l'hypertrophie locale ont indiqué qu'il avait une fonction différente de celle des autres formes de l'IGF-1.
Reconstitution des cellules satellites (Stem, souches) musculaires
Les cellules satellites ont été décrites pour la première fois par Mauro. Il est maintenant rendu compte que ces cellules fournissent les noyaux supplémentaires pour la croissance post-natale et qu'elles sont impliquées dans la réparation et la régénération après une lésion locale des fibres musculaires. Chez le tissu musculaire non-endommagé d'un adulte, les cellules satellites sont au repos et détectées généralement juste en dessous de la lame basale. Lorsqu'elles sont activées, elles co-expriment des facteurs myogéniques incluant c-met, myoD, myf5 et plus tard, la myogénine.
Les myoblastes résiduels sont le principal point d'origine des cellules satellites, même si un petit pourcentage peut provenir de cellules souches pluripotentes dérivées de cellules progénitrices de la vascularisation.
Dans certaines maladies comme la dystrophie musculaire, les fibres musculaires sont beaucoup plus sensibles aux dommages, en particulier ceux causés au niveau de la membrane. Le système contractile des fibres musculaires soutient également le dommage durant les contractions excentriques.
Par conséquent, il est une exigence permanente dans ce tissu post-mitotique pour les nouveaux noyaux fournis par les cellules satellites de fusionner avec les fibres musculaires qui sont en cours de réparation et/ou d'adaptation.
Plusieurs études ont été menées dans lesquelles l'IGF-I a été revendiqué pour activer les cellules satellites, mais le problème est qu'il y a deux processus distincts impliqués: l'un est la reproduction des myoblastes mononuclées résiduelles, et l'autre est la fusion de ces derniers avec les fibres musculaires.
Ground et al. a constaté qu'une sur-exprexpression de l'IGF-1Ea hépatique n'a pas augmenté la prolifération des myoblastes (cellules satellites) pendant la régénération de tissus greffés.
On en conclu que l'IGF-1Ea (produit au niveau hépatique) n'aurait pas les capacités de l'IGF-1Ec concernant la réparation des tissus au niveau local et son action sur les cellules satellites. D'ailleurs, l'IGF-1 hépatique peut être détecté à des niveaux relativement élevés en dehors d'un stimuli mécanique.
L'IGF-1Ea peut activer certaines cellules satellites en fonction de leur état d'engagement mais il ne peut en aucun cas recruter des cellules satellites. Ça c'est le rôle spécifique de l'IGF-1Ec (MGF) et de son groupe Carboxy-terminal particulier
qui permet la réparation et la croissance cellulaire tout au long de la vie.
Deux études récentes ont indiqué que l'une des fonctions spécifiques du MGF est d'entrainer la division des cellules satellites musculaires et de les activer.
Lorsque l'IGF-1 a été transfecté dans, ou ajouté à des cellules musculaires C2C12 en culture, celles-ci ont augmenté de masse et fusionné pour former des myotubes.
Lorsque les cellules sont transfectées avec l'ADNc du MGF ou traitées avec celui-ci, les myoblastes mononuclées augmentent en nombre mais reste néanmoins des cellules mononuclées. Cet effet, contrairement à l'action de l'IGF-1, n'est pas bloqué par
un anticorps dirigé contre le récepteur de l'IGF-1. Ceci indique que le MGF est un carboxy peptide qui possède une action propre (indépendante de l'IGF-1Ea) concernant la croissance/réparation des tissus.
L'autre étude a montré que, après dommage musculaire, le MGF est produit localement sous forme d'impulsions qui ne durent que quelques jours.
Dans notre étude in vitro, le MGF a été impliqué dans la réplication de myoblastes mononuclées (cellules satellites).
Les études in vivo ont montré que l'expression du MGF a précédé celle des marqueurs de l'activation des cellules satellites.
L'expression de l'IGF-1Ea ne présente pas de pics, cependant, l'expression des marqueurs de l'activation des cellules satellites a augmenté jusqu'à atteindre un sommet puis décliné pour revenir à des niveaux de référence.
Fait intéressant, il semble que la myostatine soit un régulateur négatif de l'activation des cellules satellites et qu'elle mette les myoblastes résiduels en état de repos.
D'autre part, le MGF semble être le régulateur positif. En effet, il répond à des stimulus mécaniques et/ou des dommages qui n'active pas uniquement la prolifération des cellules satellites musculaires mais régule également la synthèse des protéines en général.
Récemment, Bamman et al. a conclu que la régulation négative de la myostatine n'était pas corrélée avec la régulation positive des cyclines (Note: protéines impliquées dans la régulation du cycle cellulaire). Par contre, il y a une corrélation avec une augmentation de l'expression du MGF.
Par conséquent, il semble que la reconstitution d'une "population" de cellules souches locales se fasse par régulation positive du MGF.
Effets de l'exercice sur l'expression du MGF et de l'IGF-1Ea
Il est certain qu'un entrainement durant lequel les muscles actifs sont soumis à de fortes charges est le type d'exercice qui se traduit par une hypertrophie musculaire et que cela est associé à une augmentation de l'expression de l'IGF-1.
Cependant, ces études n'ont pas réussies à distinguer avec précision les différentes variantes de l'IGF-1 mises en jeux et leurs taux.
Comme mentionné ci-dessus, la voie MGF a été découverte par l'étude des transcriptions d'ARN chez le muscle soumis ou non à un stimuli.
Peu de temps après, Adams et al. a montré que le MGF est exprimé plus tôt que l'IGF-1Ea en réponse à l'exercice. Nous avons également constaté que, suite à des stimulus mécaniques et/ou lésions musculaires, l'IGF-1 est le premier gène épissé vers le MGF, puis plus tard vers l'IGF-1Ea.
Nous avons mesuré les niveaux d'ARNm du MGF et de l'IGF-1Ea en temps réel, en utilisant des biopsies musculaires prélevées 2h et demie après une séance d'extension du genou dehaute intensité.
Chez les sujets jeunes, les niveaux d'ARNm du MGF ont augmenté de façon significative à la suite de l'exercice de musculation mais aucun changement significatif n'a été observé chez les sujets âgés.
En outre, peu après l'exercice, les niveaux d'ARNm de l'IGF-1Ea sont restés quasiment inchangés dans les deux groupes.
Ces observations sont intéressantes car elles concordent avec les expérimentations animales pour lesquelles les taux de MGF ont augmenté avant ceux de l'IGF-1Ea, ce qui suggère que les deux isoformes sont régulés différemment et ont des fonctions bien différentes.
REFERENCES
30 - Different roles of the IGF-I Ec peptide (MGF) and mature IGF-I in myoblast proliferation and differentiation , Shi Yu Yang, Geoffrey Goldspink, FEBS Letters pages 156-160
"This study demonstrated that E peptide of the splice variant, MGF [4 and 6], is biologically active and has a distinct activity compared to that of mature IGF-I in that it can increase myoblasts proliferation but it totally inhibits the myotubes formation. Also the selective blocking of the IGF-I receptor provides evidence that MGF increases myoblast proliferation via a different signalling pathway."
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EPISSAGE:
Dans cet article, une nouvelle notion est introduite, celle d'épissage.
Il faut comprendre qu'un gène peut coder pour plusieurs protéines.
C'est un procédé un peu complexe. Pour ceux que ça intéresse et qui veulent en savoir plus, voici quelques liens qui pourront vous aider.
L'épissage - Définition de Wikipédia
Régulation par épissage alternatif
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Edit: Je travaille actuellement en collaboration avec un laboratoire. Celui-ci m'a remis des documents plutôt bien foutus sur certains peptides dernière génération. C'est le cas du MGF et de sa version Peglysée.
Voici les informations en question, je vais les traduire au fur et à mesure !
Bonne lecture.
Le MGF (Mechano Growth Factor)
La perte de masse musculaire chez les sujets âgés est (souvent) associé à des pathologies empêchant/altérant l'expression du gène codant pour le MGF.
- L'habilité à produire du MGF décline avec l'âge, et ce déclin coïncide avec la baisse du taux de GH circulant
- Le MGF a montré sa capacité à stimuler la masse musculaire en améliorant la capacité de croissance des tissus.
- Le MGF a montré sa capacité à activer les cellules souches musculaires (myoblastes ou cellules satellites).
- Le MGF a une action positive sur la régulation de la synthèse des protéines.
- Le MGF induit une hypertrophie musculaire rapide
- Le MGF a un potentiel considérable en tant que moyen de traitement de la cachexie musculaire.
Le séquençage du génome humain a montré qu'il y a environ 40 000 gènes. Cependant, il y a beaucoup plus de protéines. En effet, certains gènes sont épissés (voir: notion d'épissage) pour produire plusieurs protéines/peptides distinct(e)s qui ont généralement
des fonctions biologiques différentes.
En combinant des méthodes de biologies et de physiologies moléculaires, on a pu identifier et caractériser un facteur de croissance et de réparation musculaire local: le MGF.
Après un exercice de résistance, le gène de l'IGF-1 est épissé vers le MGF qui engendre l'hypertrophie et/ou la réparation des dommages musculaires locaux en activant les cellules souches musculaires ainsi que les processus anabolisants.
Fait intéressant, la perte de la masse musculaire chez les personnes âgées et dans certaines maladies est associée à une altération de la capacité d'exprimer le MGF.
Le Mecano Growth Factor (MGF) aussi appelé IGF-1Ec est un facteur de croissance et de réparation exprimé suite à un entrainement ou des lésions musculaires. Il a été démontré que le MGF stimule l'augmentation de la masse musculaire en améliorant la capacité de
croissance des tissus, en activant les cellules souches musculaires et en régulant positivement la synthèse protéique.
Le MGF fait partie de la famille des IGFs mais, dans le cas du MGF, une partie du peptide (très spécifique) agit comme un facteur de croissance distinct impliqué dans le recrutement et l'activation de cellules satellites musculaires (souches).
De plus, la forme MGF dérivée de l'IGF conserve son domaine de réception aux IGF-1-récepteurs et améliore par conséquent la masse musculaire. (GR Adams 2002).
Le Mecano Growth Factor (MGF) est un dérivé du facteur de croissance IGF-1 mais sa séquence est différente de l'IGF-1 systémique produit par le foie. Le MGF est exprimé par le muscle stimulé mécaniquement et est impliqué dans la réparation des tissus. Il est exprimé sous forme de "pulsions" suite à des dommages musculaires et est impliqué dans l'activation des cellules satellites musculaires.
Un "don de noyaux" (je pense qu'il faut comprendre ici le recrutement et l'activation des cellules "souches" musculaires dites satellites) est nécessaires aux fibres musculaires pour la réparation et le processus d'hypertrophie qui a des mécanismes de régulation similaires.
Par conséquent, le MGF semble être un facteur plus anabolisant que l'IGF-1 systémique car il répond aux signaux produits par les tissus musculaires endommagés suite à l'exercice et les répare prévenant ainsi la mort cellulaire.
La perte de masse musculaire (sarcopénie) est l'un des principaux problèmes liés au vieillissement et qui engendre des problèmes de santé majeurs et des implications socio-économiques importantes.
L'axe de croissance GH/IGF-1 est considéré comme un régulateur important de la masse musculaire. Toutefois, il a maintenant été démontré que d'autres tissus que le foie expriment des formes de l'IGF-1 et que la forme systémique de l'IGF-1 (IGF-1Ea hépatique) a des actions bien distinctes des formes d'IGF-1 exprimées localement.
Au moins deux types différents d'IGF-1 exprimés dans les muscles squelettiques sont issus du gène de l'IGF-1 par épissage alternatif. L'un d'entre eux, exprimé en réponse à une activité physique a été nommé Mecano Growth Factor. L'autre est semblable au type
systémique (hépatique) IGF-1Ea.
Le MGF par rapport à l'IGF-1Ea diffère par sa séquence peptidique qui est responsable de la reconstitution des cellules satellites dans le muscle squelettique. En d'autres termes, le MGF est plus anabolisant.
Dans des expériences in vivo où les muscles des rats ont été soumis à des dommages mécaniques ou à l'injection d'un agent myotoxique, il a été démontré (Hill & Goldspink, 2003) que l'expression du MGF précède l'activation des cellules satellites. C'est donc lui qui est responsable du recrutement et de l'activation de celles-ci.
Ceci est en accord avec la conclusion que lorsque les cellules du muscle squelettique en cultures ont été soit transfectées avec l'ADNc du MGF, soit traitées avec le peptide MGF, elles ont augmenté en nombre mais sont restées des myoblastes mononuclées (Yang & Goldspink, 2002).
Il semble que le MGF joue un double rôle dans l'induction de l'activation des cellules satellites ainsi que dans la synthèse protéique. C'est pourquoi il est beaucoup plus puissant que le type hépatique (IGF-1Ea) pour induire une hypertrophie musculaire rapide.
La capacité de produire le MGF décline avec l'âge et c'est d'ailleurs en adéquation avec la baisse des taux circulant de GH.
Un traitement à la GH régule (indirectement) le niveau d'IGF-1 systémique. Si l'on y associe des exercices de résistances, il y aura une augmentation de l'épissage du gène de l'IGF-1 vers le MGF ce qui améliorera la capacité du muscle à répondre à l'activité physique.
Augmentation de la GH --> Augmentation de l'IGF-1 systémique (hépatique) --> Augmentation du taux de MGF après épissage du gène de l'IGF-1.
(Goldspink and Harridge 2004)
La caractérisation d'un facteur de réparation local des tissus (MGF) qui est produit après un exercice et/ou des dommages musculaires par épissage différentiel du gène de l'IGF-1 permet de comprendre comment le muscle est maintenu (entretenu) chez le sujet jeune.
Le MGF diffère de l'IGF-1 systémique par un insert de 49 paires de bases dans l'exon 5 qui introduit un changement de cadre de lecture. Il en résulte une extrémité C-terminale aux propriétés uniques !
Le muscle est un tissu post-mitotique, ainsi le remplacement des cellules n'est pas un moyen de réparation. Il doit posséder son propre mécanisme de réparation locale sinon les cellules endommagées subissent la mort cellulaire.
Les noyaux d'appoint pour la réparation des muscles et l'hypertrophie sont fournies par les cellules satellites musculaires (souches). La réserve (stock) de ces cellules souches est apparemment "alimentée" par l'action du MGF qui est produit suite à un stimuli mécanique.
Malheureusement, la production de MGF est déficiente dans certaines maladies. C'est le cas pour la dystrophie musculaire dont le mécanisme de mécanotransduction est défectueux et empêche la synthèse correcte de dystrophine.
Dans les muscles des sujets âgés, la diminution des taux d'hormone de croissance diminue indirectement le taux d'IGF-1 systémique et ainsi, l'épissage du gène de l'IGF-1 vers le MGF. Par conséquent, il y a une incapacité croissante à maintenir la masse musculaire au cours du vieillissement.
L'administration de MGF synthétique produit une augmentation marquée de la force musculaire. Ce peptide a, par conséquent, un potentiel considérable en tant que moyen de traitement de la cachexie. (Goldspink 2006)
Le muscle squelettique est l'un des rares tissus possédant une capacité de réparation rapide et généralisée.
La source de cette capacité régénératrice se trouve dans les réserves des précurseurs des cellules souches musculaires, hébergées par les myofibres. Les myofibres (fibres musculaires) qui composent le muscle squelettique sont des cellules musculaires regroupées entres elles et possédant une propriété contractile (myofibrilles), une source d'énergie (mitochondries), de nombreux noyaux (myonoyaux) et une unité cytoplasmique (sarcoplasme, dont plus des deux tiers est de l'eau).
Posologie du MGF non PEGylé:
100-200mcg par jour.
Dose administrée de façon symétrique dans les muscles travaillés précédemment dans la séance.
50 / 50mcg à 100 / 100mcg en intramusculaire locale.
Administration dans l'heure suivant la séance (pour le MGF non PEGylé !).
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Petit rajout d'informations à propos de la version PEGylée du MGF
MGF Informations
Le MGF est une variante de l'IGF-1 par épissage alternatif du gène. Ce facteur augmente le nombre de cellules souches musculaires et permet la fusion et la maturation des fibres. C'est un processus nécessaire à la croissance des tissus musculaires adultes.
* Le MGF naturel (produit biologiquement) est exprimé localement et ne voyage pas dans la circulation sanguine. Sa courte demi-vie n'est donc pas un problème.
* Par contre, le MGF synthétique lui, est dit "water based" c'est à dire à base d'eau. Lorsqu'il est administré par voie intramusculaire, il voyage dans la circulation sanguine. Hors, tout comme son homologue naturel, il a une courte demi-vie et n'est stable dans la circulation sanguine que pendant quelques minutes.
Le processus de PEGylation est l'ajout d'une structure polyéthylène glycol (PEG) à une molécule plus grosse (dans notre cas, le MGF). Le PEG agit comme un revêtement de protection et permet en théorie au MGF de circuler dans le sang plus longtemps sans être dégradé.
Action du MGF et sécurité du processus de PEGylation
Le MGF est produit biologiquement lorsque les fibres musculaires sont soumises à un stimuli mécanique / entrainement (musculation) et/ou à des lésions. Il représente un puissant facteur de croissance musculaire. Le MGF stimule la croissance musculaire, créé de nouvelles fibres musculaires, favorise la rétention d'azote et augmente la synthèse protéique.
Ce produit est couramment utilisé dans la croissance globale du muscle ainsi que dans la croissance spécifique des muscles en retard par rapport au reste.
Les résultats dépendent en partie du dosage. La perte de graisse et l'augmentation de la force sont généralement moins marqués avec MGF que lors de l'utilisation de l'IGF-1Ea.
Le complexe Polyéthylène glycol (PEG) en lui même est sûr et sans danger pour les utilisateurs. Il a été approuvé par la US FDA (Food and Drug Administration) et ne réagit pas dans le corps. Le PEG MGF n'est pas décomposé dans l'organisme et est excrété (intacte) dans les urines ou les selles. Tout risque associé à un composé PEGylé est dû au composé lui même et non à sa PEGylation.
PEG MGF: Données techniques
Lors d'une étude sur des rongeurs âgés, la réduction du nombre de fibres dans leurs muscles âgés a pu être attribuée à une diminution de l'activité des cellules satellites musculaires. Après qu'une certaine taille aie été atteinte, la croissance a cessé. En présence de MGF, les cellules satellites ont été de nouveau réactivées et l'hypertrophie de muscles matures a pu continuer.
Dans les expériences où le MGF a été administré par voie intramusculaire, il y a eu une augmentation de 20% de la masse des fibres musculaires traitées, et ce, en 2 semaines. (Goldspink, 2001)
Dans d'autres études, il a fallu 4 mois pour voir apparaitre une augmentation de 25% de la masse musculaire par traitement à l'IGF-1Ea. (Musaro et al. 2001)
Le MGF a donc été jugé plus puissant que l'IGF-1Ea pour la croissance musculaire rapide.
Note: Ces données ont été recueillies après expériences au MGF non PEGylée ("regular" MGF). On peut néanmoins supposer des résultats similaires avec le PEG MGF.
Ainsi, des administrations répétées de MGF et d'IGF-1 Lr3 permettent une augmentation rapide de la croissance musculaire.
Protocole (proposé dans le document):
- Jours off: 200 à 400mcg de PEG MGF
- Jours on : 100 à 200mcg de MGF divisés en deux injections symétriques dans les muscles qui viennent d'être travaillés (dans l'heure suivant la séance) + 100mcg d'IGF-1 Lr3
Découverte d'un facteur de croissance local, initiateur de l'hypertrophie musculaire
Il y a un peu plus de 10 ans, notre groupe commença à travailler sur le clonage du/des facteur(s) impliqué(s) dans la régulation autocrine de la masse musculaire. Pour ce faire, il nous a été nécessaire d'avoir un modèle animal sur lequel nous pourrions faire croitre rapidement les muscles.
Des travaux antérieurs avaient montré que le muscle tibial antérieur chez le lapin adulte, lorsque stimulé électriquement tout en étant maintenu en position tendue par un plâtre d'immobilisation, a augmenté sa masse dans la semaine qui a suivi. Il est connu que les muscles s'adaptent rapidement à une nouvelle longueur fonctionnelle en ajoutant des sarcomères en série à la fin des myofibrilles existantes. Toutefois, si les muscles sont également soumis à une stimulation électrique, ils augmentent en circonférence et ajoutent plus de sarcomère en parallèle qu'en série.
De l'ARN a été extraite de ces muscles qui ont montré une croissance rapide. Et en utilisant différentes méthodes d'affichage (affichage différentiel), nous avons détecté une ARN transcrite qui s'exprime seulement lors de l'exercice et pas dans les phases de repos. Cette ARNm (ARN messager) a été converti en ADNc (ADN complémentaire) et sous-cloné.
L'analyse de sa séquence a montré qu'il s'agissait d'une variante (dite d'épissage* voir plus bas) du gène de l'IGF-1 (Insuline-like Growth Factor-1), bien que celle-ci diffère de la séquence du gène codant pour l'IGF-1 systémique (IGF-1 produit au niveau hépatique) au niveau de 3 de ses exons.
Toutefois, il a été noté que le muscle exprime également l'IGF-1 de type systémique (IGF-1Ea).
La terminologie pour les variantes de l'IGF-1 est compliquée, d'autant plus lorsqu'on les applique à des tissus non-hépatiques ou à des espèces différentes.
C'est le cas avec la terminologie de l'IGF-1 hépatique: nous avons appris que la nouvelle variante d'IGF découverte serait appelée IFG-1 DEAL chez le rat et IGF-1Ec chez l'homme.
Il est devenu évident que les isoformes de l'IGF musculaire, même si elles sont dérivées du même gène, doivent être caractérisées séparément.
Par conséquent, nous avons nommé cette variante de l'IGF, "Mechano Growth Factor" (Note: c'est le nouveau nom de l'IGF-1Ec), car il est exprimé en réponse à une stimulation mécanique et possède une séquence peptidique carboxy différente de celle de l'IGF-1 de type hépatique.
Différentes isoformes de l'IGF-1 exprimées dans le muscle
En plus du fait que l'expression du MGF soit mechano-sensitive (sensible à un stimuli mécanique), celui-ci possède une séquence peptidique carboxy unique (FIGURE 1). Il a été noté que dans l'exon 5, il y a un insert qui modifie le cadre de lecture. Chez le rat, il est de 52 bases mais chez l'homme, l'insert possède 49 bases. (Pour rappel) les acides aminés sont codés par des triplets de bases (voir la notion de redondance de l'ADN si ça vous intéresse).
Puisque la séquence de l'exon 5 qui est greffé dans l'ARNm du MGF n'est pas un multiple de 3, la séquence peptidique en aval est différente de celle des autres isoformes de l'IGF-1.
Cela a d'importantes conséquences fonctionnelles car le peptide carboxy de certaines isoformes de l'IGF-1 est impliqué dans la reconnaissance des protéines de liaison spécifiques qui stabilisent ces facteurs de croissance.
Toutefois, il semble que dans le cas du MGF, le peptide Carboxy-terminal (ou C-terminal, codé par des parties de l'exon 5 et 6) est unique. Il a maintenant été démontré qu'il agit comme un facteur de croissance/réparation distinct de l'IGF-1 et n'agit pas de la même façon sur le domaine de réception de l'IGF-1.
En fait, le MGF a une expression cinétique différente puisqu'après l'exercice et/ou des dommages, le gène de l'IGF-1 est le premier à être épissé* vers le MGF. [Voir tout en bas *]
Mais après une journée ou plus, il devient épissé vers l'isoforme de l'IGF-1 systémique (qui chez le muscle humain sont IGF-1Ea et IGF-1Eb).
Pour établir initialement que le MGF a une action biologique, son l'ADNc a été insérée dans un vecteur plasmidique avec des séquences régulatrices spécifiques musculaires. Après une seule injection intramusculaire chez la souris, il y a eu une augmentation de 25% de la fibre musculaire, dans la zone moyenne transversale, dans les 3 semaines qui ont suivies.
Des expériences similaires ont été effectuées en utilisant l'IGF-1 de type systémique (hépatique). On a utilisé un vecteur adénoviral sous le contrôle de la séquence régulatrice de la chaine légère de myosine (MLC, Myosin Light Chain) qui assure l'expression spécifique au niveau des muscles.
Toutefois (avec l'IGF-1 systémique), cela a pris 4 mois pour entrainer une augmentation de 15% et ceci est probablement due à l'effet anabolisant de l'IGF-1, caractère commun à toutes les variantes d'épissage.
Les souris transgéniques ont été produites à l'aide de l'IGF-1Ea sous le contrôle du promoteur de l'alpha-actine de poulet et plus tard, utilisant le promoteur du MLC I et III, et il n'est pas étonnant que l'expression de l'IGF-1 introduit soit localisée dans le tissu musculaire.
La structure du MGF et son très fort pouvoir à initier l'hypertrophie locale ont indiqué qu'il avait une fonction différente de celle des autres formes de l'IGF-1.
Reconstitution des cellules satellites (Stem, souches) musculaires
Les cellules satellites ont été décrites pour la première fois par Mauro. Il est maintenant rendu compte que ces cellules fournissent les noyaux supplémentaires pour la croissance post-natale et qu'elles sont impliquées dans la réparation et la régénération après une lésion locale des fibres musculaires. Chez le tissu musculaire non-endommagé d'un adulte, les cellules satellites sont au repos et détectées généralement juste en dessous de la lame basale. Lorsqu'elles sont activées, elles co-expriment des facteurs myogéniques incluant c-met, myoD, myf5 et plus tard, la myogénine.
Les myoblastes résiduels sont le principal point d'origine des cellules satellites, même si un petit pourcentage peut provenir de cellules souches pluripotentes dérivées de cellules progénitrices de la vascularisation.
Dans certaines maladies comme la dystrophie musculaire, les fibres musculaires sont beaucoup plus sensibles aux dommages, en particulier ceux causés au niveau de la membrane. Le système contractile des fibres musculaires soutient également le dommage durant les contractions excentriques.
Par conséquent, il est une exigence permanente dans ce tissu post-mitotique pour les nouveaux noyaux fournis par les cellules satellites de fusionner avec les fibres musculaires qui sont en cours de réparation et/ou d'adaptation.
Plusieurs études ont été menées dans lesquelles l'IGF-I a été revendiqué pour activer les cellules satellites, mais le problème est qu'il y a deux processus distincts impliqués: l'un est la reproduction des myoblastes mononuclées résiduelles, et l'autre est la fusion de ces derniers avec les fibres musculaires.
Ground et al. a constaté qu'une sur-exprexpression de l'IGF-1Ea hépatique n'a pas augmenté la prolifération des myoblastes (cellules satellites) pendant la régénération de tissus greffés.
On en conclu que l'IGF-1Ea (produit au niveau hépatique) n'aurait pas les capacités de l'IGF-1Ec concernant la réparation des tissus au niveau local et son action sur les cellules satellites. D'ailleurs, l'IGF-1 hépatique peut être détecté à des niveaux relativement élevés en dehors d'un stimuli mécanique.
L'IGF-1Ea peut activer certaines cellules satellites en fonction de leur état d'engagement mais il ne peut en aucun cas recruter des cellules satellites. Ça c'est le rôle spécifique de l'IGF-1Ec (MGF) et de son groupe Carboxy-terminal particulier
qui permet la réparation et la croissance cellulaire tout au long de la vie.
Deux études récentes ont indiqué que l'une des fonctions spécifiques du MGF est d'entrainer la division des cellules satellites musculaires et de les activer.
Lorsque l'IGF-1 a été transfecté dans, ou ajouté à des cellules musculaires C2C12 en culture, celles-ci ont augmenté de masse et fusionné pour former des myotubes.
Lorsque les cellules sont transfectées avec l'ADNc du MGF ou traitées avec celui-ci, les myoblastes mononuclées augmentent en nombre mais reste néanmoins des cellules mononuclées. Cet effet, contrairement à l'action de l'IGF-1, n'est pas bloqué par
un anticorps dirigé contre le récepteur de l'IGF-1. Ceci indique que le MGF est un carboxy peptide qui possède une action propre (indépendante de l'IGF-1Ea) concernant la croissance/réparation des tissus.
L'autre étude a montré que, après dommage musculaire, le MGF est produit localement sous forme d'impulsions qui ne durent que quelques jours.
Dans notre étude in vitro, le MGF a été impliqué dans la réplication de myoblastes mononuclées (cellules satellites).
Les études in vivo ont montré que l'expression du MGF a précédé celle des marqueurs de l'activation des cellules satellites.
L'expression de l'IGF-1Ea ne présente pas de pics, cependant, l'expression des marqueurs de l'activation des cellules satellites a augmenté jusqu'à atteindre un sommet puis décliné pour revenir à des niveaux de référence.
Fait intéressant, il semble que la myostatine soit un régulateur négatif de l'activation des cellules satellites et qu'elle mette les myoblastes résiduels en état de repos.
D'autre part, le MGF semble être le régulateur positif. En effet, il répond à des stimulus mécaniques et/ou des dommages qui n'active pas uniquement la prolifération des cellules satellites musculaires mais régule également la synthèse des protéines en général.
Récemment, Bamman et al. a conclu que la régulation négative de la myostatine n'était pas corrélée avec la régulation positive des cyclines (Note: protéines impliquées dans la régulation du cycle cellulaire). Par contre, il y a une corrélation avec une augmentation de l'expression du MGF.
Par conséquent, il semble que la reconstitution d'une "population" de cellules souches locales se fasse par régulation positive du MGF.
Effets de l'exercice sur l'expression du MGF et de l'IGF-1Ea
Il est certain qu'un entrainement durant lequel les muscles actifs sont soumis à de fortes charges est le type d'exercice qui se traduit par une hypertrophie musculaire et que cela est associé à une augmentation de l'expression de l'IGF-1.
Cependant, ces études n'ont pas réussies à distinguer avec précision les différentes variantes de l'IGF-1 mises en jeux et leurs taux.
Comme mentionné ci-dessus, la voie MGF a été découverte par l'étude des transcriptions d'ARN chez le muscle soumis ou non à un stimuli.
Peu de temps après, Adams et al. a montré que le MGF est exprimé plus tôt que l'IGF-1Ea en réponse à l'exercice. Nous avons également constaté que, suite à des stimulus mécaniques et/ou lésions musculaires, l'IGF-1 est le premier gène épissé vers le MGF, puis plus tard vers l'IGF-1Ea.
Nous avons mesuré les niveaux d'ARNm du MGF et de l'IGF-1Ea en temps réel, en utilisant des biopsies musculaires prélevées 2h et demie après une séance d'extension du genou dehaute intensité.
Chez les sujets jeunes, les niveaux d'ARNm du MGF ont augmenté de façon significative à la suite de l'exercice de musculation mais aucun changement significatif n'a été observé chez les sujets âgés.
En outre, peu après l'exercice, les niveaux d'ARNm de l'IGF-1Ea sont restés quasiment inchangés dans les deux groupes.
Ces observations sont intéressantes car elles concordent avec les expérimentations animales pour lesquelles les taux de MGF ont augmenté avant ceux de l'IGF-1Ea, ce qui suggère que les deux isoformes sont régulés différemment et ont des fonctions bien différentes.
REFERENCES
30 - Different roles of the IGF-I Ec peptide (MGF) and mature IGF-I in myoblast proliferation and differentiation , Shi Yu Yang, Geoffrey Goldspink, FEBS Letters pages 156-160
"This study demonstrated that E peptide of the splice variant, MGF [4 and 6], is biologically active and has a distinct activity compared to that of mature IGF-I in that it can increase myoblasts proliferation but it totally inhibits the myotubes formation. Also the selective blocking of the IGF-I receptor provides evidence that MGF increases myoblast proliferation via a different signalling pathway."
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EPISSAGE:
Dans cet article, une nouvelle notion est introduite, celle d'épissage.
Il faut comprendre qu'un gène peut coder pour plusieurs protéines.
C'est un procédé un peu complexe. Pour ceux que ça intéresse et qui veulent en savoir plus, voici quelques liens qui pourront vous aider.
L'épissage - Définition de Wikipédia
Régulation par épissage alternatif
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Edit: Je travaille actuellement en collaboration avec un laboratoire. Celui-ci m'a remis des documents plutôt bien foutus sur certains peptides dernière génération. C'est le cas du MGF et de sa version Peglysée.
Voici les informations en question, je vais les traduire au fur et à mesure !
Bonne lecture.
Le MGF (Mechano Growth Factor)
La perte de masse musculaire chez les sujets âgés est (souvent) associé à des pathologies empêchant/altérant l'expression du gène codant pour le MGF.
- L'habilité à produire du MGF décline avec l'âge, et ce déclin coïncide avec la baisse du taux de GH circulant
- Le MGF a montré sa capacité à stimuler la masse musculaire en améliorant la capacité de croissance des tissus.
- Le MGF a montré sa capacité à activer les cellules souches musculaires (myoblastes ou cellules satellites).
- Le MGF a une action positive sur la régulation de la synthèse des protéines.
- Le MGF induit une hypertrophie musculaire rapide
- Le MGF a un potentiel considérable en tant que moyen de traitement de la cachexie musculaire.
Le séquençage du génome humain a montré qu'il y a environ 40 000 gènes. Cependant, il y a beaucoup plus de protéines. En effet, certains gènes sont épissés (voir: notion d'épissage) pour produire plusieurs protéines/peptides distinct(e)s qui ont généralement
des fonctions biologiques différentes.
En combinant des méthodes de biologies et de physiologies moléculaires, on a pu identifier et caractériser un facteur de croissance et de réparation musculaire local: le MGF.
Après un exercice de résistance, le gène de l'IGF-1 est épissé vers le MGF qui engendre l'hypertrophie et/ou la réparation des dommages musculaires locaux en activant les cellules souches musculaires ainsi que les processus anabolisants.
Fait intéressant, la perte de la masse musculaire chez les personnes âgées et dans certaines maladies est associée à une altération de la capacité d'exprimer le MGF.
Le Mecano Growth Factor (MGF) aussi appelé IGF-1Ec est un facteur de croissance et de réparation exprimé suite à un entrainement ou des lésions musculaires. Il a été démontré que le MGF stimule l'augmentation de la masse musculaire en améliorant la capacité de
croissance des tissus, en activant les cellules souches musculaires et en régulant positivement la synthèse protéique.
Le MGF fait partie de la famille des IGFs mais, dans le cas du MGF, une partie du peptide (très spécifique) agit comme un facteur de croissance distinct impliqué dans le recrutement et l'activation de cellules satellites musculaires (souches).
De plus, la forme MGF dérivée de l'IGF conserve son domaine de réception aux IGF-1-récepteurs et améliore par conséquent la masse musculaire. (GR Adams 2002).
Le Mecano Growth Factor (MGF) est un dérivé du facteur de croissance IGF-1 mais sa séquence est différente de l'IGF-1 systémique produit par le foie. Le MGF est exprimé par le muscle stimulé mécaniquement et est impliqué dans la réparation des tissus. Il est exprimé sous forme de "pulsions" suite à des dommages musculaires et est impliqué dans l'activation des cellules satellites musculaires.
Un "don de noyaux" (je pense qu'il faut comprendre ici le recrutement et l'activation des cellules "souches" musculaires dites satellites) est nécessaires aux fibres musculaires pour la réparation et le processus d'hypertrophie qui a des mécanismes de régulation similaires.
Par conséquent, le MGF semble être un facteur plus anabolisant que l'IGF-1 systémique car il répond aux signaux produits par les tissus musculaires endommagés suite à l'exercice et les répare prévenant ainsi la mort cellulaire.
La perte de masse musculaire (sarcopénie) est l'un des principaux problèmes liés au vieillissement et qui engendre des problèmes de santé majeurs et des implications socio-économiques importantes.
L'axe de croissance GH/IGF-1 est considéré comme un régulateur important de la masse musculaire. Toutefois, il a maintenant été démontré que d'autres tissus que le foie expriment des formes de l'IGF-1 et que la forme systémique de l'IGF-1 (IGF-1Ea hépatique) a des actions bien distinctes des formes d'IGF-1 exprimées localement.
Au moins deux types différents d'IGF-1 exprimés dans les muscles squelettiques sont issus du gène de l'IGF-1 par épissage alternatif. L'un d'entre eux, exprimé en réponse à une activité physique a été nommé Mecano Growth Factor. L'autre est semblable au type
systémique (hépatique) IGF-1Ea.
Le MGF par rapport à l'IGF-1Ea diffère par sa séquence peptidique qui est responsable de la reconstitution des cellules satellites dans le muscle squelettique. En d'autres termes, le MGF est plus anabolisant.
Dans des expériences in vivo où les muscles des rats ont été soumis à des dommages mécaniques ou à l'injection d'un agent myotoxique, il a été démontré (Hill & Goldspink, 2003) que l'expression du MGF précède l'activation des cellules satellites. C'est donc lui qui est responsable du recrutement et de l'activation de celles-ci.
Ceci est en accord avec la conclusion que lorsque les cellules du muscle squelettique en cultures ont été soit transfectées avec l'ADNc du MGF, soit traitées avec le peptide MGF, elles ont augmenté en nombre mais sont restées des myoblastes mononuclées (Yang & Goldspink, 2002).
Il semble que le MGF joue un double rôle dans l'induction de l'activation des cellules satellites ainsi que dans la synthèse protéique. C'est pourquoi il est beaucoup plus puissant que le type hépatique (IGF-1Ea) pour induire une hypertrophie musculaire rapide.
La capacité de produire le MGF décline avec l'âge et c'est d'ailleurs en adéquation avec la baisse des taux circulant de GH.
Un traitement à la GH régule (indirectement) le niveau d'IGF-1 systémique. Si l'on y associe des exercices de résistances, il y aura une augmentation de l'épissage du gène de l'IGF-1 vers le MGF ce qui améliorera la capacité du muscle à répondre à l'activité physique.
Augmentation de la GH --> Augmentation de l'IGF-1 systémique (hépatique) --> Augmentation du taux de MGF après épissage du gène de l'IGF-1.
(Goldspink and Harridge 2004)
La caractérisation d'un facteur de réparation local des tissus (MGF) qui est produit après un exercice et/ou des dommages musculaires par épissage différentiel du gène de l'IGF-1 permet de comprendre comment le muscle est maintenu (entretenu) chez le sujet jeune.
Le MGF diffère de l'IGF-1 systémique par un insert de 49 paires de bases dans l'exon 5 qui introduit un changement de cadre de lecture. Il en résulte une extrémité C-terminale aux propriétés uniques !
Le muscle est un tissu post-mitotique, ainsi le remplacement des cellules n'est pas un moyen de réparation. Il doit posséder son propre mécanisme de réparation locale sinon les cellules endommagées subissent la mort cellulaire.
Les noyaux d'appoint pour la réparation des muscles et l'hypertrophie sont fournies par les cellules satellites musculaires (souches). La réserve (stock) de ces cellules souches est apparemment "alimentée" par l'action du MGF qui est produit suite à un stimuli mécanique.
Malheureusement, la production de MGF est déficiente dans certaines maladies. C'est le cas pour la dystrophie musculaire dont le mécanisme de mécanotransduction est défectueux et empêche la synthèse correcte de dystrophine.
Dans les muscles des sujets âgés, la diminution des taux d'hormone de croissance diminue indirectement le taux d'IGF-1 systémique et ainsi, l'épissage du gène de l'IGF-1 vers le MGF. Par conséquent, il y a une incapacité croissante à maintenir la masse musculaire au cours du vieillissement.
L'administration de MGF synthétique produit une augmentation marquée de la force musculaire. Ce peptide a, par conséquent, un potentiel considérable en tant que moyen de traitement de la cachexie. (Goldspink 2006)
Le muscle squelettique est l'un des rares tissus possédant une capacité de réparation rapide et généralisée.
La source de cette capacité régénératrice se trouve dans les réserves des précurseurs des cellules souches musculaires, hébergées par les myofibres. Les myofibres (fibres musculaires) qui composent le muscle squelettique sont des cellules musculaires regroupées entres elles et possédant une propriété contractile (myofibrilles), une source d'énergie (mitochondries), de nombreux noyaux (myonoyaux) et une unité cytoplasmique (sarcoplasme, dont plus des deux tiers est de l'eau).
Posologie du MGF non PEGylé:
100-200mcg par jour.
Dose administrée de façon symétrique dans les muscles travaillés précédemment dans la séance.
50 / 50mcg à 100 / 100mcg en intramusculaire locale.
Administration dans l'heure suivant la séance (pour le MGF non PEGylé !).
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Petit rajout d'informations à propos de la version PEGylée du MGF
MGF Informations
Le MGF est une variante de l'IGF-1 par épissage alternatif du gène. Ce facteur augmente le nombre de cellules souches musculaires et permet la fusion et la maturation des fibres. C'est un processus nécessaire à la croissance des tissus musculaires adultes.
* Le MGF naturel (produit biologiquement) est exprimé localement et ne voyage pas dans la circulation sanguine. Sa courte demi-vie n'est donc pas un problème.
* Par contre, le MGF synthétique lui, est dit "water based" c'est à dire à base d'eau. Lorsqu'il est administré par voie intramusculaire, il voyage dans la circulation sanguine. Hors, tout comme son homologue naturel, il a une courte demi-vie et n'est stable dans la circulation sanguine que pendant quelques minutes.
Le processus de PEGylation est l'ajout d'une structure polyéthylène glycol (PEG) à une molécule plus grosse (dans notre cas, le MGF). Le PEG agit comme un revêtement de protection et permet en théorie au MGF de circuler dans le sang plus longtemps sans être dégradé.
Action du MGF et sécurité du processus de PEGylation
Le MGF est produit biologiquement lorsque les fibres musculaires sont soumises à un stimuli mécanique / entrainement (musculation) et/ou à des lésions. Il représente un puissant facteur de croissance musculaire. Le MGF stimule la croissance musculaire, créé de nouvelles fibres musculaires, favorise la rétention d'azote et augmente la synthèse protéique.
Ce produit est couramment utilisé dans la croissance globale du muscle ainsi que dans la croissance spécifique des muscles en retard par rapport au reste.
Les résultats dépendent en partie du dosage. La perte de graisse et l'augmentation de la force sont généralement moins marqués avec MGF que lors de l'utilisation de l'IGF-1Ea.
Le complexe Polyéthylène glycol (PEG) en lui même est sûr et sans danger pour les utilisateurs. Il a été approuvé par la US FDA (Food and Drug Administration) et ne réagit pas dans le corps. Le PEG MGF n'est pas décomposé dans l'organisme et est excrété (intacte) dans les urines ou les selles. Tout risque associé à un composé PEGylé est dû au composé lui même et non à sa PEGylation.
PEG MGF: Données techniques
Lors d'une étude sur des rongeurs âgés, la réduction du nombre de fibres dans leurs muscles âgés a pu être attribuée à une diminution de l'activité des cellules satellites musculaires. Après qu'une certaine taille aie été atteinte, la croissance a cessé. En présence de MGF, les cellules satellites ont été de nouveau réactivées et l'hypertrophie de muscles matures a pu continuer.
Dans les expériences où le MGF a été administré par voie intramusculaire, il y a eu une augmentation de 20% de la masse des fibres musculaires traitées, et ce, en 2 semaines. (Goldspink, 2001)
Dans d'autres études, il a fallu 4 mois pour voir apparaitre une augmentation de 25% de la masse musculaire par traitement à l'IGF-1Ea. (Musaro et al. 2001)
Le MGF a donc été jugé plus puissant que l'IGF-1Ea pour la croissance musculaire rapide.
Note: Ces données ont été recueillies après expériences au MGF non PEGylée ("regular" MGF). On peut néanmoins supposer des résultats similaires avec le PEG MGF.
Ainsi, des administrations répétées de MGF et d'IGF-1 Lr3 permettent une augmentation rapide de la croissance musculaire.
Protocole (proposé dans le document):
- Jours off: 200 à 400mcg de PEG MGF
- Jours on : 100 à 200mcg de MGF divisés en deux injections symétriques dans les muscles qui viennent d'être travaillés (dans l'heure suivant la séance) + 100mcg d'IGF-1 Lr3
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