Interação músculo-osso: resposta do osso ao exercício físico com e sem carga de impacto em camundongos com hiperexpressão de IGF-1 em fibras musculoesqueléticas do tipo II

• Processo: 22/14535-2
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de setembro de 2023
• Data de Término da vigência: 31 de março de 2027
• Área de conhecimento: Ciências Biológicas - Fisiologia - Fisiologia de Órgãos e Sistemas
• Pesquisador responsável: Elen Haruka Miyabara
• Beneficiário: Gisele Cristina Lopes Couto Spiri
• Instituição Sede: Instituto de Ciências Biomédicas (ICB). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Assunto(s): Metabolismo ósseo Massa óssea Músculo esquelético Exercício físico Fator de crescimento insulin-like I
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: interação músculo-osso | Massa óssea | Microarquitetura ossea | miocinas | Músculo esquelético | osteocinas | Osteometabolismo

Resumo

Sabe-se que a deformação elástica imposta aos ossos pela contração muscular estimula a formação óssea, ao mesmo tempo em que inibe a reabsorção, o que favorece o ganho de massa óssea. Considerando-se que os tecidos ósseo e muscular esquelético secretam fatores (osteocinas e miocinas, respectivamente) que atuam em outros tecidos de forma parácrina e/ou endócrina, estabeleceu-se um novo paradigma de que há interações músculo-osso bioquímicas, além da inquestionável interação biomecânica. Considerando-se que o fator de crescimento semelhante à insulina tipo 1 (IGF-1) tem ações anabólicas tanto no tecido ósseo quanto muscular, investigamos, em um estudo anterior, a hipótese de que o IGF-1 muscular pudesse atuar no osso através de mecanismos bioquímicos. Para tanto, estudamos camundongos transgênicos que hiperexpressam uma isoforma muscular de IGF-1 (mIgf-1) em fibras musculares esqueléticas do tipo II (camundongos TgIGF1), o que resulta em hipertrofia dessas fibras. Vimos que as fêmeas TgIGF1 apresentaram melhorias na microarquitetura óssea femoral, principalmente aos 3 e 5 meses de idade, versus camundongos selvagens (Slv), exatamente quando os animais TgIGF1 apresentaram hipertrofia muscular esquelética, sugerindo interação músculo-osso mecânica. Para discriminar possíveis efeitos bioquímicos do mIgf-1 dos efeitos mecânicos dos músculos esqueléticos hipertrofiados, avaliamos o impacto do desuso no fenótipo musculoesquelético, utilizando o protocolo de suspensão de cauda, onde os membros posteriores dos animais permaneceram sem contato com o solo por 14 dias. Essa condição resultou em atrofia muscular similar entre os animais TgIGF1 e Slv, mostrando que a hiperexpressão do mIgf-1 não impede ou minimiza a atrofia muscular. Inesperadamente, a suspensão de cauda causou deterioração significativa na microarquitetura óssea trabecular e cortical de camundongos TgIGF1, enquanto não afetou o osso femoral das fêmeas Selv. Esses achados sugerem ações bioquímicas e negativas do mIgf-1 na microarquitetura óssea; ao mesmo tempo em que sugerem as hipóteses de que efeitos osteogênicos do IGF-1 muscular dependem de estresse mecânico, e que a ausência de carga mecânica converte os efeitos anabólicos do IGF-1 em catabólicos. Frente a essas hipóteses, é importante questionar se apenas o estresse mecânico imposto aos ossos pela contração muscular é suficiente para que efeitos osteogênicos do IGF-1 muscular ocorram; ou se as forças de reação ao solo (cargas de impacto) também são necessárias. O presente estudo tem como objetivos investigar se o estresse mecânico é necessário para que o IGF-1 muscular promova ações anabólicas no tecido ósseo, além de investigar o tipo de estresse mecânico (contração muscular com ou sem carga de impacto) necessário para a ocorrência dessas possíveis ações anabólicas. Para tanto, avaliaremos as respostas estruturais e bioquímicas do osso e músculo esquelético à atividade física com e sem carga de impacto (corrida e natação, respectivamente) em camundongos fêmeas TgIGF1 e Slv. Os resultados deste estudo deverão trazer importante contribuição para o entendimento do papel do IGF-1 na interação músculo-osso, além de contribuir para o entendimento da morfofisiologia dos tecidos ósseo e muscular, atuando como uma unidade funcional. Tais entendimentos certamente abrirão janelas de oportunidades terapêuticas para a prevenção e tratamento da osteoporose, sarcopenia e ostesarcopenia; além de contribuir para terapias de reabilitação do sistema musculoesquelético. (AU)