Dinâmica mitocondrial no músculo esquelético: papel da mitofusina 1 na saúde (exercício físico) e na doença (Miopatia Neurogênica)

Resumo

As mitocôndrias são organelas que continuamente sofrem fusão e fissão. Estes processos opostos trabalham em conjunto para manter a forma, tamanho e número de mitocôndrias. Recentemente, nosso grupo demonstrou que o reestabelecimento do equilíbrio fusão-fissão mitocondrial através do exercício físico ou terapia farmacológica é suficiente para recuperar o metabolismo bioenergético mitocondrial e melhorar o prognóstico da insuficiência cardíaca em roedores. Esse processo ocorre via reestabelecimento da atividade catalítica da mitofusina 1 (Mfn1, GTPase importante na fusão mitocondrial) no tecido cardíaco. Considerando que a musculatura esquelética apresenta elevada demanda metabólica e grande quantidade de mitocôndrias, e que doenças musculares são frequentemente acompanhadas pela disfunção mitocondrial, decidimos investigar o papel da plasticidade mitocondrial (capacidade de reorganizar sua morfologia e número perante estresse) na musculatura esquelética. Levantamos a hipótese que a ausência da proteína Mfn1 na musculatura esquelética resultará no acúmulo sustentado de mitocôndrias fragmentadas e disfuncionais, contribuindo para a amplificação dos danos musculares decorrentes da miopatia neurogênica em camundongos. Ainda, a ausência de Mfn1 bloqueará os efeitos positivos do treinamento físico nas alterações morfológicas e bioenergéticas mitocondriais na musculatura esquelética. Nossos resultados preliminares utilizando C. elegans mostram que a plasticidade mitocondrial é importante no músculo esquelético e depende diretamente da Mfn1. C. elegans deficientes para Mfn1 apresentam acúmulo de mitocôndrias fragmentadas, bioenergética mitocondrial prejudicada e intolerância ao estresse físico. Nesse sentido, propomos no presente projeto de pesquisa 1. Caracterizar em tempo real o processo de fusão-fissão mitocondrial na musculatura esquelética de roedores, e 2. Estudar o papel da Mfn1 na plasticidade mitocondrial (incluindo fusão, fissão e remoção - via autofagia), bioenergética e função-morfologia do músculo esquelético em condição basal e perante estímulos fisiológico (exercício físico agudo e crônico) e patológico (miopatia neurogênica). Ambos os estímulos já são utilizados em nosso laboratório. Para isso, utilizaremos camundongos transgênicos com deleção músculo-específica da mitofusina 1 (Mfn1flox/ACTA1Cre) e expressão de mitocôndrias fotoativáveis (PhAMflox/ACTA1Cre). Os animais PhAM serão de suma importância para a caracterização do processo de fusão-fissão mitocondrial em tempo real no músculo esquelético. Por fim, utilizaremos microscopia eletrônica tridimensional para validar os achados de fusão-fissão mitocondrial no músculo esquelético. O melhor entendimento desse processo poderá contribuir para o desenvolvimento e utilização de novas estratégias farmacológicas e não farmacológicas capazes de combater a disfunção e degeneração muscular. Para esse projeto contaremos com a colaboração dos Profs. Ling Qi (University of Michigan, USA), Alexander van der Bliek (UCLA, USA), Daria Mochly-Rosen (Stanford University, USA) e Alicia Kowaltowski (IQ-USP). (AU)