Επίδραση της χρόνιας άσκησης στην απόπτωση στο γαστροκνήμιο μυ επίμυων

Abstract

Apoptosis, or programmed cell death, is an important biological process for the normal devel-opment and function of the body. However, little is known about whether and how exercise affects apoptosis. A literature review shows that few studies have examined the effect of chronic exercise on apoptosis, with opposing data. Additionally, research interest arises from the fact that specific lipids are involved in the apoptotic process, while there are few studies on the effect of chronic exercise on the concentration and fatty acid profile of these lipids. The main purpose of the present study was to examine the effect of eight weeks of voluntary wheel running on DNA fragmentation (as apoptotic index), the concentration of a protein involved in apoptosis (tumor necrosis factor α, TNFα) and the activity of two enzymes, caspase 3, which regulates the apoptotic process, and cytochrome c oxidatise (CCO), as oxidative capacity index, in rat gastrocnemius lateralis muscle. An additional aim of the study was to examine the effects of exercise on the concentration and fatty acid composition of three lipids involved directly in the apoptotic process (cardiolipin, sphingomyelin, and ceramide) and the remaining phospholipids ((phosphatidyl choline, phosphatidyl ethanolamine, phosphatidyl inositol, phosphatidyl serine, and lysophosphatidyl choline) in order to obtain a clearer view. The above parametres were compared in the gastrocnemius muscle of eleven trained and fourteen untrained male Wistar rats. DNA fragmentation was estimated by the measurment of nucleosomes in the cytoplasm with enzyme immunoassay (EIA). TNFα was also assayed with EIA. Caspase 3 and CCO activities were measured through kinetic photometric methods. Lipids were extracted, separated by thin-layer chromatography and determined by gas chromatography. The trained rats had significantly (P < 0.05) higher CCO activity (which shows that exercise caused aerobic adaptations), loewer phosphatidyl inositol concentration and caspase 3 activity compared with untrained rats. The fatty acid composition of the lipids that were measured was not different between groups with few exceptions. Also the two groups did not differ in the other parameters which were measured. Our findings suggest that of the five substances involved in the signaling of apoptosis and were measured in rats gastrocnemius muscle (TNFα, caspase 3, cardiolipin, sphingomyelin, and ceramide) only caspase 3 was affected by chronic wheel running. However, because the apoptotic process itself was not affected (at least as concluded from the absence of difference in DNA fragmentation between trained and untrained rats), it seems than the change in caspase 3 with chronic exercise was not sufficient to affect the apoptotic process.

Η απόπτωση ή προγραμματισμένος κυτταρικός θάνατος αποτελεί μια βιολογική διεργασία ιδιαίτερης σημασίας για την ομαλή ανάπτυξη και λειτουργία του οργανισμού. Ωστόσο λίγα είναι γνωστά για το αν και πώς η άσκηση επηρεάζει την απόπτωση. Ανασκόπηση της βιβλιογραφίας δείχνει ότι ελάχιστες έρευνες έχουν εξετάσει την επίδραση της χρόνιας άσκησης στην απόπτωση δίνοντας αντιφατικά αποτελέσματα. Επιπλέον, ερευνητικό ενδιαφέρον προ-κύπτει από τη διαπίστωση ότι συγκεκριμένα λιπίδια εμπλέκονται στην αποπτωτική διεργασία, ενώ υπάρχει έλλειψη μελετών σχετικά με την επίδραση της χρόνιας άσκησης στις συγκεντρώσεις και στο προφίλ λιπαρών οξέων αυτών των λιπιδίων. Κύριος σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν να εξετάσει την επίδραση οκτώ εβδομάδων εθελοντικής άσκησης σε τροχό στον κατακερματισμό του DNA (ως δείκτη απόπτωσης), στη συγκέντρωση μιας πρωτεΐνης που εμπλέκεται στην απόπτωση (του παράγοντα νέκρωσης όγκων α ή TNFα) και στη δραστικότητα δύο ενζύμων, της κασπάσης 3, που ελέγχει την αποπτωτική διεργασία, και της οξιδάσης του κυτοχρώματος c (CCO), ως δείκτη οξιδωτικής ικανότητας, στον έσω γαστροκνήμιο μυ επιμύων. Πρόσθετος σκοπός ήταν να εξετάσει την επίδραση της άσκησης στη συγκέντρωση και στο προφίλ λιπαρών οξέων τριών λιπιδίων που εμπλέκονται άμεσα στην αποπτωτική διεργασία (καρδιολιπίνη, σφιγγομυελίνη και κεραμίδιο) και των υπόλοιπων φωσφολιπιδίων (φωσφατιδυλοχολίνη, φωσφατιδυλαιθανολαμίνη, φωσφατιδυλινοσιτόλη, φωσφατιδυλοσερίνη και λυσοφωσφατιδυλοχολίνη) για το σχηματισμό μιας πληρέστερης εικόνας. Οι παραπάνω παράμετροι συγκρίθηκαν στο γαστροκνήμιο μυ έντεκα προπονημένων και δεκατεσσάρων απροπόνητων αρρένων επιμύων Wistar. Ο κατακερματισμός του DNA εκτιμήθηκε μέσω της μέτρησης νουκλεοσωμάτων στο κυτταρόπλασμα με ενζυμικό ανοσοπροσδιορισμό (EIA). Ο TNFα μετρήθηκε επίσης με EIA. Οι δραστικότητες της κασπάσης 3 και της CCO μετρήθηκαν με κινητικές φωτομετρικές μεθόδους. Τα λιπίδια εκχυλίστηκαν, διαχωρίστηκαν με χρωματογραφία λεπτής στιβάδας και μετρήθηκαν με αέρια χρωματογραφία. Οι προπονημένοι επίμυες είχαν σημαντικά (P < 0,05) υψηλότερη δραστικότητα CCO (γεγονός που δείχνει ότι η άσκηση προκάλεσε αερόβιες προσαρμογές), χαμηλότερη συγκέντρωση φωσφατιδυλινοσιτόλης και χαμηλότερη δραστικότητα κασπάσης 3 σε σύγκριση με τους απροπόνητους. Το προφίλ των λιπαρών οξέων των λιπιδίων που μετρήθηκαν δεν διέφερε μεταξύ των ομάδων με ελάχιστες εξαιρέσεις. Οι δυο ομάδες δεν διέφεραν επίσης ως προς τις υπόλοιπες παραμέτρους που μετρήθηκαν. Τα ευρήματά μας δείχνουν ότι από τις 5 ουσίες που εμπλέκονται στη σηματοδότηση της απόπτωσης και που μετρήθηκαν στο γαστροκνήμιο μυ επιμύων (TNFα, κασπάση 3, καρδιολιπίνη, σφιγγομυελίνη και κεραμίδιο), μόνο η κασπάση 3 επηρεάστηκε από τη χρόνια άσκηση στο τροχό. Δεδομένου όμως ότι η διεργασία της απόπτωσης αυτή καθαυτή δεν επηρεάστηκε (όπως τουλάχιστο προκύπτει από την απουσία διαφοράς στον κατακερματισμό του DNA μεταξύ προπονημένων και απροπόνητων ζώων), φαίνεται ότι η μεταβολή της κασπάσης 3 με τη χρόνια άσκηση δεν ήταν αρκετή για να επηρεάσει τη διεργασία της απόπτωσης.