Envejecimiento y morfología mitocondrial en fibras musculares esqueléticas

Abstract

Introducción: Uno de los cambios que ocurren durante el envejecimiento es la pérdida de la masa muscular, proceso denominado sarcopenia. Esta disminución genera en el individuo una alteración en sus capacidades físicas, lo que finalmente va a afectar su calidad de vida. A nivel celular, algunos de los cambios que ocurren en el músculo esquelético durante el proceso de envejecimiento incluyen acumulación de lípidos, plegamiento inadecuado de proteínas estructurales y contráctiles, y una disfunción mitocondrial. Dentro de este contexto, si bien se ha descrito el rol del metabolismo mitocondrial en la función muscular y en el desarrollo de varias enfermedades, el papel de la morfología mitocondrial en el proceso de envejecimiento muscular ha sido escasamente estudiado. Materiales y métodos: Se realizó una caracterización en términos de algunos parámetros físicos y pruebas funcionales a ratones machos C57BL/6 de 2-3 meses, 6-9 meses, 10-14 meses y de más de 16 meses. Luego se transfectó el músculo FDB (Flexor digitorum brevis) con el plasmidio Mt-DsRed en los distintos grupos etarios. Después se aislaron las fibras musculares del FDB y se obtuvieron las imágenes a través de microscopía confocal. Posteriormente se realizó el análisis de determinación de la morfología y de la orientación de la red mitocondrial utilizando el programa Image J. Finalmente, se realizó la medición de mRNA de Mfn-1, Mfn-2, Opa-1, Drp-1 y Fis-1 a través de PCR en tiempo real y se determinaron los niveles de estas proteínas a través de Western Blot. Resultados: Durante el envejecimiento de estos animales observamos un aumento en el peso corporal y en la grasa epididimal. Sin embargo, sólo observamos un aumento en la masa muscular en el grupo de 6-9 meses. Por otro lado, determinamos que la disminución en la fuerza muscular comienza en el grupo de 10-14 meses, de igual manera, observamos que la disminución en la resistencia física de los animales inicia en el mismo grupo etario. Por otra parte, determinamos que la morfología de la red mitocondrial se modifica constantemente durante el envejecimiento pasando de un estado más fragmentado en el grupo de 6-9 meses, hacia un estado más interconectado en el grupo de 10-14 meses y finalmente hacia un estado más fragmentado en el grupo de más de 16 meses. Además, observamos que esta red mitocondrial más interconectada se relaciona con un cambio en la orientación de la red mitocondrial. Es así como todos estos cambios se relacionaron con los niveles de mRNA de Mfn-1, mientras que sólo se relacionaron parcialmente con los niveles de mRNA de Mfn-2, Opa-1, Fis-1 y Drp-1. Finalmente, no se observaron diferencias durante el envejecimiento en los niveles de las proteínas Mfn-2, Opa-1 y Fis-1, sin embargo, los cambios observados en cuanto a la morfología de la red mitocondrial si se relacionaron con los niveles de Drp-1 tanto en el grupo de 6-9 meses como en el grupo de 10-14 meses. Conclusión: Estos resultados indican que los cambios en la morfología de la red mitocondrial en el músculo esquelético durante el envejecimiento no son un proceso lineal como ha sido planteado por algunos autores sino que van a depender específicamente de la edad de los animales que se están evaluando. Además, observamos que los cambios en la morfología de la red mitocondrial hacia un estado más interconectado podrían estar relacionados con un cambio en la orientación de la red mitocondrial.

Introduction: One of the changes that occur during aging is loss of muscle mass, a process called sarcopenia. This decrease generates an alteration in the physical capacities of the individual, which ultimately will affect their quality of life. At the cellular level, some of the changes that occur in skeletal muscle during the aging process include lipid accumulation, misfolding of structural and contractile proteins, and mitochondrial dysfunction. In this context, although the role of mitochondrial metabolism in muscle function and development of various diseases has been described, the role of mitochondrial morphology in muscle aging process has been little studied. Materials and Methods: We characterize the physical parameters and performed muscle function tests to male C57BL/6 mice of 2-3 months, 6-9 months, 10-14 months and over 16 months old. FDB muscle of mice in the different groups were then electroporated with Mt-DsRed plasmid. After, the FDB muscle fibers were isolated and live-cell images were obtained by confocal microscopy. Thereafter analysis determining the morphology and the orientation of the mitochondrial network was performed using the NIH Image J. software. Finally, mRNA levels of Mfn-1, Mfn-2, Opa-1, Drp-1 and Fis -1 were measured by real-time PCR and levels of these proteins were determined by Western blotting. Results: During aging an increase in body weight and epididymal fat of these animals were observed. However, a significant increase in muscle mass is only observed in the group of 6-9 months. On the other hand, we determined that there is a decrease in muscle strength that starts in the group of 10-14 months, similarly, the decrease in physical endurance of animals begins in the same group. Furthermore, we determined that the morphology of the mitochondrial network is constantly changing during aging going from a more fragmented in the group of 6-9 months state, towards a more interconnected state in the group of 10-14 months and finally to a fragmented phenotype in the group of more than 16 months. Moreover, we note that this interconnected mitochondrial network is related to a change in the orientation of the mitochondrial network. Thus, all this changes were related to levels of mRNA Mfn-1, while only partially related to levels of mRNA Mfn-2, Opa-1, Fis-1 and Drp-1. Finally, no differences were observed during aging at levels of Mfn-2, Opa-1 and Fis-1 proteins, however, the changes observed in the morphology of the mitochondrial network if they were related to levels Drp -1 in both the 6-9 months in the group of 10-14 months. Conclusion: These results indicate that changes in the morphology of the mitochondrial network in skeletal muscle during aging are not a linear process as has been proposed by some authors but will depend specifically on the age of the animals being tested. Moreover, we note that changes in the morphology of the mitochondrial network to a more interconnected state could be related to a change in the orientation of the mitochondrial network.