Skeletmuskelapoptose og fysisk ydeevne; Oxidativ RNA/DNA-skade og reparation i ældre menneskelige muskler

Specifikke mål:

Specifikt mål 1. At bestemme omfanget af muskelapoptose under aldring hos unge raske kontroller og hos højtfungerende og lavtfungerende ældre forsøgspersoner. Forskerne antager, at det observerede niveau af muskelcelleapoptose er forbundet med fysisk handicap. Efterforskerne vil rekruttere en kohorte på ti unge kontrolpersoner (alder 20-35). Efterforskerne vil også rekruttere og stratificere en kohorte på fyrre ældre (alder 70-99 år) i to adskilte kategorier efter fastlagte kriterier baseret på deres fysiske præstationsniveau. Emner med en sammenfattende præstationsscore på ≥ 11 ved det korte fysiske præstationsbatteri (SPPB) (66) vil blive betragtet som højtfungerende. Omvendt vil forsøgspersoner med en summarisk præstationsscore ≤ 7 blive betragtet som lavtfungerende. Ud over SPPB vil efterforskerne også udføre håndgrebsstyrketesten og den isokinetiske knæekstensortest og implementere 3D magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) for præcist at kvantificere det kontraktile område af quadriceps. Efterforskerne vil opnå en muskelbiopsi for hvert individ for at bestemme sværhedsgraden af ​​apoptose ved hjælp af biokemiske og histologiske analyser (se Metoder). Handicap vil blive vurderet ved hjælp af et selvrapporteringsskema. Derfor vil efterforskerne bestemme omfanget af muskelapoptose, og efterforskerne vil være i stand til at korrelere dette med niveauet af fysisk handicap og muskelmasse.

Specifikt formål 2. At belyse rollen af ​​Poly(ADP-ribose) polymerase 1 (PARP-1) og apoptose-inducerende faktor (AIF) i induktionen af ​​apoptose i human skeletmuskulatur. Forskerne antager, at det observerede celletab på grund af apoptose hovedsageligt er relateret til en caspase-uafhængig mekanisme. Forskerne har for nylig vist, at aktivering af mitokondriel caspase-uafhængig vej for apoptose kan spille en vigtigere rolle end den caspase-afhængige vej i at bidrage til nuklear celledød (67). Endvidere antager efterforskerne, at PARP-1/AIF-vejen til apoptose kan være involveret i den aldersrelaterede muskelsvindsproces. Efterforskerne vil kvantitativt vurdere PARP-1 og AIF og korrelere disse mål med omfanget af muskelapoptose.

Specifikt mål 3. At vurdere rollen af ​​mitokondrier dysfunktion og energisvigt i muskelapoptose, sarkopeni og handicap. Forskerne antager, at mitokondriel dysfunktion og den deraf følgende reducerede produktion af adenosintrifosfat (ATP) er årsagsrelateret til sarkopeni, muligvis ved at udløse apoptoseprogrammet. Det er blevet anslået, at den gennemsnitlige ATP-produktion i quadriceps-musklen hos ældre mennesker er ca. 50 % af den for yngre forsøgspersoner (68), og det er blevet postuleret, at energisvigt kan udløse apoptose (58). I overensstemmelse med disse resultater har efterforskerne for nylig fundet ud af, at hos rotters gastrocnemius-muskel faldt ATP-indholdet og hastigheden af ​​ATP-produktion med ~50% med alderen (59). Forskerne vil kvantitativt vurdere myocytters ATP-indhold sammen med vigtige mitokondrielle metaboliske enzymer, nemlig citratsyntase, cytochrom-c-oxidase (COX), ATPase og aconitase. Forskerne vil korrelere disse parametre med niveauet af apoptose og med mål for fysisk ydeevne, handicap og muskelmasse.

Specifikt formål 4. At korrelere ændringer i fysisk funktion og muskelmasse med muskelapoptose og biokemiske parametre ved opfølgning (langsgående undersøgelse). Efter 4 år vil forsøgspersoner i den højtydende gruppe blive revurderet for muskelapoptosehastighed, PARP-1 og AIF aktivitet og energiproduktion. Efterforskerne vil korrelere disse parametre med mål for fysisk ydeevne og muskelmasse vurderet ved MR, samt med selvrapporteret handicap. Derfor vil efterforskerne være i stand til direkte at korrelere et eventuelt fald i fysisk ydeevne, muskelmasse og funktionel status i denne meget høje alder med ændringer i muskelapoptose og i biokemiske parametre.

Forskningsplan:

Ved hjælp af et tværsnitsdesign (alder 20-35 og 70-99 år) vil efterforskerne kvantificere niveauet af apoptose i vastus lateralis-muskelen i en sund (se inklusions-/eksklusionskriterier) population. Apoptose af uerstattelige post-mitotiske celler kan være en vigtig mekanisme i udviklingen af ​​sarkopeni og er ikke blevet undersøgt hos raske mennesker med alderen. En række kroniske sygdomme har dokumenteret tilfælde af apoptose i menneskelige skeletmuskler; dvs. kroniske lungesygdomme (69,70) og patienter med hjertesvigt (69,71,72). Det er dog vigtigt at etablere basisniveauer af apoptose hos relativt raske mennesker, før man fortsætter til mere komplekse tilstande, såsom sygdomstilstande og skrøbelighed. Derudover vil efterforskerne bestemme knæekstensorens styrke, myocytvolumenet, det ekstra cellulære rum og det myonukleære domæne (tværsnitsmuskelareal/kerne) ved at kvantificere antallet af kerner inden for et tværsnitsareal af muskler. Dette specifikke mål vil etablere baseline niveauer af apoptose og vurdere standardmål til vurdering af sarkopeni.

Studere design. For at nå vores mål foreslår efterforskerne to separate, men komplementære undersøgelser

1. For at få indsigt i ændringer i apoptosepotentialet med alderen og dets bidrag til muskelmasse og styrketab, vil efterforskerne kvantificere niveauet af apoptose i vastus lateralis-musklen hos unge (alder 20-35 år; N = 20), gamle højtfungerende, (alder 70-99 år; N = 25) og gamle lavtfungerende (alder 70-99 år; N = 20) forsøgspersoner. Muskelbiopsi og MR-scanning for at kvantificere quadriceps kontraktile område vil blive udført i undersøgelsens deltagere. Muskelstyrken vil blive vurderet ved håndgrebsstyrketest og den isokinetiske knæekstensortest.
2. Foreløbige data om skeletmuskelapoptoses bidrag til sarkopeni, fysisk funktionstab i fremskreden alder vil blive indsamlet ved at kvantificere omfanget af muskelapoptose i vastus lateralis muskel af ældre (alder 70-99 år), højfungerende (N = 25) ) og lavtfungerende (N = 20) forsøgspersoner sammen med mål for muskelmasse (MRI), muskelstyrke (håndgreb og knæforlængelse test) og overordnet fysisk ydeevne (Short Physical Performance Battery, SPPB (67)). Derudover vil efterforskerne indsamle foreløbige data vedrørende mitokondrie-drevet apoptoses rolle i muskelsvind og funktionelt tab i høj alder.

En kort fysisk undersøgelse vil blive administreret til alle studiedeltagere, og større biologiske tegn (kropsvægt, ståhøjde, kropstemperatur, blodtryk og puls) vil blive registreret. Et grundlæggende spørgeskema vedrørende deltagernes helbredshistorie vil også blive administreret

Efter fire år vil de gamle deltagere blive revurderet for fysisk ydeevne, funktionel status muskelmasse (MRI), muskelapoptose og biokemiske parametre. Handicap vil også blive vurderet ved hjælp af et selvrapporterende handicapspørgeskema. For at få information om ændringer i fysisk ydeevne og funktionel status over tid og for at maksimere fastholdelsen, vil der blive planlagt et årligt besøg med SPPB, håndgreb og knæekstensortest for de gamle deltagere.