Este es el atlas del envejecimiento del músculo esquelético humano

Un estudio, publicado en Nature, proporciona una base para el desarrollo de estrategias preventivas y terapéuticas en los ancianos con el análisis de la expresión génica y epigenética de las células de este tipo de músculo a diferentes edades.

Publicado en SINC el 22/4/2024 17:00 CEST

Las fibras musculares de tipo 1 participan principalmente en actividades físicas de resistencia, como carreras de larga distancia o ciclismo. / Pixabay

En un mundo con sociedades que envejecen rápidamente, es necesario conocer en detalle la causa y la progresión de las enfermedades asociadas al envejecimiento. El músculo esquelético es el sistema motor clave del cuerpo humano y desempeña un papel fundamental en la regulación metabólica corporal.

Investigadores de la Universidad Pompeu Fabra, junto con equipos de China, EE UU y España, han analizado la expresión génica y epigenética de las células de este tipo de músculo a diferentes edades para producir el atlas humano de su proceso de envejecimiento más completo hasta la fecha.

En un mundo con sociedades que envejecen rápidamente, es necesario conocer en detalle la causa y la progresión de las enfermedades asociadas al envejecimiento

Este estudio proporciona a los científicos un recurso para identificar las células de los músculos esqueléticos que pueden ser susceptibles de intervenciones médicas, farmacológicas y de estilo de vida. Esto podría repercutir en la salud física y contribuir a alargar la vida.

Con el aumento de la edad, sobre todo en individuos de más de 80 años, los músculos esqueléticos sufren sarcopenia, una pérdida progresiva de masa y función muscular. Esta condición no solo aumenta la discapacidad del individuo, sino que también interviene en el rápido declive de las funciones generales de las personas mayores.

Hasta ahora no se habían investigado sistemáticamente las bases biológicas de la sarcopenia a escala unicelular. Los equipos han analizado 387.000 células individuales en biopsias de músculo de las extremidades inferiores de 31 individuos de diferente sexo, edad y procedencia regional.

“Como el atlas más exhaustivo del envejecimiento muscular humano a nivel unicelular hasta la fecha, este estudio será una referencia tanto para el campo del envejecimiento como para el de la sarcopenia y la fragilidad”, afirma Pura Muñoz-Cánoves, directora del trabajo.

Elementos para predecir la sarcopenia

El músculo esquelético humano está formado en gran parte por fibras musculares (miofibras), de las que existen dos tipos. Las fibras musculares de tipo 1 participan principalmente en actividades físicas de resistencia, como carreras de larga distancia o ciclismo. Se caracterizan por una velocidad de contracción muscular lenta, un metabolismo aeróbico elevado y una gran actividad mitocondrial.

Los equipos han analizado 387.000 células individuales en biopsias de músculo de las extremidades inferiores de 31 individuos

Las fibras musculares de tipo 2 son importantes en las actividades físicas que requieren explosiones repentinas de potencia, como los saltos, los sprints y el levantamiento de pesas. Tienen velocidades de contracción muscular más rápidas, son más propensas a la fatiga y dependen principalmente del metabolismo anaeróbico para producir energía.

Este trabajo describe cómo las poblaciones de células musculares esqueléticas, incluidos tanto los núcleos individuales en fibras multinucleadas como en células mononucleadas convencionales, cambian con el envejecimiento, así como las redes multicelulares subyacentes a estos cambios.

Al comparar estos datos con datos genéticos, los investigadores también identificaron elementos clave que predicen la susceptibilidad a la sarcopenia. Así, descubrieron que, a medida que los humanos envejecen, las fibras musculares de tipo 2 se deterioran de forma constante durante el proceso de envejecimiento, mientras que las de tipo 1 permanecen relativamente estables y toleran mejor el estrés del envejecimiento.

Más susceptibles al deterioro con la edad

Durante el proceso de envejecimiento también se ve afectado el metabolismo celular. Mientras que las fibras de tipo 1 se vuelven más glucolíticas, las fibras musculares de tipo 1 aumentan la oxidación. Es importante destacar que, con el envejecimiento, surgen nuevos subtipos de miofibras prorregenerativas y prodegenerativas. Estas nuevas poblaciones pueden contribuir a inducir la cascada degenerativa del músculo envejecido y son objetivos probables de intervención.

Los músculos pueden repararse a sí mismos. De ello se encargan principalmente las células madre musculares que, ante una lesión, empiezan a proliferar y diferenciarse en músculo, fusionándose entre sí o con las fibras musculares existentes para reparar el músculo dañado.

Como el atlas más exhaustivo del envejecimiento muscular humano a nivel unicelular hasta la fecha, este estudio será una referencia tanto para el campo del envejecimiento como para el de la sarcopenia y la fragilidad Pura Muñoz-Cánoves (UPF)

Los investigadores descubrieron que estas células madre abandonan el estado quiescente en los músculos envejecidos y entran en un estado de cebado prematuro, lo que provoca una reducción de la capacidad de regeneración.

Mientras tanto, durante el envejecimiento, las células endoteliales también experimentan cambios con un aumento de las señales proinflamatorias y quimiotácticas, al tiempo que las células inmunitarias aumentan en número e inician programas inflamatorios.

Estos cambios hacen que los músculos sean más susceptibles al deterioro en respuesta a las lesiones y pueden promover la inflamación sistémica y acelerar el deterioro de la función física general en las personas mayores.

Nuevas dianas para el tratamiento

Además, mediante comparación cruzada con datos genéticos, los investigadores identificaron sitios específicos de cada tipo celular en la cromatina, la mezcla de ADN y proteínas que forma los cromosomas en las células humanas, asociados a la susceptibilidad a la sarcopenia. Estos hallazgos proporcionan a los investigadores posibles nuevas dianas para el futuro diagnóstico y tratamiento de la sarcopenia.

“Nuestra investigación proporciona una nueva perspectiva para entender el envejecimiento del músculo esquelético humano y una base científica para el desarrollo de estrategias preventivas y terapéuticas”, explica Miguel A. Esteban, uno de los dos autores.

En el futuro, el equipo pretende construir un atlas más completo para ofrecer optimismo a la hora de abordar los retos a los que se enfrentan las sociedades que envejecen

Los autores consideran que será importante comparar este atlas de envejecimiento muscular humano con atlas celulares previos de primates no humanos y de otras especies, ya que ayudará a establecer comparaciones adaptativas interespecies y a predecir la susceptibilidad a enfermedades. Además, será también una referencia importante para futuros estudios en pacientes con enfermedades neuromusculares.

“Esperamos que sea la base de muchas investigaciones posteriores para ralentizar o incluso bloquear la sarcopenia, la fragilidad y el deterioro muscular en personas mayores, al promover un envejecimiento corporal más saludable durante más tiempo y aumentar la longevidad”, comenta Muñoz-Cánoves.

En el futuro, el equipo pretende construir un atlas más completo para mejorar la comprensión de la función y el envejecimiento muscular y ofrecer optimismo a la hora de abordar los retos a los que se enfrentan las sociedades que envejecen.

Referencia:

Lai, Y et al. Multimodal cell atlas of the ageing human skeletal muscle. Nature 2024

Hallan pistas para tratar de ralentizar el deterioro muscular en el envejecimiento

Una colaboración internacional permite elaborar el atlas unicelular del músculo esquelético humano envejecido más completo hasta la fecha.

El deterioro de los músculos esqueléticos está vinculado al proceso de envejecimiento.

C.F. Publicado en Diario Médico el 22-04-2024

Un estudio internacional, coliderado por la Universidad Pompeu Fabra (UPF) de Barcelona y publicado hoy en Nature, identifica las células del músculo esquelético humano cuyo envejecimiento se podría tratar de ralentizar por medio de intervenciones médicas, farmacológicas y de estilo de vida, lo que contribuiría a aumentar la esperanza de vida en buenas condiciones físicas de las personas.

Este trabajo también describe hallazgos que pueden ser nuevas dianas para mejorar el diagnóstico y el tratamiento de la sarcopenia, una afección entre cuyos síntomas se incluyen: debilidad, cansancio, falta de energía, problemas de equilibrio y dificultades para caminar y mantenerse de pie.

El estudio, que ha contado con la colaboración de científicos de China (Yiwei Lai es el primer autor del estudio), Estados Unidos y España, ha consistido en analizar la expresión génica y el estado epigenético de hasta 387.000 células individuales en biopsias de músculo de las extremidades inferiores de 31 individuos de diferente sexo, edad y procedencia regional. Con todos los datos obtenidos, los autores han elaborado lo que denominan el “atlas unicelular del músculo esquelético humano envejecido más completo hasta la fecha”.

El músculo esquelético, informa la UPF, es el sistema motor clave del cuerpo humano y desempeña un papel fundamental en la regulación metabólica corporal. Con el aumento de la edad, sobre todo a partir de los 80 años, los músculos esqueléticos sufren sarcopenia, una pérdida progresiva de masa y función muscular que no solo aumenta la discapacidad del individuo sino que también interviene en el rápido declive de las funciones generales de las personas mayores, haciéndolas más frágiles.

DOS TIPOS DE FIBRAS MUSCULARES

El músculo esquelético, añade la UPF, está formado en gran parte por fibras musculares (miofibras), de las que hay dos tipos: tipo 1, que participan principalmente en actividades físicas de resistencia (carreras de larga distancia, ciclismo) y se caracterizan por una velocidad de contracción muscular lenta, un metabolismo aeróbico elevado y una gran actividad mitocondrial; y tipo 2, relevantes en las actividades físicas que requieren explosiones repentinas de potencia (saltos, sprints y levantamiento de pesas), que tienen velocidades de contracción muscular más rápidas, son más propensas a la fatiga y dependen principalmente del metabolismo anaeróbico para producir energía.

El estudio describe cómo las poblaciones de células musculares esqueléticas, “incluidos tanto los núcleos individuales en fibras multinucleadas como en las células mononucleadas convencionales”, cambian con el envejecimiento; así como las redes multicelulares subyacentes a esos cambios.

Al comparar todos esos datos con los resultados genéticos, el equipo también identificó elementos clave que predicen la susceptibilidad a la sarcopenia. Descubrieron que, a medida que los humanos van envejeciendo, las fibras musculares de tipo 2 se deterioran de forma constante mientras que las de tipo 1 permanecen relativamente estables y toleran mejor el estrés de la senectud. Durante el proceso de decrepitud también se ve afectado el metabolismo celular: mientras las fibras de tipo 1 se vuelven más glucolíticas, las de tipo 2 aumentan la oxidación.

TAMBIÉN HAY UN MECANISMO DE ‘AUTORREPARACIÓN’

“Es importante destacar que, con el envejecimiento, surgen nuevos subtipos de miofibras prorregenerativas y prodegenerativas. Estas nuevas poblaciones pueden contribuir a inducir la cascada degenerativa del músculo envejecido y son objetivos probables de intervención”, destacan los autores.

Es decir, los músculos se pueden autorreparar. De ello se encargan principalmente las células madre musculares que, ante una lesión, empiezan a proliferar y a diferenciarse en músculo, fusionándose entre sí o con las fibras musculares existentes para reparar el músculo dañado.

No obstante, los investigadores observaron en el marco de este mismo estudio que estas células madre abandonan el estado quiescente en los músculos envejecidos y entran en un estado de cebado prematuro, lo que provoca una reducción de su capacidad de regeneración.

Mientras tanto, durante el proceso de envejecimiento, las células endoteliales también experimentan cambios con un aumento de las señales proinflamatorias y quimiotácticas, al tiempo que las células inmunitarias aumentan en número e inician programas inflamatorios. “Estos cambios hacen que los músculos sean más susceptibles al deterioro en respuesta a las lesiones y pueden promover la inflamación sistémica y acelerar el deterioro de la función física general en las personas mayores”, subrayan.

Por otro lado, por medio de la comparación cruzada con datos genéticos, los investigadores identificaron sitios específicos de cada tipo celular en la cromatina (mezcla de ADN y proteínas que forma los cromosomas en las células humanas) asociados a la susceptibilidad a la sarcopenia.

El trabajo de colaboración internacional ha sido codirigido por Pura Muñoz-Cánoves, profesora de investigación ICREA en el Departamento de Medicina y Ciencias de la Vida de la UPF de Barcelona y ahora investigadora principal en el Instituto de Ciencias Altos Labs de San Diego, en Estados Unidos, y por Miguel. A. Esteban, en BGI-Research en Shenzhen, en China. “Este estudio será una referencia tanto para el campo del envejecimiento como para el de la sarcopenia y la fragilidad», a juicio de Muñoz-Cánoves. Esteban opina que «nuestra investigación científica conjunta proporciona una nueva perspectiva para entender el envejecimiento del músculo esquelético humano y una base científica apasionante para el desarrollo de estrategias preventivas y terapéuticas».

EL IRB BARCELONA SEÑALA A LA PROTEÍNA TP53INP2

Se da la circunstancia de que días atrás (28 de marzo) investigadores del Instituto de Investigación Biomédica de Barcelona (IRB Barcelona) y la Universidad de Barcelona publicaron en Autophagy  un estudio también relativo a la sarcopenia que, según ha informado hoy el citado instituto, demuestra que la proteína TP53INP2, que regula la autofagia (un proceso celular esencial para la eliminación de proteínas dañadas y orgánulos), puede resultar clave en la lucha contra la sarcopenia.

El estudio, desarrollado en colaboración con el Parc Sanitari Sant Joan de Déu de Sant Boi de Llobregat, muestra que niveles elevados de esa proteína en el músculo están asociados con una mayor fuerza muscular y un envejecimiento más saludable en humanos.

El trabajo, que se ha hecho en modelos de ratón y con muestras de tejido muscular humano, describe que los niveles de TP53INP2 disminuyen con la edad pero que si se aumenta artificialmente la cantidad de esta proteína en los músculos, ya sea de forma prolongada en ratones jóvenes o temporalmente en ratones más viejos mediante técnicas de ingeniería genética, se logra una mejora significativa de la masa y función muscular.

Y en estudios con personas, altos niveles de TP53INP2 se asociaron con una mayor fuerza y un mejor desempeño físico, lo que a juicio de los autores de este trabajo destaca su potencial como indicador de un envejecimiento saludable.