Epigenetica Dell’Esercizio Fisico E Salute Muscolare
La memoria del muscolo scheletrico viene definita come la capacità del muscolo di rispondere agli stimoli ambientali in modo adattivo / disadattivo, in seguito alla successiva presentazione dello stimolo ambientale (es. esercizio acuto o cronico, danno / infortunio muscolare, malattia).
Questo è importante perché in base alla valenza dello stimolo, i muscoli possono rispondere a questi stimoli mantenendosi sani, anche per tutta la vita, oppure diventare più suscettibili alla perdita di massa muscolare in età avanzata.
Prove emergenti suggeriscono che anche dopo stimoli ambientali a breve termine, i muscoli scheletrici possono conservare l’informazione molecolare, per innescare un adattamento futuro nel momento in cui si incontri lo stesso stimolo (così come noi quando ricordiamo all’improvviso un evento dell’infanzia passata, così il muscolo scheletrico può creare un quadro simile), il tutto spiegato dall’epi’-memoria muscolare (epigenetica muscolare).
L’epigenetica è definita come lo studio dei cambiamenti negli organismi, causati dalla modifica dell’espressione genica o dall’alterazione del codice genetico stesso.
Affinché gli stimoli / stress ambientali possano causare modifiche nell’espressione genica, occorre l’attivazione o disattivazione di geni. Modifiche epigenetiche possono essere transitorie (ad esempio dopo una sola sessione di esercizio aerobico ad alta intensità), o stabile, con un’eredità genetica.
§È stato segnalato che i segni epigenetici del DNA e persino gli RNA, possono essere trasferiti alla prossima generazione, contribuendo al metabolismo “ereditabile”. Questa prova indica fermamente che l’epigenetica gioca un ruolo importante nella conservazione delle informazioni per la successiva generazione. Si è visto che le cellule del muscolo scheletrico conservano il DNA modificato a causa dello stress infiammatorio, nelle fasi della prima infanzia e che queste informazioni, possono essere inglobate a lungo termine nella vita del soggetto (Sharples et al., 2015).
MEMORIA DELLA CELLULA MUSCOLARE
L’epigenetica significa “sopra la genetica” ed è definita come la modifica dell’attività e espressione genica, come risultato di una modifica strutturale transitoria o stabile, senza alterare il codice genetico.
Le modifiche sono causate direttamente al DNA tramite ed esempio la metilazione. Attualmente, esistono diversi studi riguardo il controllo epigenetico di cellule staminali muscolari e il processo di miogenesi / funzione delle cellule staminali muscolari.
Tuttavia, uno studio molto recente ha analizzato l’epigenetica sottostante in cellule derivate da muscoli di soggetti obesi, dove l’eccesso di lipidi, ha indotto una maggiore metilazione del DNA delle cellule muscolari, con la successiva soppressione del gene PPARd. Questo studio implica che la modifica epigenetica del metabolismo dei lipidi, si è verificata a causa del permanere dell’obesità. Questa modifica genica in negativo, del metabolismo dei lipidi, era un importante mediatore della funzione metabolica nella prossima generazione. Un altro studio, suggeriva che la riduzione dell’espressione genica di PGC-1a nel muscolo scheletrico della prole, è stata sostenuta da aumenti nella metilazione di DNA del genitore (Zeng et al., 2013).
Inoltre, diete nell’infanzia, ad alto contenuto di carboidrati, evidenziano in modo importante un nuovo meccanismo epigenetico, associato ad insulino-resistenza e obesità nell’età adulta.
Nell’uomo, la relazione tra lo stress del nutriente e la modulazione epigenetica del diabete e dell’obesità, ha riferito alterazioni della metilazione del DNA in oltre 6508 geni studiati su 14475 geni (Jacobsen et al., 2012). Esiste una lenta reversibilità della metilazione del DNA, quando la dieta prevede un più alto contenuto di grassi, dove del 10% dei geni alterati, solo il 66% di questi geni, ha mantenuto quello stato di metilazione, indotto da un eccesso di carboidrati.
Gli studiosi hanno dimostrato che le cellule muscolari scheletriche possono subire uno stress infiammatorio (es. indotto dallo sforzo fisico), ma l’adattamento allo stimolo fa si che le caratteristiche funzionali destabilizzate, vengano subito “ripristinate” per sopperire alla normale funzione, dove l’auto-rinnovamento è fondamentale per il muscolo, nel rispondere ai periodi rigenerativi.
Nel complesso, si suggerisce fortemente che le modifiche epigenetiche, vengono mantenute per tutta la durata della vita e possono influire sulla funzione dei muscoli scheletrici in età avanzata. Queste modifiche potrebbero essere mirate anche per scopi terapeutici per limitare la perdita di muscolo scheletrico associata all’invecchiamento.
EPIGENETICA DELL’ADATTAMENTO ALL’ESERCIZIO FISICO
La “memoria” muscolare descrive la capacità del muscolo di rispondere più vantaggiosamente e rapidamente agli stimoli vissuti in passato (esempio dopo l’infortunio o allenamento aerobico già svolto).
Ci sono prove che i muscoli rispondono in maniera adattiva, sia morfologicamente che funzionalmente dopo il recupero (es. dopo un precedente periodo di esercizio), in particolare nell’esercizio di resistenza.
Per quanto riguarda gli adattamenti epigenetici indotti dall’esercizio fisico, 60 minuti di allenamento ad alta intensità (75% VO2 max / massima capacità aerobica), comporta acetilazione indotta dell’istone di H3 nel muscolo scheletrico, processo che è controllato dalla rimozione del HDAC dal nucleo (McGee et al., 2009).
Studi che hanno analizzato l’ipermetilazione di PGC-1a con riduzione del contenuto mitocondriale, nei soggetti con diabete 2, hanno riportato che è stata ridotta la metilazione del DNA della PGC-1a, immediatamente dopo una sessione di esercizio aerobico all’80% della massima capacità aerobica.
Si è visto anche che, 120 minuti di esercizio in regime stazionario (picco di Vo2 del 60%), ha portato ad un aumento della metilazione nel promotore della proteina 3 legante gli acidi grassi (FABP3) dopo 4 ore di recupero, con conseguente modificazione di trascrizione dell’mRNA (Lane et al., 2015).
La soppressione della metilazione del DNA, è associata ad un aumento di mRNA basale della PGC-1a dopo l’esercizio (Lochmann et al., 2015).
Per quanto riguarda l’esercizio fisico a lungo termine, in 6 mesi di esercizio aerobico supervisionato, con 3 sessioni a settimana da 1 ora (varia intensità), ha cambiato la metilazione di diversi geni del metabolismo (Nitert et al., 2012), come ad esempio cambiamenti nell’espressione di Glut4, che influenza l’assorbimento di glucosio nel muscolo scheletrico (Smith et al., 2007, 2008).
Inoltre, nello stesso studio, la metilazione della sub-unità di NADH deidrogenasi ubiquinone 1 C2 (NDUFC2) è aumentata, codificando un enzima che fa parte della catena respiratoria (Olsson et al., 2011), comportando così la metilazione dei recettori adiponectinici 1 e 2 e della bradichinina (BDKRB2), entrambi coinvolti nella regolazione del metabolismo nel muscolo scheletrico (Taguchi et al., 2000; Yamauchi et al., 2003).
Insieme alle alterazioni epigenetiche a livello tissutale, nelle cellule satellite, dopo l’esercizio fisico, si è registrato un aumento della segnalazione che porta le stesse, all’uscita dai loro stati di riposo, con un aumento della loro attività (Fujimaki et al., 2014).
Gli stimoli di esercizio fisico, acuti e cronici, possono causare modificazioni epigenetiche nel muscolo scheletrico, trasmettendoli anche alla prole. Le cellule satellite possono proliferare, autorinnovarsi e potenzialmente trasmettere modifiche epigenetiche, alle figlie (Sharples et al., 2015a).
Sulla base delle prove degli studi di programmazione metabolica in animali e negli esseri umani, si suggerisce che esiste una conservazione delle informazioni epigenetiche nelle cellule muscolari scheletriche.
La memoria è sostenuta da modifiche epigenetiche (epi-memoria).
Lo studio ha il potenziale di aprire la strada alla futura comprensione dei meccanismi di adattamento e plasticità dei muscoli scheletrici, così da migliorare la salute muscolare.
BIBLIOGRAFIA
A. P. Sharples et al. “Does skeletal muscle have an ‘epi’-memory? The role of epigenetics in nutritional programming, metabolic disease, aging and exercise”, Review, Aging Cell (2016) 15, pp603–616.
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