Skelettmuskelapoptos och fysisk prestation; Oxidativ RNA/DNA-skada och reparation i åldrad mänsklig muskel

Specifika mål:

Specifikt mål 1. Att bestämma omfattningen av muskelapoptos under åldrande hos unga friska kontroller och hos högfungerande och lågfungerande äldre försökspersoner. Utredarna antar att den observerade nivån av muskelcellapoptos är associerad med fysisk funktionsnedsättning. Utredarna kommer att rekrytera en kohort av tio unga kontrollpersoner (åldern 20-35). Utredarna kommer också att rekrytera och stratifiera en kohort av fyrtio äldre (åldern 70-99 år) i två distinkta kategorier genom fastställda kriterier baserat på deras fysiska prestationsnivå. Försökspersoner med ett sammanfattande prestandapoäng ≥ 11 vid det korta fysiska prestandabatteriet (SPPB) (66) kommer att betraktas som högfungerande. Omvänt kommer försökspersoner med ett sammanfattande prestationspoäng ≤ 7 att betraktas som lågfungerande. Utöver SPPB kommer utredarna också att utföra testet för handgreppsstyrka och det isokinetiska knäextensortestet, och kommer att implementera 3D magnetisk resonanstomografi (MRI) för att exakt kvantifiera det kontraktila området i quadriceps. Utredarna kommer att ta en muskelbiopsi för varje försöksperson för att fastställa svårighetsgraden av apoptos med hjälp av biokemiska och histologiska analyser (se Metoder). Funktionshinder kommer att bedömas med hjälp av ett självrapporteringsformulär. Därför kommer utredarna att bestämma omfattningen av muskelapoptos och utredarna kommer att kunna korrelera detta till nivån av fysisk funktionsnedsättning och muskelmassa.

Specifikt syfte 2. Att belysa rollen av Poly(ADP-ribos) polymeras 1 (PARP-1) och apoptosinducerande faktor (AIF) i induktionen av apoptos i mänsklig skelettmuskel. Utredarna antar att den observerade cellförlusten på grund av apoptos huvudsakligen är relaterad till en kaspasoberoende mekanism. Forskarna har nyligen visat att aktivering av mitokondriell kaspasoberoende väg för apoptos kan spela en viktigare roll än den kaspasberoende vägen för att bidra till kärncellsdöd (67). Dessutom antar utredarna att PARP-1/AIF-vägen för apoptos kan vara involverad i den åldersrelaterade muskelförtviningsprocessen. Utredarna kommer att kvantitativt bedöma PARP-1 och AIF och korrelera dessa mått med omfattningen av muskelapoptos.

Specifikt mål 3. Att bedöma rollen av mitokondriers dysfunktion och energisvikt i muskelapoptos, sarkopeni och funktionsnedsättning. Utredarna antar att mitokondriell dysfunktion och den resulterande minskade produktionen av adenosintrifosfat (ATP) är kausalt relaterat till sarkopeni, möjligen genom att utlösa apoptosprogrammet. Det har uppskattats att den genomsnittliga ATP-produktionen i quadricepsmuskeln hos gamla människor är ungefär 50 % av den hos yngre försökspersoner (68), och det har postulerats att energibrist kan utlösa apoptos (58). I enlighet med dessa fynd har forskarna nyligen funnit att hos råttors gastrocnemiusmuskel minskade ATP-innehållet och ATP-produktionen med ~50% med åldern (59). Utredarna kommer kvantitativt att bedöma myocyternas ATP-innehåll tillsammans med viktiga metaboliska mitokondriella enzymer, nämligen citratsyntas, cytokrom-c-oxidas (COX), ATPas och akonitas. Utredarna kommer att korrelera dessa parametrar med nivån av apoptos och med mått på fysisk prestation, funktionshinder och muskelmassa.

Specifikt syfte 4. Att korrelera förändringar i fysisk funktion och muskelmassa med muskelapoptos och biokemiska parametrar vid uppföljning (longitudinell studie). Efter 4 år kommer försökspersoner i högpresterande gruppen att omvärderas för muskelapoptoshastighet, PARP-1- och AIF-aktivitet och energiproduktion. Utredarna kommer att korrelera dessa parametrar med mått på fysisk prestation och muskelmassa bedömd med MRT, såväl som med självrapporterad funktionsnedsättning. Därför kommer utredarna att direkt kunna korrelera en eventuell nedgång i fysisk prestation, muskelmassa och funktionell status vid denna mycket höga ålder med förändringar i muskelapoptos och i biokemiska parametrar.

Forskningsplan:

Med hjälp av en tvärsnittsdesign (ålder 20-35 och 70-99 år) kommer utredarna att kvantifiera nivån av apoptos i muskeln vastus lateralis i en frisk (se inklusions-/exklusionskriterier) population. Apoptos av oersättliga postmitotiska celler kan vara en viktig mekanism i utvecklingen av sarkopeni och har inte undersökts hos friska människor med åldern. En mängd olika kroniska sjukdomar har dokumenterat fall av apoptos i mänsklig skelettmuskel; dvs kroniska lungsjukdomar (69,70) och patienter med hjärtsvikt (69,71,72). Det är dock viktigt att fastställa baslinjenivåer av apoptos hos relativt friska människor innan man fortsätter till mer komplexa tillstånd, såsom sjukdomstillstånd och svaghet. Dessutom kommer utredarna att bestämma knäextensors styrka, myocytvolymen, extracellulärt utrymme och myonukleär domän (tvärsnittsmuskelarea/kärna) genom att kvantifiera antalet kärnor inom en tvärsnittsarea av muskeln. Detta specifika mål kommer att fastställa baslinjenivåer av apoptos och bedöma standardmått för att bedöma sarkopeni.

Studera design. För att uppnå våra mål föreslår utredarna två separata, men kompletterande studier

1. För att få insikter om förändringar av apoptospotentialen med åldern och dess bidrag till muskelmassa och styrkaförlust kommer forskarna att kvantifiera nivån av apoptos i vastus lateralis-muskeln hos unga (ålder 20-35 år; N = 20), gamla högfungerande, (ålder 70-99 år; N = 25) och gamla lågfungerande (ålder 70-99 år; N = 20) försökspersoner. Muskelbiopsi och MRI-skanning för att kvantifiera quadriceps kontraktila område kommer att utföras hos studiedeltagarna. Muskelstyrkan kommer att bedömas genom test av handgreppsstyrka och det isokinetiska knäextensortestet.
2. Preliminära data om bidraget från skelettmuskelapoptos till sarkopeni, fysisk funktionsförlust i hög ålder kommer att samlas in genom att kvantifiera omfattningen av muskelapoptos i vastus lateralis-muskeln hos äldre (ålder 70-99 år), högfungerande (N = 25) ) och lågfungerande (N = 20) försökspersoner, tillsammans med mått på muskelmassa (MRI), muskelstyrka (handgrepp och knäförlängningstest) och övergripande fysisk prestation (Short Physical Performance Battery, SPPB (67)). Dessutom kommer utredarna att samla in preliminära data om rollen mitokondriedriven apoptos i muskelförtvining och funktionell förlust vid hög ålder.

En kort fysisk undersökning kommer att administreras till alla studiedeltagare och viktiga biologiska tecken (kroppsvikt, ståhöjd, kroppstemperatur, blodtryck och puls) kommer att registreras. Ett grundläggande frågeformulär om deltagarnas hälsohistoria kommer också att administreras

Efter fyra år kommer de gamla deltagarna att omvärderas med avseende på fysisk prestation, funktionell status muskelmassa (MRT), muskelapoptos och biokemiska parametrar Funktionshinder kommer också att bedömas med hjälp av ett självrapporterande handikappenkät. För att få information om förändringar i fysisk prestation och funktionell status med tiden och för att maximera retention, kommer ett årligt besök med SPPB, handgrepp och knäextensortestning att planeras för de gamla deltagarna.