MIOFIBRILLE CHIARE ... SCURE E ISOFORME ATTIVE. Lo sviluppo della biologia molecolare ha permesso di ottenere una cospicua mole di informazioni sulle proteine del muscolo e sui relativi geni, rendendo pertanto possibile l’analisi della composizione delle isoforme delle proteine muscolari nelle stesse fibre sottoposte precedentemente a studi funzionali. Il muscolo scheletrico si presenta come un tessuto eterogeneo: l’eterogeneità è una proprietà di tutti i muscoli, essenziale per la loro funzione. I muscoli scheletrici sono tenuti a rispondere ad un ampio range di richieste funzionali in ciascuna specie animale, spesso diverse in differenti specie animali. Tale flessibilità funzionale trova le sue basi: 1. in un potente e accurato controllo del sistema nervoso e 2. nella disponibilità in ciascun muscolo di numerosi tipi di fibre con distinti aspetti e compiti funzionali (resistenza alla fatica, velocità di contrazione etc.). L’espressione di differenti isoforme proteiche e quindi l’esistenza di fenotipi distinti di fibre muscolari rappresenta la principale determinante della performance muscolare in vivo. L’importanza di focalizzare l’attenzione a livello di singola fibra e di estendere lo studio non solo agli animali ma all’uomo è legata, tra le diverse ragioni, all’interesse della ricerca medica e fisiologica applicata. Inoltre l’uomo è caratterizzato da una postura e una locomozione peculiari, lo sviluppo del sistema nervoso acquisisce aspetti peculiari non comparabili con nessun’altra specie animale. Negli ultimi anni infatti stanno emergendo vari esempi di differenze esistenti tra muscoli umani e muscoli di piccoli mammiferi. La diversità tra le fibre muscolari coinvolge molti aspetti della struttura e funzione del muscolo; la determinazione di parametri funzionali in una popolazione di singole fibre umane mostra ranges ampi e continui di variabilità. La generazione di tale diversità è basata sulla regolazione genica attraverso due principali meccanismi: 1- meccanismo qualitativo: la maggioranza delle proteine muscolari esistono in forme simili ma non identiche e prendono il nome di isoforme; queste possono derivare dallo stesso gene, attraverso un meccanismo di splicing alternativo, o da geni differenti ma appartenenti alla stessa famiglia (isogeni). La presenza di isoforme rappresenta il primo meccanismo che genera diversità tra le fibre muscolari. 2- meccanismo quantitativo: espressione differenziale dello stesso gene in quanto molti geni possono subire il processo di up-regulation e down-regulation sulla base di vari fattori come un pattern di scarica neuronale, un carico meccanico, stimoli ormonali e via di seguito. La proporzione tra i prodotti di questi geni viene in questo modo modificata portando alla comparsa di nuovi aspetti funzionali e strutturali. Il numero di possibili combinazioni generato dai due meccanismi risulta comunque limitato da richieste strutturali, da regole di espressione che definiscono associazioni preferenziali tra le isoforme proteiche. Per questa ragione il numero di possibili combinazioni tende a diminuire e sono invece presenti dei fenotipi di fibre muscolari più frequenti. Un tipo di fibra è in conclusione il risultato di uno specifico profilo di espressione genica che, per alcuni geni indica un up o down-regulation, per altri una selettiva espressione di una isoforma (Reggiani and Mascarello, 2004). Quando vanno incontro a delle trasformazioni le fibre muscolari si muovono da un fenotipo all’altro (type transition), ciò implica pertanto l’esistenza, all’interno di queste cellule, di regole che coordinano l’espressione di vari geni e modulano varie funzioni (produzione e consumo di energia, metabolismo del calcio etc). Le trasformazioni fenotipiche sono state studiate più in dettaglio negli animali, in particolar modo negli animali di piccola taglia (Pette e Staron, 1997). Tra i determinanti dei tipi di fibre il pattern di scarica neuronale ha un ruolo centrale; come conseguenza tutte le fibre di una unità motoria, ovvero tutte le fibre innervate dallo stesso motoneurone e riceventi lo stesso pattern di stimolazione, esibiscono lo stesso fenotipo, sono pertanto fibre dello stesso tipo. La classificazione funzionale più semplice dei tipi di fibre si basa sui parametri seguenti: • parametri di risposta contrattile, i quali sono determinati dalla composizione proteica delle miofibrille e del reticolo sarcoplasmatico. Le fibre muscolari si definiscono slow o fast sulla base della loro velocità di contrazione, la velocità cioè a cui sviluppano tensione durante la contrazione e a cui scompare durante il rilasciamento. • L’abilità di sostenere il consumo energetico dovuto all’attività contrattile con adeguata produzione di ATP. Le fibre possono essere resistenti alla fatica o non resistenti sulla base della loro capacità di mantenere la performance contrattile durante ripetute stimolazioni. Alla luce di questi due criteri si identificano tre tipi di miofibre: 1. S: slow e resistenti a fatica esprimenti l’isoforma MHC1 (fibre di tipo 1) 2. FR: fast e resistenti a fatica esprimenti l’isoforma MHC 2A (fibre di tipo 2A) 3. FF: fast e non resistenti a fatica esprimenti l’isoforma MHC 2X (fibre di tipo 2X). Tra tutte le proteine la cui espressione varia da un tipo di fibra ad un altro, le isoforme della catena pesante della miosina sono generalmente considerate il marker molecolare del tipo di fibra: i tipi di fibre sono spesso indicati con il nome dell’isoforma di miosina che è espressa. La miosina è infatti la più abbondante proteina muscolare e determina anche il consumo energetico nonché le proprietà e le performances meccaniche delle fibre muscolari. Le fibre di I tipo sono di colore più scuro per la ricchezza di mioglobina, presentano piccolo diametro, bassi valori di ATPasi miofibrillare e un ampio corredo di enzimi ossidativi; tali fibre, responsabili del tono muscolare, si contraggono lentamente e hanno notevole resistenza alla fatica. Le fibre di II tipo (chiare), invece, sono atte a contrazioni rapide e strenue, come quelle nel salto in alto e nella corsa su brevi distanze. Tali fibre hanno uno sviluppato reticolo sarcoplasmatico che consente il rapido rilascio di ioni calcio, presentano un metabolismo prevalentemente anaerobico, e generano forza, o tensione muscolare, più velocemente delle fibre di tipo I. L’esistenza di fibre IBRIDE contenenti differenti isoforme proteiche miofibrillari è abbastanza frequente e potrebbe invece rappresentare la regola piuttosto che l’eccezione: multiple isoforme delle MHC sono regolarmente coespresse durante lo sviluppo, durante le trasformazioni indotte da stimolazioni elettriche, e durante cambiamenti nello stato ormonale e nell’attività fisica. La co-espressione di differenti isoforme MHC di tipo fast rappresenta una condizione stabile nel muscolo maturo umano, come determinato da analisi a livello proteico e di mRNA. Anche la coesistenza di isoforme slow e fast può essere osservata nei normali muscoli, e la proporzione relativa delle MHC fast verso le slow potrebbe variare indipendentemente dalle variazioni delle isoforme MLC. Poiché la diversità di isoforme è associata ad una diversità funzionale, il continuum del fenotipo molecolare potrebbe dar luogo ad un continuum delle proprietà funzionali (Bottinelli et al., 1994). Queste condizioni offrono la possibilità di studiare gli aspetti della trasduzione chimico-meccanica di diverse isoforme semplicemente analizzando il comportamento di singole fibre muscolari. Può una particolare tipologia di allenamento modificare il destino delle fibre ibride!!!!!! Lo vedremo in un prox articolo ... sempre sintonizzati su MES Nicola Camera
Posted on: Wed, 28 Aug 2013 20:27:05 +0000
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