Cercetătorii descoperă un motiv ascuns pentru slăbirea mușchilor odată cu vârsta
Mușchii devin în mod natural mai slabi pe măsură ce îmbătrânim, dar oamenii de știință au descoperit că unele dintre schimbările asociate cu îmbătrânirea ar putea ajuta, de fapt, la protejarea celulelor musculare de daune.
O nouă cercetare explică de ce mușchii îmbătrâniți schimbă tipul de fibre musculare și identifică o moleculă crucială care ar putea oferi o abordare nouă pentru tratarea pierderii musculare.
Tesutul muscular conține pachete de fibre cu funcții diferite. Fibrele cu contracție rapidă produc mișcări puternice și rapide, dar obosesc relativ repede. Fibrele cu contracție lentă, pe de altă parte, susțin activitatea susținută și conțin concentrații mai mari de mitocondrii, structuri celulare responsabile pentru producerea unei mari părți din energia de care au nevoie mușchii.
Pe măsură ce oamenii îmbătrânesc, forța musculară scade, iar mitocondriile devin mai puțin eficiente. Surprinzător, mușchii îmbătrâniți dezvoltă, de asemenea, o proporție mai mare de fibre cu contracție lentă, chiar dacă aceste fibre depind în mare măsură de mitocondriile care își pierd abilitățile de funcționare. Cercetătorii au observat schimbări similare în mai multe condiții care cauzează atrofie musculară.
Aceasta ridică o întrebare importantă: de ce ar depinde mușchii din ce în ce mai mult de un sistem energetic care devine mai puțin eficient?
Pentru a investiga acest puzzle, oamenii de știință s-au concentrat asupra cardiolipinei, o moleculă de grăsime specializată care se află aproape exclusiv în membrana interioară a mitocondriilor. Cardiolipina ajută la menținerea arhitecturii distincte a membranei, esențială pentru activitatea mitocondrială corectă.
Când cardiolipina lipsește, mitocondriile întâmpină dificultăți în a genera suficientă energie. De asemenea, devin mai puțin capabile să producă semnalele chimice și materialele esențiale de care au nevoie celulele pentru a funcționa.
Cercetătorii au descoperit că nivelurile de cardiolipină scad în mitocondriile musculare ale atât șoarecilor, cât și oamenilor, pe măsură ce îmbătrânim sau experimentăm boli. Această scădere a fost însoțită de anomalii structurale în mitocondrii și de pierderea funcției normale.
Pentru a determina dacă scăderea cardiolipinei contribuie direct la aceste schimbări, echipa a redus experimental nivelurile de cardiolipină în șoarecii tineri. Rezultatele au fost foarte asemănătoare cu ceea ce se întâmplă în timpul îmbătrânirii naturale. Fibrele musculare s-au mutat de la tipul cu contracție rapidă către fibrele cu contracție lentă, urmând un model observat anterior la șoarecii și oamenii mai în vârstă.
Mai surprinzător, restabilirea cardiolipinei la aproximativ două treimi din concentrația normală a început să inverseze atrofia musculară și a prevenit complet decesele premature observate la animalele afectate.
Experimentele ulterioare au dezvăluit o explicație neașteptată pentru această transformare. În loc să reprezinte doar o deteriorare a funcției musculare, schimbarea către fibrele cu contracție lentă pare să fie o reacție protectoare.
Când concentrațiile de cardiolipină scad, mitocondriile deteriorate produc cantități mult mai mari de specii reactive de oxigen (ROS). Aceste molecule foarte reactive pot dăuna structurilor celulare, dar joacă și un rol important în semnalizarea că ceva este în neregulă.
Cercetătorii au descoperit că ROS ajută la inițierea tranziției de la fibrele cu contracție rapidă la cele cu contracție lentă. Atunci când au tratat celulele musculare lipsă de cardiolipină cu un antioxidant pentru a reduce ROS, transformarea a devenit mai puțin pronunțată.
O proteină cunoscută sub numele de ERRγ joacă un rol central în coordonarea acestei reacții. Ea îi direcționează pe celule să-și reorganizeze mitocondriile și să își schimbe caracteristicile fibrelor musculare. Când oamenii de știință au inhibat ERRγ în celulele musculare crescute în laborator, tranziția între tipurile de fibre s-a oprit complet.
Echipa a descoperit, de asemenea, cum noile fibre remodelate se apără. Șoarecii cu insuficiență de cardiolipină absorb considerabil mai mult glucoză din fluxul lor sanguin. Totuși, mușchii lor nu foloseau în principal această cantitate suplimentară de zahăr pentru a produce energie.
În schimb, experimentele care au urmărit glucoza etichetată special au arătat că celulele musculare au redirecționat zahărul către fabricarea propriilor antioxidanți. Aceasta le-a ajutat să se protejeze împotriva efectelor dăunătoare ale ROS în exces.
„Schimbarea fibrelor nu reprezintă eșecul mușchilor, ci un schimb între putere și protecție. De aceea, intervențiile pot fi contraproductive: atunci când am administrat șoarecilor antioxidanți pentru a elimina ROS, mușchii lor au avut de suferit, nu s-au îmbunătățit”, afirmă Fabian Finger.
Deși concluziile sugerează posibile tratamente pentru declinul muscular legat de vârstă, experimentele care demonstrează mecanismul protector și inversarea atrofiei musculare au fost realizate pe șoareci. Mostrele musculare umane au fost folosite doar pentru a stabili că nivelurile de cardiolipină scad, de asemenea, odată cu înaintarea în vârstă la oameni.
Cu toate acestea, cercetătorii au deja câteva modalități de a influența cardiolipina. FDA a acordat recent aprobat accelerat elamipretidului, un medicament destinat să ajute la stabilizarea cardiolipinei, pentru sindromul Barth, o boală moștenită rară. Acest lucru sugerează că țintirea moleculei este fezabilă din punct de vedere medical, deși eficiența sa împotriva pierderii musculare legate de vârstă rămâne necunoscută.
O altă țintă potențială pentru tratament este ERRγ, proteina responsabilă pentru ajutarea mușchilor să se adapteze la stresul mitocondrial. ERRγ face parte dintr-o familie de proteine cunoscută sub numele de receptori nucleari. Aceste proteine sunt deja ținte stabilite pentru aproximativ 10 până la 15 procente din medicamentele aprobate de FDA realizate din molecule mici. Medicamentele care activează ERRγ sunt, de asemenea, investigate în cercetarea preclinică pentru alte aplicații medicale.
Descoperirile sugerează că terapiile viitoare ar putea funcționa prin restabilirea nivelurilor de cardiolipină sau prin influențarea adaptărilor protective controlate de ERRγ. „Ceea ce mă încurajează cel mai mult este că, chiar și o recuperare parțială a cardiolipinei, a fost suficientă pentru a readuce mușchiul. Întrebarea acum este dacă putem crește cardiolipina în mușchii îmbătrâniți sau ținti ERRγ pentru a promova adaptări sănătoase. Aici se află potențialul terapeutic”, afirm
