Ćwiczenia zwiększają recykling komórkowy

Wiemy, że ćwiczenia spowalniają postęp objawów u myszy z HD, ale nie wiemy dlaczego. Nowe badania pokazały, że ćwiczenia zwiększają proces recyklingu komórkowego w mięśniach myszy. Te odkrycia mogą zwiększyć nasze zrozumienie HD i pomóc w opracowaniu leków.

Natura i wychowanie

Wszystkie choroby wynikają z 'natury i wychowania’ – często są złożoną kombinacją czynników genetycznych i środowiskowych. Gdy ponad dziesięć lat temu odkryto, że nawet choroba dziedziczna, taka jak choroba Huntingtona, może być opóźniona u myszy poprzez zwiększoną aktywność umysłową i fizyczną, miało to ogromne znaczenie dla naszego rozumienia takich chorób.

Do tego momentu HD była uważana za przypadek genetycznego 'determinizmu’. Te odkrycia na myszach, później potwierdzone badaniami rodzin z HD, wykazały, że czynniki środowiskowe mogą również odgrywać ważną rolę w chorobach genetycznych, co sugeruje nowe podejścia do opóźnienia początku choroby i możliwego spowolnienia jej postępu.

Dlaczego ćwiczenia są korzystne?

Jednym z kluczowych czynników w tych wczesnych badaniach na myszach było wzmocnienie ćwiczeń fizycznych. Od dawna wiemy, że zwiększone ćwiczenia są dobre dla ciała, ale nowe dowody sugerują, że są również dobre dla mózgu i chronią przed niektórymi zaburzeniami neurologicznymi i psychiatrycznymi. Kluczowym aspektem takich odkryć jest znalezienie odpowiedzi na pytanie, jak ćwiczenia przynoszą korzyści ciału i mózgowi. Gdybyśmy mogli to ustalić, moglibyśmy wykorzystać to do opracowania nowych terapii zapobiegających chorobom lub spowalniających je.

Wykazano, że zwiększone ćwiczenia fizyczne są korzystne dla różnych chorób, w tym zaburzeń metabolicznych takich jak cukrzyca. W odniesieniu do mózgu istnieje wiele chorób, które przynoszą korzyści ze wzmożonych ćwiczeń, w tym choroba Alzheimera i inne formy demencji. Jednak nadal nie rozumiemy w pełni, jak ćwiczenia wywierają swoje różne korzystne efekty na mózg i ciało.

Autofagia

Najnowsze prace zespołu badaczy z University of Texas, kierowanego przez dr Beth Levine, odnoszą się do kwestii tego, jak ćwiczenia mogą wpływać na ciało.

Kluczowym odkryciem, którego dokonali, jest to, że ćwiczenia mogą wpływać na proces zachodzący w komórkach zwany 'autofagią’. Autofagia jest jak zakład recyklingu wewnątrz komórek, który zapewnia, że cząsteczki, które nie działają prawidłowo, są usuwane z systemu i zastępowane innymi, które działają.

Aby zrozumieć tak kluczowy proces zachodzący w komórkach, musimy krótko zastanowić się nad zadziwiającą złożonością cząsteczek znajdujących się w każdej komórce naszego ciała. Każda komórka zawiera kopię 3 miliardów 'liter’ naszego genomu. Te litery tworzą ponad 20 000 genów, z których każdy mówi komórce, jak produkować białka.

Pojedyncza komórka może zawierać dziesiątki tysięcy różnych białek, każde z własnymi unikalnymi strukturami i funkcjami. Komórki mają mechanizmy, które rozkładają i recyklingują stare lub zniekształcone białka, żeby pomóc utrzymać komórki w zdrowiu. Autofagia jest jednym z kluczowych aspektów tego procesu recyklingu komórkowego.

Autofagia w HD

Wiadomo, że autofagia nie działa prawidłowo w wielu zaburzeniach mózgu, w tym w chorobie Huntingtona. Ponadto najnowsze dowody sugerują, że sztuczne zwiększenie autofagii, na przykład przez użycie określonego leku, może być pomocne w modelach HD, prawdopodobnie dzięki bardziej efektywnemu usuwaniu toksycznych fragmentów białek.

Z tego powodu wszystko, co zmienia autofagię, jest interesujące dla badaczy HD.

Związek między ćwiczeniami a autofagią?

Nowe odkrycia Levine, opublikowane w czasopiśmie Nature, pokazują, że zwiększone ćwiczenia u normalnych myszy wzmacniają autofagię w komórkach mięśniowych kończyn i serca. Byli również w stanie zidentyfikować kluczowe cząsteczki zaangażowane w to zjawisko w komórkach. Kiedy zakłócili te mechanizmy molekularne, myszy nie były w stanie czerpać korzystnych efektów ze wzmożonych ćwiczeń.

Karmienie myszy dietą wysokotłuszczową może powodować zmiany metaboliczne w sposobie przetwarzania cukru. Ćwiczenia mogą pomóc w walce z tymi problemami wywołanymi dietą, a zespół Levine pokazał, że zwiększona autofagia była zaangażowana w ten korzystny aspekt ćwiczeń.

Genetycznie zmodyfikowane myszy, które nie były w stanie przejść tego korzystnego zwiększenia autofagii, również wykazywały zmniejszoną wytrzymałość podczas ćwiczeń, pokazując, że związek między ćwiczeniami a recyklingiem komórkowym jest głęboki i wydaje się działać w obie strony.

Co to oznacza dla HD?

Odkrycia są najbardziej istotne dla zaburzeń metabolicznych takich jak cukrzyca. Jednak to badanie może być również istotne dla zaburzeń mózgu. Więc jaki może być główny wniosek dla badań nad HD?

Wiemy, że zwiększona aktywność fizyczna może mieć korzystne efekty dla zwierząt z HD. Może to następować przez różne procesy, w tym wpływ bezpośrednio na mózg, mięśnie, krew, system immunologiczny i inne narządy.

Jedną z implikacji takich wcześniejszych badań jest to, że jeśli możemy zrozumieć, jak zwiększona stymulacja poznawcza i ćwiczenia fizyczne powodują korzystne efekty na poziomie cząsteczek i komórek, może to prowadzić do leków środowiskowo-mimetycznych – leków, które naśladują lub wzmacniają korzystne efekty stymulacji środowiskowej.

Leki środowiskowo-mimetyczne mogłyby zapewnić bardzo potrzebne wsparcie dla komórek, narządów, ciał i mózgów.

Co ważne, ten nowy artykuł o autofagii dostarcza nowego wglądu w efekty ćwiczeń w komórkach, przynajmniej w odniesieniu do mięśni. Dodaje również nowe informacje do naszego zrozumienia tego, jakie czynniki mogą regulować tę autofagię, czyli recykling molekularny, w komórkach.

To nowe podstawowe odkrycie wymaga testowania na zwierzętach z mutacją HD, zanim będziemy mogli zacząć wyciągać wnioski dla choroby Huntingtona. Ale jeśli się potwierdzi, może pomóc zidentyfikować kluczowe cząsteczki, które mogłyby być celowane nowymi lekami – lekami, które mogłyby być przydatne dla różnych chorób, w tym HD.

Dowiedz się więcej

• Artykuł autorstwa He i współpracowników w Nature (pełny artykuł wymaga płatności lub subskrypcji)