Dimostrato di proteggere da un’ampia gamma di malattie, l’esercizio fisico può essere il più potente intervento antietà conosciuto dalla scienza. Tuttavia, mentre l’attività fisica può migliorare la salute durante l’invecchiamento, i suoi effetti benefici inevitabilmente diminuiscono. I meccanismi cellulari alla base della relazione tra esercizio fisico, fitness e invecchiamento rimangono poco conosciuti.
In un articolo pubblicato su Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienze, i ricercatori del Joslin Diabetes Center hanno studiato il ruolo di un meccanismo cellulare nel miglioramento della forma fisica mediante l’esercizio fisico e hanno identificato un intervento antietà che ha ritardato il declino che si verifica con l’invecchiamento nell’organismo modello. Insieme, le scoperte degli scienziati aprono la porta a nuove strategie per promuovere la funzione muscolare durante l’invecchiamento.
“L’esercizio fisico è stato ampiamente utilizzato per migliorare la qualità della vita e per proteggere dalle malattie degenerative, e negli esseri umani, un regime di esercizio a lungo termine riduce la mortalità generale”, ha detto l’autore co-corrispondente T. Keith Blackwell, MD, PhD, ricercatore senior. e capo sezione di Islet Cell and Regenerative Biology a Joslin. “I nostri dati identificano un mediatore essenziale della reattività all’esercizio e un punto di ingresso per gli interventi per mantenere la funzione muscolare durante l’invecchiamento”.
Quel mediatore essenziale è il ciclo di frammentazione e riparazione dei mitocondri, le strutture specializzate, o organelli, all’interno di ogni cellula responsabile della produzione di energia. La funzione mitocondriale è fondamentale per la salute e l’interruzione delle dinamiche mitocondriali, il ciclo di riparazione dei mitocondri disfunzionali e il ripristino della connettività tra gli organelli produttori di energia, è stata collegata allo sviluppo e alla progressione di malattie croniche legate all’età, come le malattie cardiache e diabete di tipo 2.
“Quando percepiamo che i nostri muscoli subiscono un modello di affaticamento e ripristino dopo una sessione di esercizi, stanno subendo questo ciclo dinamico mitocondriale”, ha detto Blackwell, che è anche capo sezione di Immunobiologia a Joslin. “In questo processo, i muscoli gestiscono le conseguenze della richiesta metabolica dell’esercizio e ripristinano la loro capacità funzionale”.
Blackwell e colleghi – compreso l’autore co-corrispondente Julio Cesar Batista Ferreira, PhD, Istituto di scienze biomediche, Università di San Paolo – hanno studiato il ruolo delle dinamiche mitocondriali durante l’esercizio nell’organismo modello C. elegans, un semplice, ben studiato specie microscopiche di vermi frequentemente utilizzate nella ricerca sul metabolismo e sull’invecchiamento.
Registrando i vermi selvatici di tipo C. elegans mentre nuotavano o strisciavano, i ricercatori hanno osservato un tipico declino legato all’età della forma fisica durante i 15 giorni di età adulta degli animali. Gli scienziati hanno anche mostrato uno spostamento significativo e progressivo verso mitocondri frammentati e/o disorganizzati negli animali che invecchiano. Ad esempio, hanno osservato nei giovani vermi il giorno 1 dell’età adulta, un singolo periodo di esercizio ha indotto affaticamento dopo un’ora. La sessione di 60 minuti ha anche causato un aumento della frammentazione mitocondriale nelle cellule muscolari degli animali, ma un periodo di 24 ore è stato sufficiente per ripristinare sia le prestazioni che la funzione mitocondriale.
Nei vermi più anziani (giorno 5 e giorno 10), le prestazioni degli animali non sono tornate al basale entro 24 ore. Allo stesso modo, i mitocondri degli animali più anziani hanno subito un ciclo di frammentazione e riparazione, ma la riorganizzazione della rete che si è verificata è stata ridotta rispetto a quella degli animali più giovani.
“Abbiamo stabilito che una singola sessione di esercizio induce un ciclo di affaticamento e recupero della forma fisica che è parallelo a un ciclo di ricostruzione della rete mitocondriale”, ha detto la prima autrice Juliane Cruz Campos, borsista postdottorato presso il Joslin Diabetes Center. “L’invecchiamento ha smorzato la misura in cui ciò si è verificato e ha indotto un parallelo declino della forma fisica. Ciò ha suggerito che le dinamiche mitocondriali potrebbero essere importanti per mantenere la forma fisica e possibilmente per migliorare la forma fisica con un periodo di esercizio”.
In una seconda serie di esperimenti, gli scienziati hanno permesso ai vermi selvatici di nuotare per un’ora al giorno per 10 giorni consecutivi, a partire dall’inizio dell’età adulta. Il team ha scoperto che, come nelle persone, il programma di allenamento a lungo termine ha migliorato significativamente la forma fisica degli animali di mezza età al giorno 10 e ha mitigato la compromissione delle dinamiche mitocondriali tipicamente osservate durante l’invecchiamento.
Infine, i ricercatori hanno testato interventi noti che allungano la durata della vita per la loro capacità di migliorare la capacità di esercizio durante l’invecchiamento. I vermi con AMPK aumentato – una molecola che è un regolatore chiave dell’energia durante l’esercizio che promuove anche il rimodellamento della morfologia e del metabolismo mitocondriale – hanno mostrato una migliore forma fisica. Hanno anche dimostrato il mantenimento, ma non il miglioramento, delle prestazioni fisiche durante l’invecchiamento. I vermi progettati per mancare di AMPK hanno mostrato una ridotta forma fisica durante l’invecchiamento e una compromissione del ciclo di recupero. Inoltre non hanno ricevuto i benefici che ritardano l’età dell’esercizio nel corso della vita.
“Un obiettivo importante nel campo dell’invecchiamento è identificare interventi che non solo allunghino la durata della vita, ma migliorino anche la salute e la qualità della vita”, ha affermato Blackwell, che è anche professore di genetica presso la Harvard Medical School. “Negli esseri umani che invecchiano, il declino della funzione muscolare e della tolleranza all’esercizio è una preoccupazione importante che porta a una sostanziale morbilità. I nostri dati indicano punti di intervento potenzialmente fruttuosi per prevenire questo declino, molto probabilmente insieme ad altri aspetti dell’invecchiamento. Sarà di grande interesse per determinare in che modo la plasticità della rete mitocondriale influenza la forma fisica insieme alla longevità e alle malattie associate all’invecchiamento negli esseri umani”.
Altri autori includevano Takafumi Ogawa del Joslin Diabetes Center; Luiz Henrique Marchesi Bozi (co-primo autore) e Edward Chouchani del Dana-Farber Cancer Institute; Barbara Krum, Luiz Roberto Grassmann Bechara, Nikolas Dresch Ferreira, Gabriel Santos Arini, Rudá Prestes Albuquerque dell’Università di San Paolo; Annika Traa della McGill University; Alexander M. van der Bliek della David Geffen School of Medicine dell’Università della California, Los Angeles; Afshin Beheshti dell’Ames Research Center della NASA; e Jeremy M. Van Raamsdonk della Harvard Medical School.
Questo lavoro è stato sostenuto dalla Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) (borse 2013/07937-8, 2015/22814-5, 2017/16694-2 e 2019/25049-9); Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento — Brasil (CNPq) (borse 303281/2015-4 e 407306/2013-7); Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior — Brasil (CAPES) Finance Code 001 e Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia e Centro de Pesquisa e Desenvolvimento de Processos Redox em Biomedicina; National Institutes of Health (NIH) (sovvenzioni R35 GM122610, R01 AG054215, DK123095, AG071966); il Joslin Diabetes Center (concede P30 DK036836 e R01 GM121756); Borse post-dottorato FAPESP 2017/16540-5 e 2019/18444-9, e 2016/09611-0 e 2019/07221-9; l’American Heart Association Career Development Award (2022/926512); il programma Claudia Adams Barr; il Fondo Famiglia Lavine; il Pew Charitable Trust. William B. Mair (Harvard TH Chan School of Public Health) e Malene Hansen (Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute) hanno fornito alcuni dei ceppi di vermi utilizzati in questo studio. Altri ceppi sono stati forniti dal CGC, che è finanziato dal NIH (P40 OD010440).
Chouchani è fondatore e azionista di Matchpoint Therapeutics. Gli altri autori non dichiarano interessi concorrenti.
Il presente articolo è basato sui contenuti di Sciencedaily.com
