Ricerca

Il “passaggio” muscolare può controllare i benefici dell’esercizio

Sarah Lessard, Ph.D., ricercatrice assistente nella sezione di ricerca clinica, comportamentale presso Joslin Diabetes Center e Assistant Professor of Medicine presso la Harvard Medical School.

Alcune persone rispondono bene sia all’esercizio aerobico che all’allenamento di resistenza, mentre altre no. E alcuni di noi rispondono bene a una sola di queste cose, ma non a entrambe. Gli scienziati del Joslin Diabetes Center hanno ora scoperto un sorprendente “interruttore” molecolare che potrebbe aiutare a spiegare perché questo accade.

“Abbiamo identificato un percorso biologico attivato dall’esercizio che non è stato studiato affatto”, dice Sarah Lessard, Ph.D., assistente ricercatrice nella sezione di Joslin della ricerca clinica, comportamentale e dei risultati e primo autore su un documento che presenta la ricerca sulla rivista Nature Communications.

Studiando animali da laboratorio e gli umani, Lessard e i suoi colleghi hanno scoperto che una proteina chiamata chinasi C-Jun N-terminale (JNK) aiuta a guidare la risposta all’esercizio fisico. Se il JNK viene attivato durante l’esercizio, dicono i ricercatori, ciò stimola la crescita dei muscoli scheletrici. Se non è attivato, i muscoli migliorano il loro adattamento per resistenza e capacità aerobica.

“È come un interruttore”, osserva Lessard. “Se l’interruttore è attivo, avrai una crescita muscolare: se è spento, hai un adattamento di resistenza nel muscolo”.

L’esercizio fisico è alla base della nostra salute generale, e l’esercizio fisico che promuove la capacità aerobica è un fattore importante nella prevenzione del diabete, delle malattie cardiovascolari e di altre malattie metaboliche croniche. Tuttavia, tale capacità non è equamente distribuita tra di noi.

“Se cento persone fanno esattamente lo stesso programma di allenamento aerobico, alcuni avranno enormi miglioramenti nella capacità aerobica, e alcuni avranno poca o nessuna risposta”, osserva Lessard. Il suo laboratorio studia i segnali biologici che indicano a un muscolo di adattarsi per la capacità aerobica o per la crescita muscolare.

Nel lavoro precedente, il team Joslin ha esaminato quali geni sono stati attivati ??in due gruppi di ratti da laboratorio che sono stati allevati per molte generazioni per rispondere molto bene o molto male all’allenamento per esercizi di resistenza (esecuzione su tapis roulant). Gli scienziati hanno scoperto che l’attivazione della via biologica JNK indicava che un animale avrebbe risposto scarsamente all’allenamento di resistenza.

Tale scoperta è stata un po’ inaspettata, dal momento che i ricercatori sapevano che il JNK era associato a infiammazione in malattie metaboliche come il diabete di tipo 2 e l’obesità. Quindi perché la proteina dovrebbe essere attivata dall’esercizio?

Lessard e i suoi colleghi hanno iniziato il loro attuale studio con topi geneticamente modificati per escludere la produzione di JNK nei loro muscoli. Questi topi “knockout JNK” rimangono perfettamente sani e con forza agiscono sulle ruote nelle loro gabbie molto simili ai topi normali. (“I topi amano correre per diversi chilometri a notte”, osserva Lessard).

Ma quando entrambi i gruppi di topi sono stati addestrati a correre, gli investigatori hanno scoperto che i topi knockout JNK avevano un aumento molto più alto rispetto ai topi normali nella capacità di esercizio aerobico, insieme a livelli più elevati di vasi sanguigni e di un tipo di fibra muscolare specializzata per dare resistenza.

Successivamente, i ricercatori Joslin hanno condotto un esperimento che promuove la crescita muscolare negli animali. I topi normali raddoppiarono la massa dei loro muscoli affetti, ma i topi knockout JNK non aumentarono la loro massa muscolare quasi altrettanto.

Immergendosi più profondamente nei meccanismi biologici alla base di questi risultati, gli scienziati hanno scoperto che JNK opera attraverso un percorso ben studiato che coinvolge la miostatina, una proteina che trattiene la crescita muscolare. La miostatina è mirata in alcuni studi clinici che cercano di aumentare la massa muscolare nell’invecchiamento e in malattie come il cancro avanzato in cui la perdita muscolare è spesso un problema serio.

Gli investigatori Joslin hanno poi collaborato con Vernon Coffey, professore associato di esercizio fisico e scienze dello sport presso la Bond University di Gold Coast, nel Queensland, in Australia, con test su volontari sani e umani. I risultati del gruppo di Coffey indicavano che meccanismi biologici simili erano all’opera.

I test hanno dimostrato che JNK era altamente attivato nei muscoli degli uomini che sollevavano pesi alle gambe, un esercizio di resistenza. Al contrario, il JNK generalmente non veniva attivato nei muscoli quando i volontari eseguivano il ciclismo, un esercizio di resistenza.

Ma una significativa minoranza di soggetti del test ha mostrato qualche attivazione JNK nei muscoli delle gambe durante l’esercizio di resistenza. Tale attivazione potrebbe prevenire adattamenti di resistenza e spiegare perché alcune persone non rispondono anche all’esercizio di resistenza.

Il team Joslin sta esaminando vari modi per inibire l’attivazione di JNK. Tra questi, gli scienziati pensano che l’attivazione di JNK durante l’esercizio dipende dalla quantità di stress meccanico sul muscolo e che alcune persone sperimentano un livello più elevato di stress meccanico durante l’esercizio aerobico. In tal caso, sviluppare approcci per ridurre questo stress potrebbe migliorare la risposta.

Inoltre, i ricercatori stanno facendo esperimenti con modelli animali per cercare di trattare questa condizione con farmaci che inibiscono il JNK o bersagli molecolari correlati.

Lo studio Joslin ha implicazioni dirette per la prevenzione del diabete di tipo 2, la riduzione delle complicanze del diabete e la prevenzione delle malattie cardiovascolari. Potrebbe anche rivelarsi utile per lo sviluppo di approcci terapeutici per la costruzione di muscoli per combattere le malattie di deperimento muscolare. (Può anche aiutare a spiegare il “fenomeno di interferenza” sperimentato dagli atleti durante un allenamento concorrente).

“Abbiamo iniziato a capire come il muscolo decide se crescere o adattarsi per la resistenza, cosa che in realtà non era conosciuta”, riassume Lessard. “E stiamo scoprendo che questo processo è direttamente collegato al rischio di diabete di tipo 2”.

Lessard ei suoi colleghi stanno ora testando questa ipotesi in uno studio che analizza il percorso biologico JNK durante l’esercizio di resistenza, confrontando le persone con un rischio elevato di diabete di tipo 2 rispetto a quelle con rischio normale.

Se l’eccessiva attivazione del pathway JNK durante l’esercizio di endurance aumenta effettivamente il rischio di diabete e se gli scienziati riescono a trovare un modo per fermare quel processo, “potremmo essere in grado di invertire il rischio in alcune persone”, ipotizza Lessard.