Exercise preserves physical fitness during aging through AMPK and mitochondrial dynamics

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Campos, Juliane Cruz ; Marchesi Bozi, Luiz Henrique ; Krum, Barbara ; Grassmann Bechara, Luiz Roberto ; Ferreira, Nikolas Dresch ; Arini, Gabriel Santos ; Albuquerque, Ruda Prestes ; Traa, Annika ; Ogawa, Takafumi ; van der Bliek, Alexander M. ; Beheshti, Afshin ; Chouchani, Edward T. ; Van Raamsdonk, Jeremy M. ; Blackwell, T. Keith ; Batista Ferreira, Julio Cesar

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA; v. 120, n. 2, p. 11-pg., 2023-01-10.

Resumo

Exercise is a nonpharmacological intervention that improves health during aging and a valuable tool in the diagnostics of aging-related diseases. In muscle, exercise transiently alters mitochondrial functionality and metabolism. Mitochondrial fission and fusion are critical effectors of mitochondrial plasticity, which allows a fine-tuned regulation of organelle connectiveness, size, and function. Here we have investigated the role of mitochondrial dynamics during exercise in the model organism Caenorhabditis oelegans. We show that in body-wall muscle, a single exercise session induces a cycle of mitochondrial fragmentation followed by fusion after a recovery period, and that daily exercise sessions delay the mitochondrial fragmentation and physical fitness decline that occur with aging. Maintenance of proper mitochondrial dynamics is essential for physical fitness, its enhancement by exercise training, and exercise-induced remodeling of the proteome. Surprisingly, among the long-lived genotypes we analyzed (isp-1,nuo-6, daf-2, eat-2, and CA-AAK-2), constitutive activation of AMP-activated protein kinase (AMPK) uniquely preserves physical fitness during aging, a benefit that is abolished by impairment of mitochondrial fission or fusion. AMPK is also required for physical fitness to be enhanced by exercise, with our findings together suggesting that exercise may enhance muscle function through AMPK regulation of mitochondrial dynamics. Our results indicate that mitochondrial connectivity and the mitochondrial dynamics cycle are essential for maintaining physical fitness and exercise responsiveness during aging and suggest that AMPK activation may recapitulate some exercise benefits. Targeting mechanisms to optimize mitochondrial fission and fusion, as well as AMPK activation, may represent promising strategies for promoting muscle function during aging. (AU)

• Processo FAPESP: 13/07937-8 - Redoxoma
• Beneficiário: Ohara Augusto
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão - CEPIDs
• Processo FAPESP: 19/18444-9 - Dinâmica mitocondrial como fator limitante dos benefícios induzidos pelo exercício no healthspan em Caenorhabditis elegans
• Beneficiário: Juliane Cruz Campos
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 17/16540-5 - Exercício físico, longevidade e healthspan: uma abordagem molecular e longitudinal no estudo de suas interações
• Beneficiário: Juliane Cruz Campos
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 19/07221-9 - Papel da resposta as proteínas mal enoveladas mitocondrial (UPRmt) na cardiomiopatia induzida pela doxorrubicina: aplicação de metabolômica comparativa para identificar assinaturas metabólicas
• Beneficiário: Luiz Henrique Marchesi Bozi
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 19/25049-9 - Peptídeos formilados mitocondriais como moléculas sinalizadoras: nova oportunidade no tratamento da Isquemia/reperfusão cardíaca
• Beneficiário: Julio Cesar Batista Ferreira
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 15/22814-5 - Câncer e coração: novos paradigmas de diagnóstico e tratamento
• Beneficiário: Carlos Eduardo Negrão
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 16/09611-0 - Cardiotoxicidade induzida pela doxorrubicina: caracterização da sinalização mitocondrial retrógrada ativada pelo desequilíbrio proteostático
• Beneficiário: Luiz Henrique Marchesi Bozi
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 17/16694-2 - Regulação intermolecular da proteína DICER pelo aldeído 4-hidroxinonenal: uma abordagem translacional
• Beneficiário: Julio Cesar Batista Ferreira
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular