Come i muscoli reagiscono all'esercizio fisico a livello molecolare / How Your Muscles Respond to Exercise at the Molecular Level

Come i muscoli reagiscono all'esercizio fisico a livello molecolare / How Your Muscles Respond to Exercise at the Molecular Level

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Una proteina attivata dall'esercizio fisico e dal digiuno potrebbe aprire nuove strade per lo sviluppo muscolare.

I ricercatori dell'Istituto tedesco di nutrizione umana di Potsdam-Rehbruecke (DIfE) e di altri istituti partner del Centro tedesco per la ricerca sul diabete (DZD) hanno identificato una funzione finora sconosciuta della proteina PICALM nel muscolo scheletrico: la proteina risponde in modo sensibile all'attività fisica ed al digiuno intermittente. Inoltre, svolge un ruolo decisivo nella formazione di nuove fibre muscolari. Il rapporto del team è stato pubblicato sulla rivista " Molecular Metabolism".

Precedenti studi condotti presso il DIfE  hanno già dimostrato che la proteina PICALM (phosphatidylinositol binding clathrin assembly protein) presente nel tessuto adiposo è regolata da interventi sullo stile di vita ed influenza i processi metabolici in tale tessuto. I ricercatori hanno ora combinato diversi approcci sperimentali per studiare il ruolo di PICALM nel muscolo. In studi condotti su modelli murini, tra cui il consolidato modello NZO per i disturbi metabolici, hanno analizzato varie forme di digiuno intermittente. Ciò ha rivelato un aumento dell'espressione di PICALM nel tessuto muscolare. Un effetto simile è stato osservato anche in topi sani sottoposti a regolare esercizio fisico.

Il gruppo ha anche analizzato campioni muscolari provenienti da uno studio di allenamento condotto presso l'Università di Tubinga, in cui i partecipanti in sovrappeso hanno completato un programma strutturato di allenamento su cicloergometro. Anche in questo caso, l'espressione di PICALM è aumentata dopo l'allenamento. "I risultati indicano che PICALM svolge un ruolo importante nel modo in cui le cellule muscolari si adattano alle mutevoli condizioni di vita", afferma la dott.ssa Heike Vogel del DIfE, ultima autrice della pubblicazione.

Ruolo chiave nella formazione muscolare

In esperimenti condotti su cellule muscolari in coltura, i ricercatori hanno dimostrato che PICALM è essenziale per la formazione di nuove fibre muscolari a partire da cellule progenitrici (miogenesi). Se l'espressione di PICALM veniva ridotta, queste cellule si sviluppavano in fibre muscolari mature in modo significativamente meno efficace.

Ciò è apparentemente dovuto a disturbi nei processi cellulari fondamentali. PICALM è coinvolto in un meccanismo mediante il quale le cellule assorbono e trasportano componenti come il fattore di crescita epidermico (EGF). Alterazioni di questo processo, noto come endocitosi mediata dalla clatrina, provocano difetti simili a quelli causati dalla mancanza di PICALM.

Un basso livello di PICALM altera anche la composizione delle proteine ​​sulla superficie cellulare e compromette l'organizzazione del citoscheletro di actina. Questa rete è fondamentale per la forma, la stabilità ed il movimento delle cellule, e quindi anche per l'allineamento e la fusione delle cellule progenitrici muscolari in fibre muscolari funzionanti.

Nuove prospettive per la prevenzione e la terapia

"Abbiamo scoperto che PICALM è una componente importante dei meccanismi di adattamento molecolare nel muscolo. Risponde all'allenamento ed al digiuno, influenzando anche la formazione di nuove fibre muscolari. A lungo termine, i nostri risultati potrebbero contribuire allo sviluppo di nuovi approcci per la prevenzione ed il trattamento della perdita di massa muscolare nella terza età e nelle malattie metaboliche", riassume Vogel. 

Lo studio amplia la comprensione delle diverse funzioni di PICALM. Mentre la proteina regola principalmente i processi metabolici nel tessuto adiposo, nel muscolo controlla i processi strutturali di formazione cellulare. PICALM assume quindi funzioni diverse a seconda del tipo di tessuto.

ENGLISH

A protein activated by exercise and fasting may unlock new ways to build muscle.

Researchers from the German Institute of Human Nutrition Potsdam-Rehbruecke (DIfE) and other partner institutions of the German Center for Diabetes Research (DZD) have now identified a previously unknown function of the PICALM protein in skeletal muscle: The protein responds sensitively to physical activity and intermittent fasting. It also plays a decisive role in the formation of new muscle fibers. The team’s report has been published in the journal 'Molecular Metabolism'.

Previous work at DIfE has already shown that the phosphatidylinositol binding clathrin assembly protein (PICALM) in adipose tissue is regulated by lifestyle interventions and influences metabolic processes there. The researchers have now combined various experimental approaches to investigate the role of PICALM in muscle. In studies using mouse models, including the established NZO model for metabolic disorders, they analyzed various forms of intermittent fasting. This revealed increased PICALM expression in muscle tissue. A similar effect was also observed in healthy mice that were subjected to regular exercise.

The team also analyzed muscle samples from a training study at the University of Tübingen, in which overweight participants completed a structured bicycle ergometer program. Here, too, PICALM expression increased after training. “The results indicate that PICALM plays an important role in how muscle cells adapt to changing living conditions,” says PD Dr. Heike Vogel from DIfE, last author of the publication.

Key Role in Muscle Formation

In experiments with cultured muscle cells, the researchers demonstrated that PICALM is essential for the formation of new muscle fibers from progenitor cells (myogenesis). If PICALM expression was reduced, these cells developed significantly less well into mature muscle fibers.

This is apparently due to disturbances in fundamental cellular processes. PICALM is involved in a mechanism by which cells take up and transport components such as epidermal growth factor (EGF). Impairments to this process, which is known as clathrin-mediated endocytosis, result in defects similar to those caused by a lack of PICALM.

A low PICALM level also changes the composition of proteins on the cell surface and disrupts the organization of the actin cytoskeleton. This network is crucial for cell shape, stability and movement-and therefore also for the alignment and fusion of muscle progenitor cells into functioning muscle fibers.

New Perspectives for Prevention and Therapy

“We have discovered that PICALM is an important component of the molecular adaptation mechanisms in muscle. It responds to training and fasting, while also influencing the formation of new muscle fibers. In the long term, our findings could help to develop new approaches for the prevention and treatment of muscle loss in old age and metabolic diseases,” summarizes Vogel. 

The study expands the understanding of the diverse functions of PICALM. While the protein primarily regulates metabolic processes in adipose tissue, it controls structural processes of cell formation in muscle. PICALM therefore takes on different functions depending on the tissue type.

Da:

https://www.technologynetworks.com/proteomics/news/how-your-muscles-respond-to-exercise-at-the-molecular-level-411655