Il ruolo delle cellule staminali nella crescita dei muscoli
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I Muscoli sani e forti dipendono anche dalla riserva di cellule staminali sparse all’interno della massa muscolare. Le cellule staminali dei muscoli si chiamano cellule satelliti. Le cellule satelliti sono cellule staminali presenti unicamente nel tessuto muscolare, che quando vengono raggiunti da segnali infiammatori, si risvegliano dal lungo sonno, e si moltiplicano, per poi una parte di esse differenziarsi in nuove fibre muscolari.
Quindi la massa e la salute dei muscoli dipende dalle cellule staminali dei muscoli (cellule satelliti), e quando si esauriscono, i muscoli non possono più svilupparsi e funzionare regolarmente. L’esaurimento delle cellule staminali dei muscoli porta alla sarcopenia; la sarcopenia è una malattia della perdita dei muscoli tipica della vecchiaia.
Le cellule staminali dei muscoli (cellule satelliti), vivono all’interno di specifiche nicchie disseminate all’interno del tessuto muscolare. All’interno di queste nicchie, le cellule satelliti dormono e sono al riparo da sostanze tossiche e dai radicali liberi.
Le cellule satelliti dei muscoli quando dormono (letargo), si nutrono delle proprie riserve energetiche utilizzando l’autofagia. Le cellule satelliti quando dormono, quindi usano l’autofagia per nutrirsi e tenersi puliti e giovani.
Quando le nicchie, vengono raggiunti da segnali chimici e fisici di danno muscolare, le cellule satelliti si risvegliano dal lungo sonno, incominciano a cambiare metabolismo attivando la glicolisi spinta, e proliferano, aumentando rapidamente di numero; nel contempo le cellule staminali della nicchia, producono putrescina e spermidina per poi sintetizzare la proteina ipusinata EIF5A-IPUSINA.. Una volta che si è formata la proteina EIF5A-IPUSINA, questa induce le cellule staminali dei muscoli ad interrompere la proliferazione ed ad avviarli all’autofagia e alla differenziazione cellulare. Le cellule staminali satelliti che si trovano all’interno della nicchia, si riaddormentano con l’autofagia in corso, mentre quelle che escono fuori dalla nicchia, si differenzieranno in nuove cellule muscolari che useranno l’ossigeno per ricavare energia, e si andranno a fondere con le fibre muscolari vecchie, ringiovanendo e potenziando la massa muscolare.
Quindi la stimolazione delle cellule staminali dei muscoli a moltiplicarsi e differenziarsi, segue un percorso bimodale, che consiste in questo:
- Fase di riposo: Le cellule staminali dei muscoli riposano all’interno di speciali compartimenti chiamate nicchie delle cellule staminali.
- Fase di attivazione: A causa di uno stress muscolare (per esempio a seguito di un allenamento), le nicchie vengono raggiunte da segnali infiammatori; queste risvegliano le cellule staminali che incominciano a proliferare all’interno della nicchia stessa. In questa fase proliferante, le cellule staminali utilizzano la glicolisi come carburante principale.
- Cessazione dei segnali infiammatori: Quando i fattori dell’infiammazione si abbassano, le cellule staminali cambiano metabolismo, passando dalla glicolisi alla respirazione cellulare; le cellule staminali che rimangono all’interno della nicchia povera di ossigeno, manterranno un metabolismo basso e faranno uso dell’autofagia per ricavare energia, mentre quelle che andranno fuori dalla nicchia, passeranno ad una respirazione aerobica più sostenuta e si differenzieranno in nuove fibre muscolari
- Le fibre muscolari giovani, fuori dalla nicchia si fonderanno poi con le fibre musoclari vecchie, aumentando il volume e la forza della massa muscolare.
Il Fatto che le fibre muscolari giovani “appena formatesi dalla differenziazione delle cellule satelliti”, si fondano con le fibre muscolari vecchie, spiega il perché le fibre muscolari hanno numerosi nuclei al loro interno; infatti le fibre muscolari sono cellule che hanno più nuclei all’interno del loro citoplasma.
Come favorire il ripopolamento delle cellule staminali nei muscoli?
Le cellule staminali dei muscoli sono soggette ad invecchiare; ogni volta che si risvegliano e proliferano, ad ogni divisione cellulare accorciano i loro telomeri. I telomeri sono dei cappucci di DNA che avvolgono le estremità dei cromosomi. Man mano che i teloeri si accorciano, la cellula staminale invecchia, e quando raggiunge una lunghezza critica, la cellule staminale perde la capacità di replicarsi e va incontro a senescenza. Le cellule staminali invecchiate hanno telomeri troppo corti; Un eccessiva replicazione delle cellule staminali muscolari, porta ad un loro esaurimento; se le cellule staminali si esauriscono, i muscoli non riescono più a svilupparsi e degenerano (sarcopenia).
Fortunatamente le cellule staminali dei muscoli durante lo stimolo infiammatorio, quando proliferano esprimono l’enzima TELOMERASI, che cerca di riallungare i telomeri lA telomerasi è un enzima presente in tutte le cellule staminali e cerca di invertire il processo di invecchiamento e quindi previene l’esaurimento delle cellule staminali.
Se le cellule staminali proliferano eccessivamente “senza che la TELOMERASI” intervenga a riallungare i telomeri accorciati, le cellule staminali tendono ad esaurirsi.
Un altro potente fattore che accorcia i telomeri delle cellule staminali, è lo stress ossidativo, che ossida i residui di guanina contenuti nei telomeri. Lo stress ossidativo accorcia i telomeri, perché ossida la guanina in 8-OXO-DEOSSIGUANINA, che viene eliminata con le urine. La 8-OXO-DEOSSIGUANINA è un marker di stress ossidativo a danno del DNA e sopratutto dei telomeri.
La cosa grave dello stress ossidativo, è che non solo accorcia i telomeri degradando la guanina in 8-OXO-DEOSSIGUANINA, ma addirittura questo marker di stress ossidativo inibisce la TELOMERASI, impedendo alle cellule staminali di riallungare i telomeri; quindi in condizioni di stress ossidativo, le cellule staminali del corpo e quindi anche dei musocli tendono ad esaurirsi, accelerando l’invecchiamento.
Un altro fattore che accelera l’accorciamento dei telomeri è la carenza di vitamine del gruppo B, indispensabili per la sintesi e riparazione del DNA. In particolare sono importanti le vitamine B3, B12, acido folico, B6 e zinco.
L’attività fisica, il digiuno intermittente, una dieta ricca di polifenoli ed antiossidanti, e la spermidina, aiutano a ringiovanire la popolazione delle cellule staminali, attraverso l’aumento della disponibilità del NAD e della espressione del fattore EIF5A (FATTORE DI ALLUNGAMENTO EUCARIOTICO 5A).
EIF5A è alla base della regolazione del passaggio delle cellule dalla glicolisi alla autofagia e respirazione cellulare.
EIF5A quando viene espressa, favorisce la biosintesi di tutte quelle proteine che contengono triplette di prolina; la maggior parte di queste proteine sono coinvolte nel funzionamento dei mitocondri (respirazione cellulare) e dell’autofagia (TFAM/ATG3).
Quindi quando la cellula staminale muscolare proliferante incomincia ad esprimere EIF5A -IPUSINATA, interrompe la sua corsa proliferativa e si orienta verso la differenziazione cellulare (con metabolismo aeorbico) se escono fuori dalla nicchia, oppure avviano l’autofagia se rimangono all’interno della nicchia addormentandosi.
EIF5A viene attivata dalla SPERMIDINA e dal NAD; Alcune acetilasi inibiscono la EIF5a aggiungendo due acetili sui residui di lisina della proteina; le sirtuine utilizzando il NAD, tolgono i gruppi acetili, riattivando EIF5a. La spermidina attiva EIF5A perché consente la formazione dell’ipusina sulla proteina. Anche mTOR inibisce EIF5a fosforilando il residuo di serina in posizione 2. Tutto ciò che rallenta mTOR, rallenta la proliferazione cellulare e favorisce la differenziazione cellulare, la respirazione cellulare e l’autofagia delle cellule staminali, allungando la vita. Tra i fattori che rallentano l’attività biologica di EIF5a , cito: la restrizione calorica intermittente, la riduzione dei fattori di crescita, la restrizione dietetica di metionina, arginina e leucina, nonché l’antibiotico RAPAMICINA.
Fonte Bibliografica
- Involvement of eukaryotic translation initiation factor 5A (eIF5A) in skeletal muscle stem cell differentiation – 12 November 2008 – https://doi.org/10.1002/jcp.21619
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