Miostatina e Ipertrofia muscolare, analisi degli studi

La miostatina è una proteina scoperta nel 1997 da McPherron e collaboratori (McPherron et al. 1997). In particolare è un gene inibitore della crescita muscolare appartenete alla superfamiglia delle proteine conosciute come fattori di crescita trasformanti β.

Questa superfamiglia regola e controlla la crescita e la differenziazione dei tessuti in tutto il corpo.

Il gene della miostatina è espresso quasi esclusivamente nelle cellule muscolari scheletriche. Inoltre è stato notato come nello sviluppo embrionale e negli animali adulti, funzioni da regolatore negativo della crescita muscolare.

 

Le sperimentazioni sulla miostatina negli animali

Nelle sperimentazioni con i ratti  la distruzione mirata del gene della miostatina ha raddoppiato la massa muscolare dei roditori (McPherron et al. 1997). Al contrario la sovraespressione sistemica di tale gene porta ad una sindrome da deperimento caratterizzata da una perdita muscolare (Zimmers et al. 2002). Inoltre è stato confermato come quest’ultima cpondizione inibisca l’attivazione delle cellule satellite (McCroskery et al. 2003).

La funzione della miostatina sembrerebbe essere conservata in tutte le specie animali. Ad esempio, è stato evidenziato come in una razza di bovini che presentava una mutazione di tale gene, la quantità di massa muscolare era notevolmente superiore a quella degli altri bovini (Grobet et al. 1997).

Allo stesso modo è stato riscontrato anche un caso umano dove un bambino con una mutazione genetica relativa alla miostatina presentava un’ipertrofia muscolare più accentuata rispetto agli altri soggetti della sua età (Schuelke M et al. 2004). Infatti il fenotipo di questo bambino ricordava l’aumento della massa muscolare e la riduzione dell’adiposità che è stata trovata anche da McPherron nei topi.

Ancora nello studio sul bambino non sono stati riscontrati effetti negativi sulla salute, avvenimento plausibile poiché la miostatina è espressa anche nel cuore, ma non è stato rilevato alcun segno di cardiomiopatia o alterazione nella conduzione del segnale.

Tuttavia il soggetto sottoposto a studio era troppo giovane per poter escludere in modo sicuro qualsiasi anomalia.

L’ultimo studio condotto sull’espressione di questo gene risale a febbraio 2018 (Jang et al. 2018).

La review in oggetto non analizza direttamente la miostatina, ma ne parla in relazione all’ipertrofia muscolare e al consumo di caffè.

Come mai il caffè?

Tutti sappiamo che è una delle bevande più consumate in tutto il mondo e sappiamo come aiuti a prevenire il verificarsi di alcune malattie croniche. Tuttavia l’effetto del caffè sull’ipertrofia muscolare non è mai stato approfondito ed è rimasto poco chiaro.

Ebbene in questo studio i topi messi sotto sperimentazione sono stati nutriti con una dieta che conteneva una percentuale di caffè, tale sostanza è stata in grado di attenuare la risposta della miostatina, che ha influito sull’AMPK, Akt e mTOR.

Inoltre ha anche attivato la differenziazione miogenica e l’espressione della miogenina. Oltre all’aumento dell’ipertrofia del muscolo tricipite e quadricipite è stato evidenziato anche un aumento della forza nella presa (“grip”) nei topi sottoposti a sperimentazione.

 

Miostatina e supplementazione

Nel 2014 uno studio (Mobley et al. 2014) ha valutato l’efficacia della supplementazione di HMB, leucina e creatina e come questa possa rallentare l’espressione del gene della miostatina.

Questo è avvenuto grazie all’attività dell’Akirin-1 che interferisce con la miostatina, interagendo con l’mRNA e regolando l’atrofia dei miotubuli. Un limite di questo studio è che è stato fatto in vitro e non in vivo, perciò l’applicazione pratica sarebbe da sottoporre a sperimentazione.

Per risalire ad uno studio in vivo sono andato ad analizzare una review del 2009 (Hulmi et al. 2009) che ha analizzato quali effetti avesse l’allenamento con i sovraccarichi combinato alla supplementazione di proteine del siero del latte sull’espressione della miostatina e sulla via mTOR. I risultati hanno evidenziato come il resistance training incrementi il segnale mTOR e come i livelli di miostatina si fossero ridotti; inoltre si è visto come l’ingestione di proteine abbia prolungato la risposta del segnale mTOR.

 

Miostatina e interazioni ormonali

Come interagisce invece a livello ormonale la miostatina? Uno studio del 2017 (Consitt et al. 2017) ha evidenziato come l’innalzamento del livello di GH, valutato in cronico, abbia un impatto critico sulle vie metaboliche coinvolte nell’atrofia delle proteine muscolari dando una visione completa su come la miostatina, e altre vie regolatrici, possano agire per inibire la crescita esagerata dei muscoli in un ambiente dove vi è un eccesso nella stimolazione di GH e conseguente IGF-1.

Quindi è possibile affermare che l’inattività muscolare incrementa l’espressione del gene della miostatina, avendo conseguenze funzionali avverse.

A conferma di questa ipotesi è utile il lavoro di due studiosi del 2004 (Jackman & Kandarian 2004) che hanno cercato di fornire una spiegazione su cosa accadesse a livello molecolare nell’atrofia del muscolo scheletrico.

Questa review ha delineato i processi  sia sulla sintesi delle proteine che sulla lisi delle proteine stesse sottostanti all’atrofia muscolare. I profili trascrizionali del muscolo atrofico mostrano nel tempo sia una upregulation che una downregulation di vari geni, fornendo così ulteriori prove che ci sono più processi concomitanti coinvolti nell’atrofia muscolare.

 

Conclusioni finali

Infine si può affermare come l’espressione del gene della miostatina può essere controllabile grazie all’allenamento e ipoteticamente anche grazie ad una supplementazione mirata.

Tuttavia la capacità di indurre un effetto realmente inibitorio sulla miostatina resta ancora da analizzare in maniera più approfondita.

 

A cura del Dottor Samuele Cravanzola

 

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BIBLIOGRAFIA – REFERENCES:

1. Consitt LA et al. (2017) Mice overexpressing growth hormone exhibit increased skeletal muscle myostatin and MuRF1 with attenuation of muscle mass. Skeletal muscle; 7(1):17.
2. Grobet L et al. (1997) A deletion in the bovine myostatin gene causes the double-muscled phenotype in cattle. Nat Genet; 17:71-74.
3. Hulmi JJ et al. (2009) Resistance exercise with whey protein ingestion affects mTOR signaling pathway and myostatin in men. Journal of Applied Physiology; 106(5), 1720-1729.
4. Jackman RW & Kandarian SC (2004) The molecular basis of skeletal muscle atrophy. Am J Physiol Cell Physiol; 287(4):C834–C843.
5. Jang YJ et al. (2018) Coffee consumption promotes skeletal muscle hypertrophy and myoblast differentiation. Food Funct; 9(2):1102-1111.
6. McCroskery S et al. (2003) Myostatin negatively regulates satellite cell activation and self-renewal. J Cell Biol; 162:1135-1147.
7. McPherron AC et al. (1997) Regulation of skeletal muscle mass in mice by a new TGF-β superfamily member. Nature; 387:83-90.
8. Mobley CB et al. (2014) L-leucine, beta-hydroxy-beta-methylbutyric acid (HMB) and creatine monohydrate prevent myostatin-induced Akirin-1/Mighty mRNA down-regulation and myotube atrophy. Journal of the International Society of Sports Nutrition; 11(1), 38.
9. Schuelke M et al. (2004) Myostatin mutation associated with gross muscle hypertrophy in a child. N Engl J Med; 24;350(26):2682-8.
10. Zimmers TA et al. (2002) Induction of cachexia in mice by systemically administered myostatin. Science; 296:1486-1488.