HIF-1α-Stabilisierung als neuartiger therapeutischer Ansatz für Sarkopenie. (HIF2)

Die entscheidende Rolle, die der Hypoxie-induzierbare Faktor 1α (HIF-1α) während der Myogenese spielt, wurde in zwei aktuellen Veröffentlichungen der Befürwortergruppe nachgewiesen (Cirillo et al., 2017a; Cirillo et al., 2020). Insbesondere wurde gezeigt, dass proliferierende Maus-Myoblasten, die 24 Stunden lang unter 1 % O2-Bedingungen (Hypoxie) in Wachstumsmedium behandelt und dann 7 Tage lang unter normoxischen Bedingungen (21 % O2) zur Differenzierung stimuliert wurden, die Bildung von hypertrophen Myotuben mit einer 1,4-prozentigen O2-Konzentration zeigten. fache Steigerung des Differenzierungsindex im Vergleich zu normoxischen Kontrollen. Diese Ergebnisse wurden durch die Analyse wichtiger Differenzierungsmarker bestätigt. Insbesondere zeigten hypoxisch vorbehandelte Myoblasten im Vergleich zu den Kontrollen einen 3-, 2,4- bzw. 1,33-fachen Anstieg der MyoD-Kernlokalisation, der Myogeninexpression nach 3 Tagen der Differenzierung und der MHC-Expression am Ende des Differenzierungsprozesses. Darüber hinaus haben wir diese Ergebnisse in Skelettmuskelbiopsien älterer Sarkopenie-Patienten im Vergleich zu denen junger Personen bestätigt. Wir fanden eine Abnahme der Expression von HIF-1α und seinen Zielgenen bei Sarkopenie sowie von PAX7, dem wichtigsten Stammzellmarker von Satellitenzellen, wohingegen der Atrophiemarker MURF1 erhöht war. Wir haben auch Satellitenzellen aus Muskelbiopsien isoliert und in vitro kultiviert. Wir fanden heraus, dass eine pharmakologische Aktivierung von HIF-1α und seinen Zielgenen eine Verringerung der Skelettmuskelatrophie und eine Aktivierung der PAX7-Genexpression verursachte. Zusammenfassend haben wir in dieser Arbeit herausgefunden, dass HIF-1α eine Rolle bei Sarkopenie spielt und an der Homöostase von Satellitenzellen beteiligt ist (Cirillo et al., 2022).

Unter Berücksichtigung unserer vorläufigen Daten wird sich der erste Teil unseres Projekts auf die Patientenrekrutierung und klinische Charakterisierung konzentrieren. Konkret werden Analysen an zwei getrennten Gruppen durchgeführt: der sarkopenischen Gruppe, bestehend aus 60 Patienten, die nach den neuesten Leitlinien von Sarkopenie betroffen sind (> 65 Jahre), und der Kontrollgruppe, bestehend aus 45 Patienten, die nicht sarkopenisch sind (im Alter zwischen 18 und 35 Jahre). Die Studie wird gemäß den Regeln der Ethikkommission des Krankenhauses durchgeführt und die Patienten müssen eine Einverständniserklärung unterzeichnen, um an der Studie teilnehmen zu können. Die Patienten werden 24 Monate lang rekrutiert, wobei 6 Monate für die Datenanalyse zur Verfügung stehen. Die Rekrutierung erfolgt im Rahmen routinemäßiger orthopädischer Untersuchungen am IRCCS Istituto Ortopedico Galeazzi bei Patienten, bei denen eine orthopädische Operation geplant ist (Hüftersatz aufgrund von Arthrose, proximalen Femurfrakturen und rekonstruktiver ALC-Operation). Patienten mit Komorbiditäten, einschließlich adipositasbedingter Sarkopenie und Diabetes, werden von der Studie ausgeschlossen. Alle Patienten werden (a) einer DXA-Ganzkörperuntersuchung unterzogen, die eine Quantifizierung der drei Körperkomponenten Knochenmineral, Fett und knochenmineralfreie Masse ermöglicht, (b) einer Handdynamometrie zur Beurteilung der Griffstärke und (c) einer anthropometrischen Analyse (BMI) zur Schätzung des Körperfetts. Es wird eine Blutprobe entnommen, um das Ausmaß der Sarkopenie durch serologische Analyse zu bestimmen. Dazu gehört die Messung des Amino-terminalen Propeptids von Prokollagen Typ III (P3NP), des c-terminalen Agrin-Fragments 22 (CAF22), des Osteonektins, des Irisin, des Fettsäurebindungsproteins 3 (FABP3) und des Makrophagenmigrations-Hemmfaktors (MIF). gelten als die wichtigsten möglichen Biomarker für Sarkopenie (Nogueira et al., 2019; Qaisar et al., 2020). Nach der Patientenrekrutierung soll die Studie darauf abzielen, Veränderungen in der HIF-1alpha-Signalübertragung während der Sarkopenie zu identifizieren. Insbesondere werden mehrere Skelettmuskelbiopsien, die normalerweise während der Operation verworfen werden, von Sarkopenie- und Kontrollgruppen gesammelt, um Multi-Omics-Ansätze und histologische Tests zu erstellen. Insbesondere werden Gesamtproteine ​​aus Skelettmuskelproben extrahiert, um in unserem Labor Proteomanalysen auf der Grundlage von Massenspektrometrie und zellulärem bioenergetischem Stoffwechseltest mithilfe der Seahorse Real-Time Cell Metabolic Analysis durchzuführen. Die statistische Analyse der Proteom- und Metabolomdaten wird sich auf Veränderungen im Cross-Talk zwischen HIF-Signalisierung und mitochondrialer Aktivität konzentrieren. Die Proteomergebnisse werden durch einen Western-Blot-Ansatz unter Verwendung spezifischer Antikörper technisch validiert. Es werden nur die Proteine ​​berücksichtigt, die einen tatsächlichen Unterschied in der Expression von mindestens 0,6 aufweisen. Andererseits werden auch Skelettmuskelbiopsien zur histologischen Untersuchung herangezogen. Das Hauptaugenmerk liegt auf 1) der Aktivierung von Satellitenzellen durch den spezifischen Antikörper PAX7, 2) der Quantifizierung der Skelettmuskelatrophie durch den spezifischen Antikörper MuRF1, 2) und Veränderungen in der Muskelfaserzusammensetzung mithilfe spezifischer Antikörper, die gegen die schwere Kette von Myosin Typ I gerichtet sind. IIA und IIB.