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Crescimento Muscular e Metabolismo: Um Estudo Detalhado

Pesquisas mostram como o crescimento muscular afeta o metabolismo e o uso de nutrientes.

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O crescimento muscular acontece quando os músculos são forçados a fazer mais esforço do que o habitual. Esse esforço extra leva a músculos maiores e mais fortes, um processo conhecido como Hipertrofia Muscular. Pesquisadores estudam o crescimento muscular não só em humanos, mas também em animais como camundongos para entender melhor os mecanismos envolvidos.

Uma das principais formas de estimular o crescimento muscular é através do treino de resistência, que é um tipo de exercício que aplica pressão nos músculos. Essa pressão faz com que os músculos se adaptem e cresçam. Além disso, o treino de resistência pode ajudar a evitar a perda muscular, o que é importante tanto para pessoas saudáveis quanto para aquelas com problemas de saúde.

O crescimento muscular não afeta apenas o tamanho e a força; ele também impacta como o corpo processa açúcar. Melhorar o manejo do açúcar significa um uso melhor da energia, o que é relevante para pessoas com diabetes. Um complexo de proteínas conhecido como MTORC1 desempenha um papel importante no crescimento muscular, ajudando os músculos a produzirem mais proteínas quando são desafiados.

Os pesquisadores descobriram que as células cancerígenas mudam seu metabolismo para crescer mais rápido, uma mudança chamada de Efeito Warburg. Esse efeito permite que as células produzam energia e componentes para o crescimento mesmo quando há oxigênio disponível. Esse processo mostra como é importante para as células se alimentarem com os nutrientes certos, especialmente quando estão se multiplicando rapidamente. A importância de vias específicas que criam Aminoácidos e outras substâncias vitais não pode ser subestimada, já que são necessárias para o crescimento celular.

Recentemente, cientistas especularam que as células musculares também mudam seu metabolismo durante o crescimento, de forma semelhante às células cancerígenas. Essa ideia é baseada em descobertas que ligam o crescimento muscular a mudanças na atividade genética que apoiam a construção e a manutenção da massa muscular.

Abordagem da Pesquisa

Para examinar como o crescimento muscular afeta o metabolismo, os pesquisadores usaram uma técnica chamada metabolômica, que permite estudar pequenas moléculas nos tecidos. Eles analisaram células musculares em laboratório e em camundongos vivos para ver que mudanças ocorrem conforme os músculos crescem.

Nos experimentos, eles usaram um modelo onde sobrecarregaram um músculo específico em camundongos. Depois de um tempo, compararam o músculo sobrecarregado com um músculo normal para ver quais mudanças metabólicas aconteceram.

Nas culturas celulares, trataram as células musculares com fatores de crescimento que apoiam o desenvolvimento muscular. Mediram os níveis de várias substâncias nessas células para ver quais mudaram quando os músculos foram estimulados a crescer.

Descobertas dos Experimentos

Os estudos revelaram que as células musculares mudam seu metabolismo durante o crescimento. Eles viram aumentos em certos níveis de moléculas associadas à produção de energia e blocos de construção para outras substâncias, como proteínas e nucleotídeos. Essas mudanças sugerem que as células musculares estão trabalhando mais para produzir os componentes necessários para o crescimento.

Nos testes de laboratório, a adição de fatores de crescimento resultou em um aumento de certos aminoácidos, que são os blocos de construção das proteínas. Por outro lado, outro tratamento que inibe o crescimento mostrou uma diminuição desses aminoácidos, confirmando seu papel essencial no crescimento muscular.

A pesquisa também notou mudanças em como a glicose, um açúcar, é utilizada pelos músculos. Durante o crescimento, as células musculares absorvem glicose não só para energia, mas também para criar mais aminoácidos, indicando que o açúcar está sendo redirecionado para apoiar o crescimento em vez de apenas alimentar energia.

O Papel de Vias Específicas

Duas vias importantes envolvidas na produção de energia foram destacadas: a via do fosfato de pentose e a via de síntese de serina. A via do fosfato de pentose é essencial para produzir compostos que ajudam na construção de DNA e RNA. Enquanto isso, a via de síntese de serina é crucial para criar serina, um aminoácido que desempenha um papel na produção de proteínas.

Quando as células musculares são estimuladas a crescer, elas mostram um aumento na atividade dessas vias. Essa atividade sugere que os músculos em crescimento precisam de mais nutrientes para apoiar seu desenvolvimento, e a glicose serve como uma fonte primária para essas necessidades.

O estudo mostrou que quando a glicose é quebrada nas células musculares, ela é desviada para vias que criam aminoácidos necessários para o crescimento muscular. Foi descoberto que células musculares, quando estimuladas por fatores de crescimento, aumentam a produção de lactato, um subproduto da quebra de glicose. Curiosamente, os níveis de lactato indicam que os músculos estão engajados em uma atividade metabólica intensa.

Fatores Genéticos no Crescimento Muscular

Para explorar mais, os pesquisadores também olharam para fatores genéticos ligados ao tamanho muscular. Eles encontraram variações genéticas específicas associadas à massa muscular em um grande estudo populacional. Essas variações foram encontradas em genes envolvidos nas vias que apoiam o crescimento muscular.

Entender como esses genes trabalham juntos pode fornecer insights sobre por que algumas pessoas constroem músculos mais facilmente do que outras. Fatores genéticos podem ajudar a determinar quão eficazmente o corpo de alguém pode apoiar a manutenção e o crescimento muscular.

Conclusão

As descobertas desta pesquisa ilustram uma ligação clara entre o crescimento muscular e as mudanças metabólicas. À medida que os músculos crescem, eles reprogramam seu metabolismo para apoiar a produção de novas proteínas e outros componentes essenciais. Esse trabalho não só aumenta nosso entendimento da biologia muscular, mas também destaca caminhos potenciais para tratar condições de perda muscular.

Futuras pesquisas devem continuar explorando como os sinais hormonais influenciam essas mudanças metabólicas e se vias semelhantes estão ativas nos músculos humanos. Pesquisas que visam otimizar estratégias de dieta e exercício poderiam se beneficiar muito dos insights obtidos ao entender o metabolismo muscular durante o crescimento.

Fonte original

Título: Skeletal muscle hypertrophy rewires glucose metabolism: an experimental investigation and systematic review

Resumo: BackgroundProliferating cancer cells shift their metabolism toward glycolysis even in the presence of oxygen to especially generate glycolytic intermediates as substrates for anabolic reactions. We hypothesize that a similar metabolic remodeling occurs during skeletal muscle hypertrophy. MethodsWe used mass spectrometry in hypertrophying C2C12 myotubes in vitro and plantaris mice muscle in vivo and assessed metabolomic changes and the incorporation of [U-13C6]glucose tracer. We performed enzyme inhibition of the key serine synthesis pathway enzyme phosphoglycerate dehydrogenase (Phgdh) for further mechanistic analysis and conducted a systematic review to align any changes in metabolomics during muscle growth with published findings. Finally, UK Biobank was used to link the findings to population level. ResultsThe metabolomics analysis in myotubes revealed IGF-1 induced altered metabolite concentrations in anabolic pathways such as in the pentose phosphate (ribose-5-phosphate/ribulose-5-phosphate: +40%; p=0.01) and serine synthesis pathway (serine: - 36.8%; p=0.009). Like the hypertrophy-stimulation with IGF-1 in myotubes in vitro, the concentration of the dipeptide L-carnosine was decreased by 26.6% (p=0.001) during skeletal muscle growth in vivo. However, phosphorylated sugar (glucose-6-phosphate, fructose-6-phosphate or glucose-1-phosphate) decreased by 32.2% (p=0.004) in the overloaded muscle in vivo, while increased in the IGF-1 stimulated myotubes in vitro. The systematic review revealed that 10 metabolites linked to muscle hypertrophy were directly associated with glycolysis and its interconnected anabolic pathways. We demonstrated that labelled carbon from [U-13C6]glucose is increasingly incorporated by [~]13% (p=0.001) into the non-essential amino acids in hypertrophying myotubes, which is accompanied by an increased depletion of media serine (p=0.006). The inhibition of Phgdh suppressed muscle protein synthesis in growing myotubes by 58.1% (p

Autores: Philipp Baumert, S. Mantyselka, M. Schoenfelder, M. Heiber, M. J. Jacobs, A. Swaminathan, P. Minderis, M. Dirmontas, K. Kleigrewe, C. Meng, M. Gigl, I. I. Ahmetov, T. Venckunas, H. Degens, A. Ratkevicius, J. Hulmi, H. Wackerhage

Última atualização: 2024-02-07 00:00:00

Idioma: English

Fonte URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.12.08.519580

Fonte PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.12.08.519580.full.pdf

Licença: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Alterações: Este resumo foi elaborado com a assistência da AI e pode conter imprecisões. Para obter informações exactas, consulte os documentos originais ligados aqui.

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