Linea di Ricerca 1 - Fondazione Don Carlo Gnocchi

Ricerca corrente
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Linea di Ricerca 1
OBIETTIVI
Studio delle modificazioni indotte nel tessuto muscolare da allenamento
fisico aerobio, con particolare attenzione al confronto
tra muscolo a metabolismo prevalentemente ossidativo e
muscolo a metabolismo prevalentemente glicolitico; effetti dei
ROS sul danno muscolare e sulla sua riparazione e loro funzione
di segnalazione nell’adattamento del muscolo all’esercizio.
METODI
Gruppi di ratti maschi di ceppo Sprague-Dowley vengono
abituati al cicloergometro all’età di 8 settimane e, dopo una
settimana, iniziano un allenamento graduale che li porta ad
acquisire, nel giro di 10 settimane, una VO2 pari a circa il 60%
(allenamento moderato) o l’80% (allenamento intenso) del
massimo. Si noti che entrambi i livelli sono da considerarsi livelli
amatoriali. I controlli sono ratti sedentari di pari età. Al termine
del periodo di allenamento, i ratti sono sacrificati e dalle
zampe posteriori vengono prelevati muscolo soleo (SOL), a
metabolismo prevalentemente ossidativo e muscolo tibiale
anteriore (TA), a metabolismo prevalentemente glicolitico.
Ci siamo avvalsi di numerose tecniche, dall’istochimica alla
morfometria, dallo studio dell’espressione genica mediante
Real Time PCR, a quello dell’espressione di particolari proteine
tramite Western Blotting, da un’indagine proteomica eseguita
su gel bidimensionale (IF+SDS-PAGE), alla valutazione
delle modificazioni proteiche indotte dall’ossidazione (gruppi
carbonilici), e all’identificazione delle proteine isolate tramite
MALDI-TOF, dalla valutazione dello stato di pompe e canali
ionici, allo studio di attività enzimatiche e a quello di prodotti
di perossidazione lipidica.
RISULTATI
1. In una prima fase è stata eseguita un’approfondita analisi della
letteratura, che ha permesso la redazione di una review.
2. Analisi proteomica e stato di ossidazione dei muscoli allenati.
Questo lavoro ha utilizzato le più avanzate tecnologie
di valutazione proteomica per confrontare i muscoli SOL
e TA di ratti sedentari e di ratti sottoposti ad allenamento
intenso. Si è partiti da una separazione delle proteine mediante
Isoelectric Focusing, cui è seguita una separazione
nella seconda dimensione tramite elettroforesi in condizioni
denaturanti. Mentre un gel veniva semplicemente
colorato con Coomassie, l’altro gel, eseguito in parallelo,
veniva sottoposto a identificazione delle proteine carbonilate,
ossia modificate dall’ossidazione. Queste venivano
quantificate e si procedeva quindi a una loro identificazione
mediante spettroscopia di massa (MALDI-TOF). I risultati
principali sono i seguenti: a) identificazione di 15 proteine
la cui espressione era influenzata dall’allenamento,
in particolare, diminuzione di enzimi glicolitici espressi nel
TA; b) identificazione di 13 proteine che vengono selettivamente
ossidate in conseguenza dell’allenamento, di cui
solo 4 comuni a entrambi i tipi di muscolo; c) identificazione
di 48 proteine che sono ossidate anche a livello basale,
parzialmente diverse nei due diversi tipi di muscolo; tra di
esse, proteine da stress, in particolare HSP70, e proteine
coinvolte nel metabolismo energetico e nella contrazione
muscolare. Questo aspetto rappresenta il dato forse più
significativo, in quanto si può concludere che l’ossidazione
delle proteine può rappresentare una specie di naturale
“valvola di compensazione” alla normale produzione di
ROS. Infatti si nota che il livello di ossidazione è maggiore,
in condizioni basali, sia nel SOL che nel TA, in considerazione
del loro diverso metabolismo.
La Fig. 1 mostra le proteine carbonilate riconosciute nel
SOL (a sinistra) e nel TA (a destra) in condizioni basali.
3. Adattamento del muscolo scheletrico all’esercizio e ruolo dei
ROS. Questa parte dello studio ha esaminato SOL e TA in
ratti sedentari e sottoposti ad allenamento aerobico moderato.
I risultati più significativi vengono dalla comparazione
dei due tipi di muscolo, che hanno consentito di determinare
che entrambi sono soggetti a modificazioni, anche in seguito
ad allenamento moderato. Entrambi i muscoli sono soggetti
a lieve, ma significativa, ipertrofia, tuttavia con modalità diverse,
in quanto il muscolo SOL, già con metabolismo ossidativo
e quindi con potenti sistemi antiossidanti già presenti,
subisce un modesto incremento percentuale delle fibre ossidative
e una modesta ipertrofia delle stesse, ma il muscolo
TA va incontro a importanti modificazioni in cui i ROS stessi
inducono l’aumento dei mitocondri, lo switch metabolico, e
una vera e propria proliferazione delle cellule muscolari, con
aumento delle fibre “rosse”.