Apoptosi del muscolo scheletrico e prestazioni fisiche; Danno e riparazione ossidativi dell'RNA/DNA nel muscolo umano invecchiato

Obiettivi specifici:

Obiettivo specifico 1. Determinare l'entità dell'apoptosi muscolare durante l'invecchiamento in giovani controlli sani e in soggetti anziani ad alto e basso funzionamento. I ricercatori ipotizzano che il livello osservato di apoptosi delle cellule muscolari sia associato a disabilità fisica. Gli investigatori recluteranno una coorte di dieci giovani soggetti di controllo (età 20-35). Gli investigatori recluteranno e stratificheranno anche una coorte di quaranta anziani (età 70-99 anni) in due categorie distinte in base a criteri stabiliti in base al loro livello di prestazioni fisiche. I soggetti con un punteggio di performance sommario ≥ 11 alla Short Physical Performance Battery (SPPB) (66) saranno considerati ad alto funzionamento. Al contrario, i soggetti con un punteggio di performance sommario ≤ 7 saranno considerati a basso funzionamento. Oltre all'SPPB, i ricercatori eseguiranno anche il test della forza della presa della mano e il test isocinetico dell'estensore del ginocchio e implementeranno la risonanza magnetica 3D (MRI) per quantificare con precisione l'area contrattile del quadricipite. Gli investigatori otterranno una biopsia muscolare per ciascun soggetto per determinare la gravità dell'apoptosi utilizzando analisi biochimiche e istologiche (vedi Metodi). La disabilità sarà valutata utilizzando un questionario di autovalutazione. Pertanto, gli investigatori determineranno l'estensione dell'apoptosi muscolare e gli investigatori saranno in grado di correlarlo al livello di disabilità fisica e massa muscolare.

Obiettivo specifico 2. Chiarire il ruolo della poli(ADP-ribosio) polimerasi 1 (PARP-1) e del fattore di induzione dell'apoptosi (AIF) nell'induzione dell'apoptosi nel muscolo scheletrico umano. I ricercatori ipotizzano che la perdita cellulare osservata a causa dell'apoptosi sia principalmente correlata a un meccanismo indipendente dalla caspasi. I ricercatori hanno recentemente dimostrato che l'attivazione della via dell'apoptosi indipendente dalla caspasi mitocondriale può svolgere un ruolo più importante rispetto alla via dell'apoptosi dipendente dalla caspasi nel contribuire alla morte delle cellule nucleari (67). Inoltre, i ricercatori ipotizzano che la via dell'apoptosi PARP-1/AIF potrebbe essere coinvolta nel processo di deperimento muscolare correlato all'età. Gli investigatori valuteranno quantitativamente PARP-1 e AIF e correleranno queste misure con l'estensione dell'apoptosi muscolare.

Obiettivo specifico 3. Valutare il ruolo della disfunzione mitocondriale e dell'insufficienza energetica nell'apoptosi muscolare, nella sarcopenia e nella disabilità. I ricercatori ipotizzano che la disfunzione mitocondriale e la conseguente ridotta produzione di adenosina trifosfato (ATP) sia causalmente correlata alla sarcopenia, probabilmente innescando il programma di apoptosi. È stato stimato che la produzione media di ATP nel muscolo quadricipite di soggetti umani anziani è circa il 50% di quella di soggetti più giovani (68), ed è stato postulato che la mancanza di energia potrebbe innescare l'apoptosi (58). Coerentemente con questi risultati, i ricercatori hanno recentemente scoperto che nel muscolo gastrocnemio dei ratti, il contenuto di ATP e il tasso di produzione di ATP sono diminuiti di circa il 50% con l'età (59). Gli investigatori valuteranno quantitativamente il contenuto di ATP dei miociti insieme agli enzimi metabolici mitocondriali chiave, vale a dire citrato sintasi, citocromo-c-ossidasi (COX), ATPasi e aconitasi. Gli investigatori correleranno questi parametri con il livello di apoptosi e con misure di prestazioni fisiche, disabilità e massa muscolare.

Obiettivo specifico 4. Correlare i cambiamenti nella funzione fisica e nella massa muscolare con l'apoptosi muscolare ei parametri biochimici al follow-up (studio longitudinale). Dopo 4 anni i soggetti nel gruppo ad alte prestazioni saranno rivalutati per il tasso di apoptosi muscolare, l'attività di PARP-1 e AIF e la produzione di energia. Gli investigatori correleranno questi parametri con misure di prestazioni fisiche e massa muscolare valutate dalla risonanza magnetica, nonché con disabilità autodichiarata. Pertanto, i ricercatori saranno in grado di correlare direttamente un eventuale declino delle prestazioni fisiche, della massa muscolare e dello stato funzionale a questa età molto avanzata con cambiamenti nell'apoptosi muscolare e nei parametri biochimici.

Piano di ricerca:

Utilizzando un disegno trasversale (età 20-35 e 70-99 anni) gli investigatori quantificheranno il livello di apoptosi nel muscolo vasto laterale in una popolazione sana (vedi criteri di inclusione/esclusione). L'apoptosi di cellule post-mitotiche insostituibili può essere un meccanismo importante nello sviluppo della sarcopenia e non è stata studiata negli esseri umani sani con l'età. Una varietà di malattie croniche ha documentato casi di apoptosi nel muscolo scheletrico umano; vale a dire, malattie polmonari croniche (69,70) e pazienti con insufficienza cardiaca (69,71,72). Tuttavia, è essenziale stabilire livelli basali di apoptosi in esseri umani relativamente sani prima di procedere a condizioni più complesse, come condizioni patologiche e fragilità. Inoltre, gli investigatori determineranno la forza degli estensori del ginocchio, il volume dei miociti, lo spazio extra cellulare e il dominio mionucleare (area/nucleo del muscolo della sezione trasversale) quantificando il numero di nuclei all'interno di un'area della sezione trasversale del muscolo. Questo obiettivo specifico stabilirà i livelli basali di apoptosi e valuterà le misure standard per valutare la sarcopenia.

Progettazione dello studio. Per raggiungere i nostri obiettivi, i ricercatori propongono due studi separati, ma complementari

1. Al fine di ottenere informazioni sui cambiamenti del potenziale di apoptosi con l'età e il suo contributo alla massa muscolare e alla perdita di forza, i ricercatori quantificheranno il livello di apoptosi nel muscolo vasto laterale nei giovani (età 20-35 anni; N = 20), soggetti anziani ad alto funzionamento (età 70-99 anni; N = 25) e anziani a basso funzionamento (età 70-99 anni; N = 20). La biopsia muscolare e la risonanza magnetica per quantificare l'area contrattile del quadricipite saranno eseguite nei partecipanti allo studio. La forza muscolare sarà valutata mediante test di forza della presa della mano e test isocinetico dell'estensore del ginocchio.
2. Dati preliminari sul contributo dell'apoptosi del muscolo scheletrico alla sarcopenia, perdita della funzione fisica in età avanzata saranno raccolti quantificando l'entità dell'apoptosi muscolare nel muscolo vasto laterale di età avanzata (età 70-99 anni), ad alto funzionamento (N = 25 ) e soggetti a basso funzionamento (N = 20), insieme a misure di massa muscolare (MRI), forza muscolare (test di estensione della presa della mano e del ginocchio) e prestazioni fisiche complessive (Short Physical Performance Battery, SPPB (67)). Inoltre, i ricercatori raccoglieranno dati preliminari riguardanti il ​​ruolo dell'apoptosi guidata dai mitocondri nell'atrofia muscolare e nella perdita funzionale in età avanzata.

Verrà somministrato un breve esame fisico a tutti i partecipanti allo studio e verranno registrati i principali segni biologici (peso corporeo, altezza in piedi, temperatura corporea, pressione sanguigna e polso). Verrà inoltre somministrato un questionario di base sulla storia sanitaria dei partecipanti

Dopo quattro anni i vecchi partecipanti saranno rivalutati per prestazioni fisiche, stato funzionale massa muscolare (MRI), apoptosi muscolare e parametri biochimici Anche la disabilità sarà valutata utilizzando un questionario sulla disabilità di autovalutazione. Al fine di ottenere informazioni sui cambiamenti delle prestazioni fisiche e dello stato funzionale nel tempo e per massimizzare la ritenzione, sarà programmata una visita annuale utilizzando SPPB, presa della mano e test dell'estensore del ginocchio per i vecchi partecipanti.