Esperimenti con topi e umani hanno dimostrato che l’allenamento fisico ha aumentato l’espressione nel tessuto adiposo di un enzima chiave per la salute metabolica dell’organismo, combattendo gli effetti nocivi dell’invecchiamento e dell’obesità
Il tessuto adiposo non è solo un semplice serbatoio di energia per periodi di scarsità di cibo. Contribuisce in modo significativo alla regolazione del metabolismo, rilasciando varie molecole nel flusso sanguigno, compresi i microRNA che modulano l’espressione dei geni chiave in diverse parti dell’organismo, inclusi fegato, pancreas e muscoli.
La ricerca ha dimostrato che sia l’invecchiamento che l’obesità possono compromettere la produzione di questi microRNA regolatori da parte del tessuto adiposo e favorire lo sviluppo di malattie come il diabete e la dislipidemia. La buona notizia è che questo processo degenerativo può essere invertito praticando un regolare esercizio aerobico, secondo uno studio pubblicato su Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) .
“Esperimenti con topi e umani hanno dimostrato che l’esercizio aerobico stimola l’espressione di un enzima chiamato DICER, essenziale per l’elaborazione di questi microRNA. Abbiamo quindi osservato un aumento della produzione di queste molecole regolatrici da parte delle cellule adipose, con diversi benefici per il metabolismo “, ha detto Marcelo Mori , professore presso l’Istituto di Biologia dell’Università di Campinas (IB-UNICAMP) nello stato di San Paolo, Brasile, e uno dei principali investigatori del progetto, che è stato sostenuto da FAPESP (São Paulo Research Foundation) e condotto in collaborazione con gruppi dell’Università di Copenaghen in Danimarca e dell’Università di Harvard negli Stati Uniti.
Gli esperimenti sono stati eseguiti durante la ricerca post-dottorato di Bruna Brasil Brandão , ex dottoranda di Mori e ora presso la Harvard Medical School, lavorando come ricercatore nel laboratorio del professor C. Ronald Kahn .
I risultati hanno mostrato la comunicazione tra muscolo e tessuto adiposo durante l’esercizio aerobico tramite molecole di segnalazione secrete nel flusso sanguigno. Questo scambio di informazioni rende più efficiente il consumo di energia da parte delle cellule adipose, consentendo al metabolismo di adattarsi all’esercizio e migliorando le prestazioni dei muscoli.
I topi sono stati sottoposti a un protocollo di corsa su tapis roulant di 60 minuti per otto settimane. Man mano che diventavano più in forma, la velocità e l’inclinazione del tapis roulant erano aumentate. Alla fine, oltre al miglioramento delle prestazioni, gli scienziati hanno riscontrato un aumento significativo dei livelli di espressione di DICER negli adipociti, che è stato accompagnato da una riduzione del peso corporeo e del grasso viscerale.
Quando hanno ripetuto l’esperimento con topi geneticamente modificati per non esprimere DICER nelle cellule adipose, i ricercatori hanno scoperto che gli effetti benefici dell’esercizio aerobico erano di gran lunga inferiori. “Gli animali non hanno perso peso o grasso viscerale e la loro forma fisica complessiva non è migliorata”, ha detto Mori. “Abbiamo anche osservato che le cellule adipose utilizzavano il substrato energetico in modo diverso in questi topi GM rispetto ai topi selvatici, lasciando meno glucosio disponibile per i muscoli”.
Nell’uomo, sei settimane di allenamento ad intervalli ad alta intensità (HIIT) sono state sufficienti per aumentare di cinque volte la quantità di DICER nel tessuto adiposo in media. L’effetto è stato osservato sia nei volontari più giovani, di circa 36 anni, sia nei soggetti più anziani, di circa 63 anni. Tuttavia, la risposta variava considerevolmente da individuo a individuo, con DICER in aumento fino a 25 volte in alcuni e pochissimo in altri.
Meccanismo dettagliato
Il ruolo del DICER e dell’elaborazione dei microRNA nel tessuto adiposo è stato descritto per la prima volta nel 2012 in un articolo pubblicato su Cell Metabolism , che riportava uno studio condotto da Mori e Khan in collaborazione con un gruppo internazionale di ricercatori. La scoperta principale qui è stata che l’espressione di DICER nel tessuto adiposo dei topi è diminuita con l’aumento di peso degli animali e che questo ha ridotto la loro durata di vita. Lo studio ha anche dimostrato che la restrizione calorica potrebbe invertire gli effetti deleteri dell’obesità.
In un altro studio, pubblicato nel 2016 sulla rivista Aging , Mori e il suo gruppo hanno dimostrato che la restrizione calorica nei topi ha impedito il declino correlato all’invecchiamento della produzione di microRNA da parte del tessuto adiposo e lo sviluppo del diabete di tipo 2. In uno studio riportato nel 2017 su Nature , hanno dimostrato che i microRNA prodotti dal tessuto adiposo sono entrati nel flusso sanguigno e hanno agito su tessuti distanti, regolando l’espressione genica.
“In questo ultimo studio abbiamo scoperto che l’esercizio aerobico, come la restrizione calorica, può invertire il calo dell’espressione di DICER e della produzione di microRNA grazie all’attivazione di un sensore metabolico molto importante, l’enzima AMPK [proteina chinasi attivata dall’adenosina monofosfato],” Mori disse.
Il sensore si attiva, ha spiegato, quando la cellula consuma ATP (adenosina trifosfato, la molecola che funge da substrato energetico per le cellule) e crea un deficit energetico. In esperimenti con i topi, i ricercatori hanno scoperto che l’esercizio aerobico attivava l’AMPK nelle cellule muscolari e che questo in qualche modo induceva l’espressione di DICER nelle cellule adipose.
“La conclusione ovvia è che l’effetto sull’espressione genica si verifica nella stessa cellula in cui si verifica il deficit energetico, il che è proprio il caso, ma qui il sensore viene attivato anche nei muscoli e controlla la risposta che si verifica nel tessuto adiposo”, ha disse.
Per confermare la comunicazione tra i tessuti, gli scienziati hanno raccolto il siero di sangue da un animale addestrato e lo hanno iniettato in un animale sedentario. Questo “trattamento” ha aumentato l’espressione di DICER nel tessuto adiposo. In un altro esperimento, hanno incubato gli adipociti coltivati ??con siero di topi addestrati e hanno osservato lo stesso effetto.
“Questa scoperta suggerisce che gli individui addestrati hanno una o più molecole nel loro flusso sanguigno che inducono direttamente un miglioramento metabolico nel tessuto adiposo”, ha detto Mori. “Se riusciamo a identificare queste molecole, possiamo indagare se inducono anche altri benefici dell’esercizio aerobico, come la cardioprotezione. Inoltre, potremmo pensare di convertire questa conoscenza in un farmaco a un certo punto”.
Per ottenere una comprensione ancora più dettagliata del meccanismo di regolazione metabolica, i ricercatori hanno analizzato tutte le migliaia di microRNA espressi nell’organismo dei topi addestrati e li hanno confrontati con quelli trovati nei topi sedentari.
“Abbiamo identificato una molecola chiamata miR-203-3p, la cui espressione aumenta con l’allenamento e la restrizione calorica”, ha detto Mori. “Abbiamo dimostrato che questo microRNA è responsabile della promozione dell’adeguamento metabolico negli adipociti. Quando i muscoli consumano tutto il loro glicogeno durante l’esercizio prolungato, i segnali molecolari vengono inviati al tessuto adiposo e miR-203-3p mette a punto il metabolismo degli adipociti. Abbiamo trovato questo metabolismo flessibilità per essere essenziale per una buona salute e per il miglioramento delle prestazioni. “
In assenza di questa modulazione, il consumo di glucosio da parte degli adipociti durante l’esercizio aumenta, lasciando meno substrato energetico a disposizione dei muscoli, ha aggiunto. Questo può portare all’ipoglicemia, uno dei principali limiti delle prestazioni degli atleti.
“Nei topi GM che non esprimono DICER negli adipociti, questa conversazione tra tessuto adiposo e muscoli non avviene. È un modello che imita l’invecchiamento e l’obesità. Quindi, quando DICER diminuisce, la salute metabolica è scarsa e i processi degenerativi accelerano”, ha detto Mori .