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Biologia del muscolo di studio di guide di nuova tecnologia più chiaro

L'esercitazione regolarmente è una di migliori difese contro le malattie metaboliche, quali l'obesità ed il diabete - ma perché? È una domanda che gli scienziati ancora stanno lottando per rispondere. Mentre esercitarsi cambia il comportamento molecolare dei muscoli, non è buono capita come questi cambiamenti molecolari migliorano la salubrità metabolica.

Gli scienziati all'università di Copenhaghen ora hanno sviluppato una nuova tecnologia che permette che i ricercatori studino la biologia del muscolo ad un livello più dettagliato - ed eventualmente trovino alcune nuove risposte. Hanno estratto “veloce„ e “rallenti„ le fibre di muscolo di strappo dai campioni liofilizzati del muscolo che sono stati prelevati prima e dopo 12 settimane di addestramento di riciclaggio di esercizio. La loro analisi completa dell'espressione della proteina delle fibre fornisce la nuova prova che i tipi della fibra rispondono diversamente ad addestramento di esercizio.

La ricerca, che è stata pubblicata nelle comunicazioni della natura, egualmente dimostra il potenziale non sfruttato dei campioni liofilizzati che sono posizionati in congelatori intorno al mondo.

I disordini metabolici e parecchie malattie del muscolo sono conosciuti per pregiudicare o risparmiare i tipi specifici della fibra, quindi l'indagine dettagliata sui tipi specifici della fibra è cruciale. Gli studi precedenti che comprendono l'analisi su grande scala della proteina delle fibre di muscolo hanno richiesto l'isolamento di singole fibre di muscolo dalle biopsie di recente ottenute del muscolo. Poiché l'isolamento della fibra di muscolo è che richiede tempo, questo approccio presenta le sue limitazioni inerenti. Il nostro metodo permette all'analisi della fibra di muscolo delle biopsie già raccolte del muscolo come pure apre la nuova strada per gli studi futuri.„

Atul Deshmukh, professore associato, centro per ricerca metabolica di base (CBMR), università delle fondamenta di Novo Nordisk di Copenhaghen

Campioni sudici e confusionari del muscolo

Il muscolo scheletrico contiene le fibre minuscole che possono essere categorizzate come strappo veloce o lento. Le fibre semplicemente messe e veloci di strappo creano l'energia esplosiva ma ottengono stanche rapidamente, mentre le fibre lente di strappo sono meno energetiche ma hanno più resistenza. La maggior parte della gente ha un numero pari degli entrambi digita dentro i loro muscoli, ma il rapporto può variare ampiamente fra la gente. Ciò significa che l'esercizio può avvantaggiare diversamente la gente, secondo questo rapporto.

In un muscolo, migliaia di fibre sono impacchettate insieme dal tessuto connettivo e sono sparpagliate con un intervallo dei tipi delle cellule con una funzione supportante. A causa di tutti questi tipi differenti delle cellule, gli scienziati possono lottare per interpretare i risultati di intero campione del muscolo e connettono i cambiamenti osservati ai tipi specifici delle cellule.

Capendo il potenziale di studio delle fibre diverse, Atul Deshmukh ha collaborato con il professor Matthias MANN dal centro delle fondamenta di Novo Nordisk per la ricerca della proteina ed il gruppo di Wojtaszewski dal dipartimento di nutrizione, l'esercizio e gli sport, entrambi all'università di Copenhaghen.

Smerigliatrice dentro sulle fibre di muscolo

Hanno reclutato le persone in buona salute per 12 settimane di addestramento di esercizio di resistenza ed hanno raccolto i campioni del muscolo prima e dopo l'esercizio, che poi sono stati liofilizzati. Poi hanno estratto le fibre di muscolo veloci e lente di strappo dai campioni ed hanno effettuato al il proteomics basato a spettrometria di massa ad alta definizione - uno strumento che permette che gli scienziati misurino simultaneamente migliaia di proteine nei campioni differenti.

Hanno identificato più di 4.000 proteine differenti nei campioni ed hanno scoperto che l'addestramento di esercizio ha cambiato l'espressione delle centinaia di proteine differenti sia nei fibra-tipi veloci che lenti di strappo. D'importanza, hanno scoperto le differenze all'espressione della proteina dei due fibra-tipi dopo l'esercizio, che dimostra che il muscolo veloce e lento di strappo risponde diversamente.

“Il nostro metodo può essere sottoposto a operazioni di disgaggio per l'analisi di alto-capacità di lavorazione delle centinaia di diverse fibre di muscolo da una singola biopsia. La coppia del questo approccio con lo spettrometro di massa dell'alta sensibilità moderna può contribuire a capire il tipo eterogeneità della fibra in sano e muscolo scheletrico malato,„ dice il professore associato Atul Deshmukh dal centro delle fondamenta di Novo Nordisk per la ricerca metabolica di base (CBMR) all'università di Copenhaghen.

Droghe che non mirano casualmente al cuore

Dalla massa, il muscolo scheletrico è il più grande organo nell'organismo e perfino i piccoli cambi possono avere impatto tremendo sul metabolismo del corpo intero. Il muscolo scheletrico è quindi un tessuto farmacologico interessante dell'obiettivo con grande potenziale nel trattamento delle malattie metaboliche. Una sfida è tuttavia di evitare gli effetti secondari in muscolo di cuore, per esempio, che consiste delle fibre specializzate con alcune similarità per rallentare le fibre di muscolo scheletrico di strappo.

“Così, la nostra repository specifica fibra tipa della proteina è un primo punto verso l'identificazione delle proteine di muscolo scheletrico che sono specifiche per le fibre veloci di strappo, permettendo ottimizzazione e consegna a questo tipo specifico della fibra e potenzialmente che evita della droga gli effetti secondari nel cuore,„ dice il professor Jørgen Wojtaszewski dal dipartimento di nutrizione, dell'esercizio e degli sport all'università di Copenhaghen.

Source:
Journal reference:

Deshmukh, A.S., et al. (2021) Deep muscle-proteomic analysis of freeze-dried human muscle biopsies reveals fiber type-specific adaptations to exercise training. Nature Communications. doi.org/10.1038/s41467-020-20556-8.