Papel da mitofagia na resposta adaptativa ao exercício físico em Caenorhabditis elegans

• Processo: 17/20730-4
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de janeiro de 2018
• Data de Término da vigência: 31 de dezembro de 2018
• Área de conhecimento: Ciências Biológicas - Fisiologia - Fisiologia de Órgãos e Sistemas
• Pesquisador responsável: Luiz Henrique Marchesi Bozi
• Beneficiário: Gabriel Santos Arini
• Instituição Sede: Instituto de Ciências Biomédicas (ICB). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Assunto(s): Caenorhabditis elegans Exercício físico Dinâmica mitocondrial Bioenergética Degradação mitocondrial
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Caenorhabditis elegans | dinâmica mitocondrial | exercício físico | Mitofagia | Controle de Qualidade Mitocondrial

Resumo

A inatividade física é considerada um dos principais fatores para o aumento da incidência de doenças crônico-degenerativas. Os benefícios do exercício físico estão diretamente atrelados à melhora do aporte bioenergético mitocondrial. Recentemente, demonstramos que a otimização do metabolismo mitocondrial cardíaco no exercício físico está associada ao grau de plasticidade mitocondrial, caracterizado por alterações no tamanho, número e localização das mitocôndrias na musculatura afetada. Esses eventos são controlados majoritariamente pelos processos de fusão, fissão e remoção (mitofagia) mitocondrial. Entretanto, ainda não está claro qual desses processos é fator limitante nas adaptações bioenergéticas mitocondriais decorrentes do exercício físico. Nesse sentido, na presente proposta testaremos a hipótese de que o exercício físico aeróbico estimula a fissão mitocondrial, facilitando a remoção das mitocôndrias pouco eficazes e, subsequentemente, a fusão das mitocôndrias restantes. Esse processo resultará na seleção/produção de mitocôndrias mais eficazes em suprir a elevada demanda energética do exercício. Esse tipo de estudo é incipiente e de difícil abordagem, pois os modelos experimentais existentes impossibilitam uma análise transversal in vivo do efeito do exercício físico na dinâmica mitocondrial e mitofagia. Recentemente, nós estabelecemos um modelo de exercício físico em natação para o nematelminto Caenorhabditis elegans. Escolhemos esse modelo experimental pois este animal apresenta características importantes: fácil manipulação genética, elevada homologia com o genoma humano, ser transparente (permitindo análises da fisiologia integrada em tempo real) e, principalmente, possibilitar a realização de análises genômicas funcionais em larga escala utilizando bibliotecas de siRNA. Para isso, Caenorhabditis elegans apresentando dupla marcação para mitocôndria e autofagia em células musculares serão submetidos a um protocolo de exercício físico em natação. Nos tempos de 0.5h, 1h, 2h, 4h após o início do exercício e 24h após uma sessão de exercício de 4h, avaliaremos a morfologia mitocondrial e autofagia por microscopia confocal. Em seguida, os animais serão incubados previamente ao exercício físico com cloroquina (20mM/3h) para testarmos o envolvimento da autofagia na possível remoção de mitocôndrias fragmentadas. Para caracterizar o processo mitofágico no exercício, utilizaremos animais que apresentam, além das mitocôndrias marcadas, proteínas mitofágicas PINK1 ou PDR1 fusionadas à fluoróforos. Avaliaremos, ainda, se o processo de fissão mitocondrial e consequente remoção seletiva por mitofagia está associado a perda do potencial de membrana mitocondrial no exercício físico. Para isso, animais com mitocôndrias das células musculares marcadas com proteína fluorescente GFP, serão previamente incubados com Mitotracker Red (100 nM/20 min), uma sonda fluorescente que acumula nas mitocôndrias devido ao seu potencial de membrana. Nos tempos de avaliação supracitados, determinaremos o efeito do exercício físico no potencial de membrana pela avaliação da razão da fluorescência do Mitotracker e GFP adquirida por microscopia confocal. Por fim, determinaremos se o processo mitofágico é necessário para resposta adaptativa ao exercício físico. Para tanto, animais mutantes para proteínas mitofágicas PARKIN e PINK1 serão submetidos a uma sessão de exercício em natação com duração mínima necessária para ativar o processo mitofágico. Na sequência, avaliaremos se essa única sessão de exercício será suficiente em proteger os nematoides contra estresse térmico e oxidativo. Esse projeto é exequível e viável, pois todos os ensaios estão padronizados. Nossos resultados preliminares são promissores, pois apontam para uma fissão mitocondrial ao longo do exercício. Contamos com a colaboração dos Profs. Alexander van der Bliek (UCLA), Eyleen O´Rourke (U. Virginia), Marcelo Mori (Unicamp) e Julio Ferreira (ICB - USP). (AU)