Apoptose do Músculo Esquelético e Desempenho Físico; Dano oxidativo de RNA/DNA e reparo no músculo humano envelhecido

Objetivos Específicos:

Objetivo Específico 1. Determinar a extensão da apoptose muscular durante o envelhecimento em jovens controles saudáveis ​​e em idosos de alto e baixo funcionamento. Os investigadores levantam a hipótese de que o nível observado de apoptose das células musculares está associado à incapacidade física. Os investigadores irão recrutar uma coorte de dez indivíduos de controle jovens (idade 20-35). Os investigadores também recrutarão e estratificarão uma coorte de quarenta idosos (idade 70-99 anos) em duas categorias distintas por meio de critérios definidos com base em seu nível de desempenho físico. Indivíduos com uma pontuação de desempenho resumido ≥ 11 na Bateria de Desempenho Físico Curto (SPPB) (66) serão considerados de alto desempenho. Por outro lado, indivíduos com uma pontuação de desempenho resumida ≤ 7 serão considerados de baixo funcionamento. Além do SPPB, os investigadores também realizarão o teste de força de preensão manual e o teste isocinético do extensor do joelho, e implementarão imagens de ressonância magnética (MRI) 3D para quantificar com precisão a área contrátil do quadríceps. Os investigadores irão obter uma biópsia muscular para cada indivíduo para determinar a gravidade da apoptose usando análises bioquímicas e histológicas (consulte Métodos). A incapacidade será avaliada por meio de um questionário de autorrelato. Assim, os investigadores irão determinar a extensão da apoptose muscular e os investigadores serão capazes de correlacionar isso com o nível de incapacidade física e massa muscular.

Objetivo específico 2. Elucidar o papel da poli(ADP-ribose) polimerase 1 (PARP-1) e do fator indutor de apoptose (AIF) na indução de apoptose no músculo esquelético humano. Os investigadores levantam a hipótese de que a perda celular observada devido à apoptose está principalmente relacionada a um mecanismo independente de caspase. Os investigadores mostraram recentemente que a ativação da via de apoptose independente de caspase mitocondrial pode desempenhar um papel mais importante do que a via dependente de caspase na contribuição para a morte celular nuclear (67). Além disso, os pesquisadores levantam a hipótese de que a via PARP-1/AIF da apoptose pode estar envolvida no processo de perda de massa muscular relacionada à idade. Os investigadores avaliarão quantitativamente PARP-1 e AIF e correlacionarão essas medidas com a extensão da apoptose muscular.

Objetivo Específico 3. Avaliar o papel da disfunção mitocondrial e falha energética na apoptose muscular, sarcopenia e incapacidade. Os investigadores levantam a hipótese de que a disfunção mitocondrial e a produção reduzida resultante de trifosfato de adenosina (ATP) estão causalmente relacionadas à sarcopenia, possivelmente por desencadear o programa de apoptose. Estima-se que a produção média de ATP no músculo quadríceps de humanos idosos seja aproximadamente 50% da produção de indivíduos mais jovens (68), e postula-se que a falha de energia pode desencadear a apoptose (58). Consistentemente com essas descobertas, os pesquisadores descobriram recentemente que no músculo gastrocnêmio de ratos, o conteúdo de ATP e a taxa de produção de ATP diminuíram em aproximadamente 50% com a idade (59). Os investigadores irão avaliar quantitativamente o conteúdo de ATP dos miócitos juntamente com as principais enzimas metabólicas mitocondriais, nomeadamente citrato sintase, citocromo-c-oxidase (COX), ATPase e aconitase. Os investigadores irão correlacionar esses parâmetros com o nível de apoptose e com medidas de desempenho físico, incapacidade e massa muscular.

Objetivo Específico 4. Correlacionar alterações na função física e massa muscular com apoptose muscular e parâmetros bioquímicos no seguimento (estudo longitudinal). Após 4 anos, os indivíduos do grupo de alto desempenho serão reavaliados quanto à taxa de apoptose muscular, atividade de PARP-1 e AIF e produção de energia. Os investigadores irão correlacionar esses parâmetros com medidas de desempenho físico e massa muscular avaliadas por ressonância magnética, bem como com incapacidade auto-relatada. Assim, os pesquisadores poderão correlacionar diretamente um eventual declínio no desempenho físico, na massa muscular e no estado funcional nesta idade tão avançada com alterações na apoptose muscular e nos parâmetros bioquímicos.

Plano de pesquisa:

Usando um desenho transversal (idade 20-35 e 70-99 anos), os investigadores irão quantificar o nível de apoptose no músculo vasto lateral em uma população saudável (ver critérios de inclusão/exclusão). A apoptose de células pós-mitóticas insubstituíveis pode ser um mecanismo importante no desenvolvimento da sarcopenia e não foi investigada em humanos saudáveis ​​com a idade. Uma variedade de doenças crônicas documentaram casos de apoptose no músculo esquelético humano; ou seja, doenças pulmonares crônicas (69,70) e pacientes com insuficiência cardíaca (69,71,72). No entanto, é essencial estabelecer níveis basais de apoptose em seres humanos relativamente saudáveis ​​antes de prosseguir para condições mais complexas, como condições de doença e fragilidade. Além disso, os investigadores determinarão a força dos extensores do joelho, o volume dos miócitos, o espaço extracelular e o domínio mionuclear (área/núcleo muscular transversal) quantificando o número de núcleos dentro de uma área transversal do músculo. Este objetivo específico estabelecerá os níveis basais de apoptose e avaliará as medidas padrão para avaliar a sarcopenia.

Design de estudo. Para atingir nossos objetivos, os pesquisadores propõem dois estudos separados, mas complementares

1. A fim de obter informações sobre as mudanças do potencial de apoptose com a idade e sua contribuição para a massa muscular e perda de força, os investigadores quantificarão o nível de apoptose no músculo vasto lateral em jovens (idade 20-35 anos; N = 20), idosos de alta funcionalidade (idade 70-99 anos; N = 25) e idosos de baixa funcionalidade (idade 70-99 anos; N = 20). Biópsia muscular e ressonância magnética para quantificar a área contrátil do quadríceps serão realizadas nos participantes do estudo. A força muscular será avaliada pelo teste de força de preensão manual e pelo teste isocinético extensor do joelho.
2. Dados preliminares sobre a contribuição da apoptose do músculo esquelético para a sarcopenia, perda da função física em idade avançada, serão coletados pela quantificação da extensão da apoptose muscular no músculo vasto lateral de idosos (idade 70-99 anos), de alto funcionamento (N = 25 ) e de baixo funcionamento (N = 20), juntamente com medidas de massa muscular (MRI), força muscular (teste de preensão manual e extensão do joelho) e desempenho físico geral (Short Physical Performance Battery, SPPB (67)). Além disso, os pesquisadores irão coletar dados preliminares sobre o papel da apoptose impulsionada pelas mitocôndrias na perda de massa muscular e perda funcional na velhice.

Um breve exame físico será administrado a todos os participantes do estudo e os principais sinais biológicos (peso corporal, altura em pé, temperatura corporal, pressão arterial e pulso) serão registrados. Um questionário básico sobre o histórico de saúde dos participantes também será aplicado

Após quatro anos, os participantes idosos serão reavaliados quanto ao desempenho físico, estado funcional, massa muscular (MRI), apoptose muscular e parâmetros bioquímicos. A incapacidade também será avaliada por meio de um questionário de auto-relato de incapacidade. A fim de obter informações sobre as mudanças no desempenho físico e no estado funcional com o tempo e maximizar a retenção, uma visita anual empregando SPPB, teste de preensão manual e extensor do joelho será agendada para os participantes antigos.