Hasta ahora, se sabía que el músculo se regenera a través de un proceso complejo que implica varios pasos y depende de las células madre.

Ahora, un nuevo estudio describe un mecanismo para la regeneración muscular después de un daño fisiológico, que se basa en la reordenación de los núcleos de las fibras musculares y que es independiente de las células madre musculares: El hallazgo servirá para una mejor comprensión de la reparación muscular tanto en contexto fisiológico, como de enfermedad.

El equipo ha descubierto un mecanismo alternativo de reparación del tejido muscular que es autónomo de las fibras musculares.

El trabajo, publicado en la revista Science, ha sido liderado por investigadores de la Universidad Pompeu Fabra (UPF),  el Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares (CNIC), Centro de Investigación Biomédica en Red sobre Enfermedades Neurodegenerativas (CIBERNED) y el Instituto de Medicina Molecular João Lobo Antunes (iMM, Portugal).

El tejido del músculo esquelético, órgano responsable de la locomoción, está formado por células, fibras, que tienen múltiples núcleos, una característica casi única en nuestro cuerpo. A pesar de la plasticidad de estas, su contracción puede ir acompañada de daño muscular.

Según explica William Román, primer autor del estudio, “incluso en condiciones fisiológicas, la regeneración es vital para los músculos que soportan el estrés mecánico de la contracción, que a menudo provoca daño celular».

“Aunque la reparación muscular se ha investigado profundamente en las últimas décadas —dice Román—, la mayoría de los estudios se han centrado en los mecanismos que involucran a varios tipos celulares, incluidas las células madre musculares, que se requieren en caso de daño muscular extenso”.

Sin embargo, agrega Pura Muñoz-Cánoves, que lidera este trabajo, ahora han encontrado “un mecanismo alternativo de reparación del tejido muscular que es autónomo de las fibras musculares”.

Movimiento nuclear hacia los lugares del daño

El equipo utilizó diferentes modelos in vitro de lesión y modelos de ejercicio en ratones y humanos para observar que, al lesionarse, los núcleos de las fibras son atraídos hacia el lugar del daño, lo que acelera la reparación de las unidades contráctiles. A continuación, los investigadores analizaron el mecanismo molecular de esta observación.

“Nuestros experimentos con células musculares en el laboratorio demostraron que el movimiento de los núcleos a los sitios de lesión provocó la entrega local de moléculas de ARN mensajero (ARNm). Estas moléculas de ARNm son traducidas a proteínas en el lugar de la lesión y actúan como bloques de construcción para reparar el músculo”, indica Román.

“Este proceso de autoreparación de las fibras musculares se produce rápidamente tanto en ratones como en humanos después de una lesión muscular inducida por el ejercicio, y por lo tanto representa un mecanismo de protección eficiente en términos de energía y tiempo para la reparación de lesiones menores”, agrega Muñoz-Cánoves.

Además de sus implicaciones para la investigación muscular, este estudio también introduce conceptos más generales para la biología celular, como el movimiento nuclear hacia los lugares de lesión.

El movimiento de los núcleos provocó la entrega local de moléculas de ARNm que, en el lugar de la lesión, son traducidas a proteínas que reparan el músculo , William Roman, investigador de la UPF y primer autor del estudio

Para Edgar R. Gomes, líder de grupo en el iMM y codirector del estudio, “una de las cosas más fascinantes en estas células es el movimiento durante el desarrollo de sus núcleos, los orgánulos más grandes dentro de la célula, pero las razones por las que se mueven son en gran parte desconocidas”.

Ahora, “hemos mostrado una relevancia funcional para este fenómeno en la edad adulta durante la reparación y regeneración celular”, subraya el investigador portugués.

“Este hallazgo constituye un avance importante en el conocimiento de la biología muscular, en fisiología —incluida la del ejercicio— y disfunción muscular”, concluyen los autores.

octubre 18/2021 (SINC)

Referencia:

Román et al. “Muscle repair after physiological damage relies on nuclear migration for cellular reconstruction”. Science 2021.

Un reciente estudio, publicado en Nature Communications, identifica una nueva ruta biológica, regulada por la molécula VAV2, que determina la cantidad de músculo que podemos desarrollar. El trabajo ha sido coordinado por Xosé Bustelo, del Centro de Investigación del Cáncer (CIC) y jefe de grupo del Centro de Investigación Biomédica en Red de Cáncer (CIBERONC).

Además de sus funciones asociadas a ejecutar los movimientos de nuestro cuerpo y la realización de acciones de fuerza, nuestros músculos desempeñan un papel fundamental en el equilibrio metabólico de nuestro cuerpo.

El desarrollo de la cantidad adecuada de músculo viene determinado por las hormonas, que dan órdenes para que se favorezca tanto su formación como el aumento de la masa muscular a lo largo del tiempo.

El desarrollo de la cantidad adecuada de músculo viene determinado por las hormonas, que dan órdenes para que se favorezca tanto su formación como el aumento de la masa muscular en el tiempo

Por ello, cambios en estas sustancias o sus vías de señalización pueden determinar el crecimiento anormal del músculo, su reducción o atrofia. Sin embargo, todavía desconocemos mucho sobre estos procesos biológicos.

Para lograr este hallazgo, el grupo de investigación generó dos tipos de ratones modificados genéticamente que alteraban la actividad biológica de VAV2. “Con el primer modelo experimental, que expresaba una forma activada de dicha molécula, vimos que el ratón desarrollaba una gran cantidad de masa muscular”, explica Bustelo.

“En cambio, el segundo tipo de ratón, que expresaba una forma poco activa de VAV2, presentaba una masa muscular muy reducida. Así, esta molécula tenía que ejercer un papel crucial en la determinación de la masa molecular de nuestro organismo”, añade.

“Los estudios posteriores revelaron que la función de VAV2 era la de favorecer la acción de la insulina y hormonas relacionadas en el interior de las células del músculo. Esto, a su vez, nos llevó a descubrir el mecanismo específico por el cual ejercía dicha función”, añade Sonia Rodríguez Fernández, primera autora de este trabajo.

“VAV2 parece funcionar, por tanto, como las espinacas de Popeye: cuando está muy activado contribuye a desarrollar mucho músculo y, cuando está poco activo, hace que disminuya la masa muscular”, continúa la investigadora.

Más músculo, menos obesidad

Los autores también pudieron ver que los ratones que poseían mayor masa muscular mostraban unas características más sanas y, cuando se les añadía una dieta rica en grasa, no desarrollaban obesidad. Por el contrario, los ratones que poseían menos músculo debido a una baja actividad de VAV2 se convertían en obesos de forma espontánea y, cuando se les añadía una dieta rica en grasa, engordaban mucho más que los animales control.

Los ratones con mayor masa muscular mostraban características más sanas y, cuando se les añadía una dieta rica en grasa, no desarrollaban obesidad. No ocurría lo mismo en los ratones con menos músculo

Además, los roedores desarrollaban problemas típicamente vinculados con la obesidad, como diabetes y síndrome metabólico. “Estos datos nos recuerdan el papel fundamental que tiene el músculo para mantener un equilibrio metabólico adecuado a largo plazo en nuestro organismo”, revela Bustelo.

“También indican que estar delgado es obviamente beneficioso para mantener nuestra salud, pero eso no es así si la pérdida de peso se hace a expensas de perder masa muscular”, concluye Rodríguez Fernández.

noviembre 26/2020 (SINC)

Referencia:

Rodríguez-Fdez S., Bustelo X.R. et al.: Vav2 catalysis-dependent pathways contribute to skeletal muscle growth and metabolic homeostasis. Nature Communications, 2020. doi 10.1038/s41467-020-19489-z

La financiación de este trabajo ha sido posible gracias a proyectos concedidos por el Ministerio de Ciencia e Innovación, el Ministerio de Universidades, el Instituto de Salud Carlos III, la Asociación Española contra el Cáncer (AECC) y la Junta de Castilla-León.

Las mitocondrias son los orgánulos celulares responsables de producir la energía requerida para las células eucariotas,  indispensable para el movimiento de las especies y para la vida organizada.

En todos los libros de texto, las mitocondrias aparecen habitualmente como orgánulos ovalados, estáticos y poco cambiantes. Sin embargo, hoy sabemos que funcionan como un colectivo coordinado, que son dinámicas y que están sometidas a procesos de fusión o de fisión, lo que a su vez determina su funcionalidad e incluso susceptibilidad a promover enfermedades metabólicas, explica el catedrático del departamento de Fisiología de la UGR Jesús Francisco Rodríguez Huertas, autor principal de este trabajo.

En concreto, las células con un predominio de mitocondrias fisionadas pierden funcionalidad y son propensas al envejecimiento y obesidad. Mientras que un predominio de la fusión, formando largos filamentos, se asocia una mayor funcionalidad y reducción de enfermedades metabólicas no transmisibles.

En el estudio realizado en la UGR, y por primera vez en la ciencia, los autores han investigado si los procesos de fusión/fisión mitocondrial tienen lugar en la masa muscular de deportistas durante el entrenamiento y esfuerzos máximos.

Un doble mecanismo

Hemos demostrado que las mitocondrias se fusionan en músculo en pocos minutos y lo hacen de forma transversal a las miofibrillas. Esto podría explicar uno de los interrogantes fisiológicos que nos acompaña desde tiempo: ¿realmente llega oxígeno al centro de las miofibrillas musculares durante esfuerzos máximos?, se pregunta el catedrático de la UGR.

La respuesta sería sencilla: las mitocondrias, al fusionarse transversalmente, captarían el oxígeno en la membrana sarcoplasmática y liberarían ATP en el centro de las miofibrillas sin necesidad de que llegue el oxígeno allí.

Además, los científicos de la UGR han demostrado en este artículo que este proceso se debe a un doble mecanismo: un mecanismo molecular por la activación de proteínas involucradas en la fusión, y un mecanismo mecánico, puesto que la columna de glucógeno, paralela a las miofibrillas, aplastaría a las mitocondrias durante la fase de contracción como si fueran pompas de jabón.

En cualquier caso, este mecanismo es reversible, puesto que a las tres horas de reposo la tendencia es a la fisión mitocondrial para recuperar la forma ovalada clásica del reposo, tal y como aparece en los libros de texto.

diciembre 12/2019 (Dicyt)

Referencia Bibliográfica:

Huertas J.R. Ruiz-Ojeda F.J., Plaza-Díaz J., Nordsborg N.B., Martín-Albo J. , Rueda-Robles A. and Casuso R.A.: Human muscular mitochondrial fusion in athletes during exercise. The FASEB Journal.Vol. 33, No. 11, November 2019.