Luustolihasten apoptoosi ja fyysinen suorituskyky; Oksidatiivinen RNA/DNA-vaurio ja korjaus ikääntyneessä ihmisen lihaksessa

Erityiset tavoitteet:

Erityinen tavoite 1. Lihasten apoptoosin laajuuden määrittäminen ikääntymisen aikana nuorilla terveillä kontrolleilla sekä hyvin toimivilla ja heikosti toimivilla vanhemmilla henkilöillä. Tutkijat olettavat, että havaittu lihassolujen apoptoosin taso liittyy fyysiseen vammaisuuteen. Tutkijat rekrytoivat kymmenen nuoren kontrollihenkilön kohortin (ikä 20-35). Tutkijat myös rekrytoivat ja jakavat neljänkymmenen vanhuksen (70–99-vuotiaat) kohortin kahteen eri luokkaan heidän fyysisen suoritustasonsa perusteella asetettujen kriteerien mukaisesti. Koehenkilöt, joiden suorituskyvyn yhteenvetopiste on ≥ 11 SPPB:ssä (Short Physical Performance Battery) (66), katsotaan erittäin toimiviksi. Päinvastoin, koehenkilöitä, joiden suorituskyvyn yhteenvetopiste on ≤ 7, pidetään heikosti toimivina. SPPB:n lisäksi tutkijat suorittavat myös käden otteen lujuustestin ja isokineettisen polven ojentajatestin sekä ottavat käyttöön 3D-magneettikuvauksen (MRI) nelipäisen lihasten supistumisalueen tarkkaan kvantifioimiseksi. Tutkijat ottavat jokaisesta koehenkilöstä lihasbiopsian apoptoosin vakavuuden määrittämiseksi käyttämällä biokemiallisia ja histologisia analyyseja (katso menetelmät). Vammaisuus arvioidaan itseraportoivalla kyselylomakkeella. Näin ollen tutkijat määrittävät lihasten apoptoosin laajuuden, ja tutkijat pystyvät korreloimaan tämän fyysisen vamman ja lihasmassan tasoon.

Spesifinen tavoite 2. Selvittää poly(ADP-riboosi)polymeraasi 1:n (PARP-1) ja apoptoosia indusoivan tekijän (AIF) roolia apoptoosin induktiossa ihmisen luustolihaksessa. Tutkijat olettavat, että havaittu apoptoosin aiheuttama soluhäviö liittyy pääasiassa kaspaasista riippumattomaan mekanismiin. Tutkijat ovat äskettäin osoittaneet, että mitokondrioiden kaspaasista riippumattoman apoptoosireitin aktivaatiolla voi olla tärkeämpi rooli kuin kaspaasista riippuvaisella reitillä tumasolukuoleman edistämisessä (67). Lisäksi tutkijat olettavat, että apoptoosin PARP-1/AIF-reitti saattaa olla osallisena ikääntymiseen liittyvässä lihasten häviämisprosessissa. Tutkijat arvioivat kvantitatiivisesti PARP-1:n ja AIF:n ja korreloivat nämä mittaukset lihasapoptoosin laajuuden kanssa.

Erityinen tavoite 3. Arvioida mitokondrioiden toimintahäiriön ja energian vajaatoiminnan roolia lihasten apoptoosiin, sarkopeniaan ja vammaisuuteen. Tutkijat olettavat, että mitokondrioiden toimintahäiriö ja sen seurauksena vähentynyt adenosiinitrifosfaatin (ATP) tuotanto liittyy kausaalisesti sarkopeniaan, mahdollisesti apoptoosiohjelman käynnistämisestä. On arvioitu, että keskimääräinen ATP-tuotanto vanhojen koehenkilöiden nelipäisessä lihaksessa on noin 50 % nuorempien koehenkilöiden vastaavasta (68), ja on oletettu, että energiakatkos saattaa laukaista apoptoosin (58). Näiden löydösten mukaisesti tutkijat ovat äskettäin havainneet, että rottien gastrocnemius-lihaksessa ATP-pitoisuus ja ATP-tuotannon nopeus laskivat ~50 % iän myötä (59). Tutkijat arvioivat kvantitatiivisesti myosyyttien ATP-pitoisuuden yhdessä tärkeimpien mitokondrioiden metabolisten entsyymien, nimittäin sitraattisyntaasin, sytokromi-c-oksidaasin (COX), ATPaasin ja akonitaasin, kanssa. Tutkijat korreloivat nämä parametrit apoptoosin tason ja fyysisen suorituskyvyn, vamman ja lihasmassan mittareiden kanssa.

Erityinen tavoite 4. Korreloida fyysisen toiminnan ja lihasmassan muutokset lihasten apoptoosin ja biokemiallisten parametrien kanssa seurannassa (pitkittäistutkimus). Neljän vuoden kuluttua korkean suorituskyvyn ryhmän koehenkilöistä arvioidaan uudelleen lihasten apoptoosinopeus, PARP-1- ja AIF-aktiivisuus sekä energiantuotanto. Tutkijat korreloivat nämä parametrit magneettikuvauksella arvioitujen fyysisen suorituskyvyn ja lihasmassan mittareiden sekä itse ilmoittaman vamman kanssa. Näin ollen tutkijat pystyvät suoraan korreloimaan mahdollisen fyysisen suorituskyvyn, lihasmassan ja toiminnallisen tilan heikkenemisen tässä hyvin vanhassa iässä lihasapoptoosin ja biokemiallisten parametrien muutoksiin.

Tutkimussuunnitelma:

Käyttämällä poikkileikkaussuunnittelua (ikä 20-35 ja 70-99 vuotta) tutkijat määrittävät apoptoosin tason vastus lateralis -lihaksessa terveessä populaatiossa (katso sisällyttäminen/poissulkemiskriteerit). Korvaamattomien postmitoottisten solujen apoptoosi voi olla tärkeä mekanismi sarkopenian kehittymisessä, eikä sitä ole tutkittu terveillä ihmisillä iän myötä. Monissa kroonisissa sairauksissa on dokumentoitu apoptoositapauksia ihmisen luustolihaksessa; eli krooniset keuhkosairaudet (69,70) ja potilaat, joilla on sydämen vajaatoiminta (69,71,72). On kuitenkin olennaista määrittää apoptoosin perustasot suhteellisen terveillä ihmisillä ennen kuin siirrytään monimutkaisempiin tiloihin, kuten sairaustiloihin ja heikkouteen. Lisäksi tutkijat määrittävät polven ojentajien voiman, myosyyttitilavuuden, solunulkoisen tilan ja myonukleaarisen domeenin (poikkileikkauslihaksen pinta-ala/ydin) kvantifioimalla ytimien lukumäärän lihaksen poikkileikkausalueella. Tämä erityinen tavoite määrittää apoptoosin perustasot ja arvioi sarkopenian arvioimiseksi käytettävät standarditoimenpiteet.

Opintojen suunnittelu. Saavuttaaksemme tavoitteemme tutkijat ehdottavat kahta erillistä, mutta toisiaan täydentävää tutkimusta

1. Saadakseen käsityksen apoptoosipotentiaalin muutoksista iän myötä ja sen vaikutuksesta lihasmassaan ja voimanmenetykseen, tutkijat määrittävät apoptoosin tason vastus lateralis -lihaksessa nuorilla (ikä 20-35 vuotta; N = 20), vanhat hyvin toimivat (ikä 70-99 vuotta; N = 25) ja vanhat huonokuntoiset (ikä 70-99 vuotta; N = 20) koehenkilöt. Tutkimuksen osallistujille tehdään lihasbiopsia ja MRI-skannaus nelipäisen lihasten supistumisalueen kvantifioimiseksi. Lihasvoimaa arvioidaan käden otteen vahvuustestillä ja isokineettisellä polven ojentajakokeella.
2. Alustavat tiedot luurankolihasten apoptoosin vaikutuksesta sarkopeniaan, fyysisen toiminnan heikkenemiseen vanhemmalla iällä kerätään kvantitatiivisesti mittaamalla lihasapoptoosin laajuus vanhan (70-99-vuotiaat), hyvin toimivan (N = 25) lateralis-lihaksen vastuslihaksessa. ) ja heikosti toimivilla (N = 20) koehenkilöillä sekä lihasmassan (MRI), lihasvoiman (käden otteen ja polven venytystesti) ja yleisen fyysisen suorituskyvyn (Short Physical Performance Battery, SPPB (67)) mittaukset. Lisäksi tutkijat keräävät alustavaa tietoa mitokondriovetoisen apoptoosin roolista lihasten häviämisessä ja vanhuuden toiminnallisessa menetyksessä.

Kaikille tutkimukseen osallistuneille suoritetaan lyhyt fyysinen koe, ja tärkeimmät biologiset merkit (paino, seisomapituus, ruumiinlämpö, ​​verenpaine ja pulssi) kirjataan. Myös osallistujien terveyshistoriaa koskeva peruskysely suoritetaan

Neljän vuoden kuluttua vanhojen osallistujien fyysinen suorituskyky, toiminnallinen tila lihasmassa (MRI), lihasten apoptoosi ja biokemialliset parametrit arvioidaan uudelleen. Vammaisuutta arvioidaan myös itseraportoivan vammaisuuskyselyn avulla. Tietojen saamiseksi fyysisen suorituskyvyn ja toiminnallisen tilan muutoksista ajan myötä ja pysymisen maksimoimiseksi, vanhoille osallistujille järjestetään vuosittain SPPB:tä, kädensijaa ja polven ojentajatestausta käyttävä käynti.