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Vías de señalización en la remodelación del músculo esquelético
Miofibras
Compuestos de las proteínas actina y la miosina, que le dan la capacidad contráctil y deslizamiento al músculo
Los filamentos de actina y de miosina se encuentran en el sarcómero, el sarcómero esta limitada por la banda A y por la banda I
Cada miofibrilla está localizada en el interior de la fibra muscular estriada, junto a las mitocondrias y el sarcolema.
Tienen la capacidad de transformarse y remodelarse en respuesta a las demandas ambientales.
Clasificación
Fibras tipo I
contracción lenta
Son ricas en mitocondrias
Ejercen una contracción lenta debido a la actividad ATPasa asociada con la miosina tipo I.
Tienen una baja velocidad de acortamiento y tienen una alta resistencia a la fatiga.
Necesarios para el mantenimiento de la postura y resistencia
Participa en mantener las concentraciones de calcio intracelular
IIA
IIX
Fibras tipo II
contracción rápida
Ejercen contracciones rápidas y
fatiga rápidamente
Necesarias para los movimientos que implican fuerza y velocidad.
IIA
IIX
IIB
Adaptabilidad de Miofibras
La entrada recibida de las neuronas motoras a través de los receptores de acetilcolina genera una despolarización
de la membrana, que alcanza la membrana tubular transversa (T) del sarcolema
El canal de calcio tipo L, interactúa con un músculo sarcoplásmico específico del músculo esquelético
La interacción hace que RyR1 se abra y libere calcio del retículo sarcoplásmico
El proceso de transformación de las miofibras está regulado por múltiples vías de señalización, lo cual culmina en la activación y represión de una miríada de genes que están implicados en la remodelación del músculo esquelético
Vías de señalización en remodelación de miofibras
Las miofibras responden a señales fisiológicas y patológicas transformándose y remodelándose para adaptarse al ambiente
La adaptación se logra a través de la transducción de señales
La señal extracelular interactúa con los receptores en la superficie celular, activando factores en las vías de señalización y remodelamineto.
Calcineurina
Se activa específicamente mediante ondas de calcio de baja amplitud y es un sensor de actividad contráctil al detectar fluctuaciones de calcio
Favorece la síntesis por los linfocitos T de diversas citocinas dependientes del factor nuclear de las células T activadas (NF-AT).
Esta enzima es dependiente del calcio y la calmodulina y lleva a cabo una desfosforilación del componente citosólico del NF-AT,
La sobreexpresión de calcineurina activada en los mioblastos modula la expresión del gen de las miofibras
Lo que da como resultado la translocación de NFAT del citoplasma al núcleo, donde se asocia con otros factores de transcripción para activar conjuntos específicos de genes diana dependientes del calcio
Proteína quinasa
HDAC de clase II
HDAC4, HDAC5, HDAC7 y HDAC9
Se expresan mucho en el músculo esquelético y se unen directamente a MEF2
Reprimen la expresión de genes dependientes de MEF2
La fosforilación de las HDAC de clase II da como resultado la activación de genes dependientes de MEF2, dando paso a la remodelación muscular.
La señalización de la proteína quinasa dependiente de calcio dando como resultado la fosforilación de las HDAC de clase II
Promueve el transporte de las HDAC desde el núcleo al citoplasma y la activación de MEF2
CaMK está involucrada en la remodelación muscular
CaMKIV exógeno promueve la transformación de miofibras a un fenotipo lento
CaMKIV no tiene un papel en la remodelación fisiológica del músculo esquelético
La vía de la proteína cinasa C (PKC) promueve la exportación nuclear.
Receptor delta activado por el proliferador de peroxisomas y coactivador alfa 1
El ejercicio de resistencia induce la expresión de proteínas y ARNm de PGC-1α
PGC-1α activa la transcripción en cooperación con las proteínas MEF2 y sirve como objetivo para la señalización de la calcineurina
PGC-1α es un factor principal que modula el tipo de fibra muscular
Da lugar a la activación de múltiples vías de señalización durante la remodelación del músculo esquelético
El receptor activado por proliferación de peroxisomas (PPAR) delta es un importante regulador transcripcional
Favorece a la de la quema de grasa en el tejido adiposo gracias a la activación de enzimas asociadas con la β-oxidación
PPAR delta se sobreexpresa en el músculo esquelético, lo que resulta en un cambio de tipo de fibra para aumentar el número de miofibras oxidativas
Proteína quinasa activada por ras/mitógeno
El ejercicio de alta intensidad y la electroestimulación activan la vía de la proteína quinasa activada por mitógeno/Ras (MAPK)
Las vías dependientes de Ras afectan tanto el tamaño como el tipo de fibra
La vía Ras/MAPK mide el cambio en un gen de cadena pesada de miosina inducido por neuronas motoras lentas en el músculo en regeneración
PI3K/proteína quinasa B por ras induce el crecimiento muscular pero no altera la distribución del tipo de fibra
El factor de crecimiento similar a la insulina
El músculo esquelético puede adaptarse a la carga de trabajo cambiando el tamaño de las miofibras
Señalización Akt/mammalian target of rapamycin (mTOR) se activa durante la hipertrofia
En la diabetes, el músculo esquelético contribuye a la intolerancia al ejercicio
En experimentos con ratones, al desactivar los genes que regulan mTOR y sus proteínas acompañantes, ocurrieron todo tipo de desgracias: desde fallos en el crecimiento hasta diabetes, porque su páncreas no se llegaba a formar.
La vía de señalización de mTOR se activa cuando las células detectan:
Aminoácidos en la sangre
Factores de crecimiento, como la Insulina
Energía (sea glucosa o grasa)
Daños en el ADN
La vía mTOR es una vía metabólica empleada por nuestro organismo para la síntesis de proteínas en las células
Genera la hipertrofia muscular debido a la creación de nuevas fibras musculares.
Distrofia muscular
Provocan debilidad progresiva y
pérdida de la masa muscular.
Los diferentes tipos de distrofia muscular afectan grupos de músculos determinados
Las más frecuentes son: De Duchenne, de Becker, congénita y de Emery-Dreifuss, que suelen comenzar en la infancia. Las de cinturas, fascioescapulohumeral, más presentes en la juventud, y la miotónica y distal en los adultos.
La distrofia muscular de Duchenne (DMD) es un trastorno muscular recesivo ligado al cromosoma X debilitante y potencialmente mortal, causado por mutaciones en el gen de la distrofina
Una estrategia utilizada para aliviar la DMD implica la regulación al alza de la utrofina, un homólogo autosómico de la distrofina.
La sobreexpresión de IGF-1 dentro de los músculos esqueléticos reducen la distrofia, modificando la miofibra teniendo efectos terapéuticos beneficiosos en la DMD
La activación de la calcineurina estimula la expresión de utrofina a través de un sitio NFAT en el promotor de utrofina
Diabetes mellitus tipo 2 y obesidad
Normalmente la glucosa procedente de la metabolización de los alimentos se concentra en el torrente sanguíneo llegando hasta las células de tejidos como el músculo y transformarse en energía
Puede llegar el momento en que las células no reaccionen ante la presencia de esta hormona, dando paso a la resistencia a la insulina desarrollando diabetes tipo 2.
Factores comunes determinantes:
Obesidad o sobrepeso
Hiperlipidemia, debido al aumento de los niveles de colesterol en sangre.
Hipertensión arterial.
Alimentación inadecuada
Sedentarismo
El músculo esquelético representa la mayor parte de la captación de glucosa estimulada por insulina
Los músculos con mayor porcentaje de miofibras oxidativas tienen un mayor contenido de GLUT4
Un factor importante que contribuye al desarrollo progresivo de la diabetes tipo 2 es la reducción de la eliminación de glucosa en todo el cuerpo estimulada por la insulinao
La transducción alterada de la señal de insulina están asociados con la resistencia a la insulina del músculo esquelético
El músculo esquelético oxidativo de contracción lenta tiene una mayor capacidad de unión a la insulina
El músculo esquelético en individuos obesos muestra una capacidad oxidativa reducida
La capacidad glucolítica en personas obesas está aumentada y el porcentaje de fibras tipo I reducido.
PPAR delta en el músculo esquelético tiene un papel protector contra la obesidad.
Cuando una persona tiene obesidad su cuerpo necesita producir más insulina para llevar la glucosa a las células que forman su tejido adiposo y el páncreas tiene que producir más insulina para mantener la glucosa en sangre dentro de los niveles normales.
Atrofia muscular
Disminución del tamaño de las miofibras, que finalmente genera una disminución de la masa muscular total
Las miofibras atróficas tienen un área transversal más pequeña que las miofibras normales y generan una fuerza reducida
Sarcopenia es una pérdida crónica de músculo y fuerza relacionada con la edad
Caquexia es una forma de atrofia muscular asociada con la enfermedad muscular o el daño al nervio asociado con el músculo
El desuso muscular conduce a una reducción en la actividad de PI3K/Akt y una disminución en la fosforilación de FOXO, lo que desencadena la importación nuclear de FOXO y la activación de atrogin-1/MAFbx.
Las miofibras tratadas con TNF más interferón-gamma no logran mantener las actividades contráctiles y muestran reducciones en la expresión génica de la cadena pesada de miosina y MyoD
Esteroides anabólicos
El aumento de la masa muscular es un crecimiento hipertrófico, está asociado con un aumento en el área transversal de las miofibras de tipo l y ll
Los esteroides anabólicos son lípidos derivados de la testosterona, la hormona masculina, una hormona que de manera natural posee efectos tanto androgénicos como anabólicos.
ARGININA Y ORNITINA Incrementa los niveles la hormona que actúa para aumentar la masa muscular y disminuir de la grasa corporal.
