Numerosi studi dimostrano che il muscolo scheletrico può essere programmato, dove l’esposizione precoce alla vita di stimoli ambientali porta ad un’alterazione prolungata del fenotipo del muscolo scheletrico in età avanzata. Ciò è stato dimostrato in modelli di mammiferi in cui una ridotta disponibilità di nutrienti durante la gestazione compromette il numero delle fibre muscolari scheletriche, la composizione (proporzioni della fibra veloce / lenta) e la dimensione della prole. Studi epidemiologici condotti su coorti di invecchiamento umano, suggeriscono inoltre che il basso peso alla nascita e la malnutrizione gestazionale sono fortemente associati con la ridotta dimensione del muscolo scheletrico, la forza e la velocità dell’andatura in età avanzata. Nonostante questi dati convincenti, non è noto se il muscolo scheletrico adulto possegga la capacità di rispondere in modo diverso agli stimoli ambientali in modo adattivo o disadattivo. Oppure se gli stimoli sono stati precedentemente rilevati, un concetto recentemente definito come memoria muscolare scheletrica o se questo processo è epi-geneticamente regolato. Infatti, è noto che le cellule dei muscoli scheletrici conservano le informazioni o “ricordano” la nicchia delle cellule staminali del donatore, una volta derivate in vitro da individui fisicamente attivi, obesi e sarcopenici.
Questi studi suggeriscono collettivamente che le cellule del muscolo scheletrico potrebbero essere regolate epi-geneticamente, poiché sembrano non solo conservare informazioni dalla nicchia ambientale da cui hanno avuto origine, ma anche passare questa “firma” molecolare sulla futura progenie di cellule figlie in vitro. Inoltre, abbiamo recentemente riferito che le cellule muscolari scheletriche del topo (C2C12), a seguito di uno stress infiammatorio precoce, passano informazioni molecolari sulle generazioni future (30 divisioni cellulari), attraverso un processo di metilazione del DNA. È importante sottolineare che le cellule che hanno incontrato lo stress infiammatorio catabolico, nella loro precedente vita proliferativa, avevano alterato la capacità di differenziazione quando incontravano lo stesso stress infiammatorio nella successiva vita proliferativa. È stato quindi proposto che una memoria e la suscettibilità del muscolo scheletrico a ripetuti incontri con l’infiammazione, possano essere controllati da modificazioni epigenetiche come la metilazione del DNA, un fenomeno che è stato definito “epi-memoria” muscolo- scheletrica.
Uno studio condotto da ricercatori della Keele University ha dimostrato per la prima volta che i muscoli umani possiedono una “memoria” di una precedente crescita a livello del DNA. I periodi di crescita dei muscoli scheletrici sono “ricordati” dai geni nel muscolo, aiutandoli a crescere più grandi nella vita. La ricerca, pubblicata su Scientific Reports, potrebbe avere implicazioni di vasta portata per gli atleti colpiti dall’uso di droghe per il potenziamento muscolare, poiché i farmaci potrebbero creare cambiamenti duraturi, rendendo i divieti a breve termine inadeguati. Utilizzando le ultime tecniche di genomica, i ricercatori di Keele, insieme alle Università di Liverpool John Moores, Northumbria e Manchester Metropolitan, hanno studiato oltre 850.000 siti sul DNA umano e scoperto i geni “marcati” o “non marcati” con speciali “etichette” chimiche quando il muscolo si sviluppa dopo l’esercizio, ritorna alla normalità e poi cresce di nuovo dopo l’esercizio fisico in età avanzata.
Nello specifico, i geni AXIN1, GRIK2, CAMK4 e TRAF1 hanno mostrato una crescente ipometilazione del DNA insieme a un’espressione genica potenziata per carico, scarico e ricarico. Nei casi in cui l’ipometilazione di questi geni è stata mantenuta anche durante lo scarico in cui la massa muscolare è tornata alla linea di base, indicando una memoria epigenetica della crescita muscolare precedente. Inoltre, i geni UBR5, RPL35a, HEG1 e PLA2G16 precedentemente non studiati nel muscolo scheletrico, insieme a SETD3 hanno mostrato ipometilazione e maggiore espressione genica dopo carico rispetto al basale e hanno mostrato aumenti ancora maggiori, sia nell’ipometilazione che nell’espressione genica dopo il successivo ricaricamento- Questo indica anche una memoria regolata epi-geneticamente per migliorare l’espressione genica durante il ricaricamento. Infine, il team ha identificato i geni GRIK2, TRAF1, BICC1 e STAG1 che diventano ipometilati dopo un singolo esercizio di resistenza acuta, che sono stati mantenuti ipometilati e hanno migliorato l’espressione genica dopo il successivo ricaricamento.
Conosciuti come modifiche epigenetiche, questi “marcatori” o “etichette” indicano al gene se dovrebbe essere attivo o inattivo, fornendo istruzioni al gene di accendersi o spegnersi senza cambiare il DNA stesso. Il dott. Adam Sharples, l’autore senior e docente senior in Fisiologia Cellulare a Molecolare presso la Keele University, e il dottor Robert Seaborne hanno spiegato: “In questo studio, abbiamo dimostrato che i geni nei muscoli che rimanevano con meno “etichette”, questa informazione epigenetica quando cresce dopo l’esercizio nella vita precedente, è importante che questi geni rimangano senza tag anche quando perdiamo di nuovo i muscoli. Ma questo aiuta a “accendere” il gene in misura maggiore, ed è associato a una maggiore crescita muscolare in risposta all’esercizio fisico successivo, dimostrando una memoria epigenetica della precedente crescita muscolare. La nostra ricerca, perciò, ha importanti implicazioni sul modo in cui gli atleti si allenano, si riprendono dall’infortunio e ha conseguenze anche più vaste per gli atleti sorpresi a “doparsi”.
Il dott. Sharples ha spiegato: “Se il muscolo di un atleta cresce, e poi si infortunano e perdono un po ‘di muscoli, può aiutare il loro successivo recupero se conosciamo i geni responsabili della memoria muscolare.” Ulteriori ricerche saranno importanti per capire come diversi programmi di esercizio può aiutare ad attivare questi geni della memoria muscolare”. Seaborne ha proseguito: “Se un atleta d’élite prende farmaci per aumentare la massa muscolare, i suoi muscoli potrebbero conservare un ricordo di questa precedente crescita muscolare: se l’atleta viene catturato e gli viene dato un divieto, potrebbe essere il caso che i divieti non sono adeguati, in quanto possono continuare ad essere vantaggiosi rispetto ai loro concorrenti perché hanno assunto droghe in precedenza, nonostante non le abbiano assunte più. Per confermare questo, sono richieste ulteriori ricerche che utilizzano molecole per costruire muscoli, piuttosto che l’esercizio utilizzato nel presente studio”.
- a cura del Dr. Gianfrancesco Cormaci, medico specialista in Biochimica Clinica.
Letteratura specifica
Seaborne RA et al. Sci Rep. 2018 Jan 30; 8(1):1898.
Sharples AP et al. Aging Cell. 2016 Aug; 15(4):603-16.
Sharples AP et al. Biogerontology. 2016 Jun; 17(3):603-17.