Análise da expressão de proteínas autofágicas e microestrutura do colo do fêmur de ratas no período do envelhecimento após treinamento de força - Almeida, Ricardo de Paula de [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2017)
A diminuição de massa óssea concomitante à progressão da idade resulta em maior incidência de fraturas, devido a mudanças microarquiteturais que são determinantes importantes para a qualidade óssea. Concomitantemente, mecanismos moleculares que agem na manutenção celular como a autofagia podem estar relacionados ao “turnover” ósseo no período do envelhecimento, sendo estes mecanismos relacionados ao processo de osteopenia/osteoporose. Neste estudo foram avaliados os efeitos do treinamento de força (TF) na microestrutura do colo do fêmur de ratas Wistar adultas (7 meses) e velhas (21 meses) submetidas ou não ao programa de exercício físico e distribuídas nos grupos: adultas não exercitadas (A/NEX); adultas exercitadas (A/EX); velhas não exercitadas (V/NEX) e velhas exercitadas (V/EX). O treinamento de força foi realizado utilizando-se escada com carga atrelada à cauda dos animais; 3 vezes por semana durante período de 120 dias. Resultados obtidos por microtomografia computadorizada (μCT) após este período demonstraram que o TF foi capaz de aumentar a espessura (Ct. Th (mm); V/EX vs A/EX p = 0,7863), momento polar de inércia médio (pMOI (mm4); A/NEX vs A/EX p = 0,0362; V/NEX vs V/EX p = 0,0032) e reduzir a porosidade da região cortical do colo do fêmur (Ct. Po (%); V/NEX vs V/EX p = 0,0406), causando aumento na área cortical total (Tt.Ar (mm²); V/NEX vs V/EX p = 0,0406). No osso trabecular notou-se maior fração do volume ósseo (BV/TV (%); V/NEX vs V/EX p = 0,006); espessura trabecular (Tb.Th (mm); V/NEX vs V/EX p = 0,0069; V/EX vs A/EX p<0,0001); número de trabéculas (Tb.N (1/mm) V/NEX vs V/EX p = 0,0004) e grau de anisotropia ( DA V/NEX vs V/EX p = 0,0088). Estas modificações resultaram em redução do espaçamento trabecular (Tb.Sp (mm) V/EX vs A/EX p = 0,0382) e porosidade trabecular (Tb.Po (%) V/NEX vs V/EX p = 0,0006). Além destes parâmetros da estrutura cortical e trabecular, foram avaliados: capacidade de carregamento voluntário máximo (CCVM); peso corporal, do útero e do tecido adiposo retroperitoneal; biomarcadores para fosfatase alcalina plasmática (FAL) e fosfatase ácida resistente à tartarato sérica (TRAP); densidade mineral óssea areal (DMOa), Western blot para beclina-1, LC3, sequestossoma-1/p62 (SQSTM-1/p62), AKT, ERK1//2, pAKT (Ser473), pERK (Thr202/ Tyr204); e imunoistoquímica (IHQ) para RUNX-2, FAL, TRAP, Osteocalcina (OCN) e beclina-1. As dosagens plasmáticas evidenciaram aumento na atividade da FAL após a realização do TF (A/NEX vs A/EX p = 0,0002). Concentrações plasmáticas de TRAP não apresentaram alterações significantes. Análises de marcadores autofágicos mostraram maior expressão para beclina-1 em A/EX e V/EX. LC3 também obteve elevada expressão em A/EX, mas em V/EX sua expressão foi menor. A expressão de SQSTM1/p62 foi reduzida após a realização do TF nas ratas A/EX e V/EX. AKT total (t-AKT) e AKT fosforilada (pAKT-Ser473) demonstrou expressão mais alta em A/EX comparados à A/NEX. Por outro lado, em V/EX, a fosforilação foi reduzida em Ser473 quando comparados à V/NEX, mas t-AKT permaneceu inalterada em ambos. Resultados para ERK1/2 demonstraram redução na expressão em A/EX comparados à A/NEX, mas em V/EX sua expressão foi melhorada comparados à V/NEX. A fosforilação de ERK em Thr202 foi aumentada em A/EX em relação à A/NEX, mas em ratas velhas não houveram modificações. No sítio Tyr204 também houve elevada fosforilação em A/EX comparados à A/NEX, mas foi reduzida em V/EX comparados à V/NEX. A imunomarcação de RUNX-2, FAL, OCN e beclina-1 foi menor em V/NEX mas em V/EX a marcação aumentou assemelhando -se à A/EX. TRAP, elevada em V/NEX, mostrou -se reduzida em V/EX. Em suma, neste estudo nós demonstramos a atuação do TF no metabolismo ósseo de ratas no período da periestropausa com resposta integrada entre exercício e idade. Este estudo também demonstrou que proteínas importantes relacionadas à regulação autofágica e metabolismo ósseo podem ser potencialmente alteradas pelo TF. Nossos resultados evidenciam atuação do TF na manutenção da massa óssea mostrando que essa modalidade de exercício pode prevenir e/ou diminuir danos causados pela osteoporose durante o estágio do envelhecimento.

The decrease in bone mass concomitant with the progression of age results in a higher incidence of fractures, due to microarchitectural changes that are important determinants of bone quality. Concomitantly, molecular mechanisms that act in cellular maintenance such as autophagy may be related to bone turnover in the aging period, and these mechanisms are related to the osteopenia/osteoporosis process. In this study were evaluated, the effects of strength training (ST) on the femoral neck microstructure of adult (7 months) and old (21 months) female Wistar rats submitted or not to the physical exercise program and distributed in the following groups: non-exercised adult groups (A/NEX); exercised adults (A/EX); non-exercised old (O/NEX) and old exercised (O/EX). Strength training was performed using a ladder with load attached to the tail of the animals; 3 times a week for a period of 120 days. Results obtained by computerized microtomography (μCT) after this period demonstrated that the ST was able to increase the thickness (Ct.Th (mm), O/EX vs A/EX p = 0.7863), mean polar moment of inertia (mm4), A/NEX vs A/EX p = 0.0362, O/NEX vs O/EX p = 0.0032) and reduce the porosity of the cortical region of the femoral neck (Ct Po (%); O/NEX vs O/EX p = 0.0406), causing increase in the total cortical area (Tt.Ar (mm²); O/NEX vs O/EX p = 0.0406). In trabecular bone, a higher fraction of bone volume was observed (BV / TV (%), O/NEX vs O/EX p = 0.006); (Tb.Th (mm); O/NEX vs O/EX p = 0.0069; O/EX vs A/EX p <0.0001); number of trabeculae (Tb.N (1/mm) O/NEX vs O/EX p = 0.0004) and degree of anisotropy (DA O/NEX vs O/EX p = 0.0088). These changes resulted in a reduction in trabecular spacing (Tb.Sp (mm) O/EX vs A/EX p = 0.0382) and trabecular porosity (Tb.Po (%) O/NEX vs O/EX p = 0.0006 ). In addition to these parameters of the cortical and trabecular structure, the following were evaluated: maximum voluntary carrying capacity (MVCC); body weight, uterus and retroperitoneal adipose tissue; biomarkers for plasmatic alkaline phosphatase (ALP) and serum tartrate resistant acid phosphatase (TRAP); Western blot for beclin-1, LC3, sequestosome-1/p62 (SQSTM-1 / p62), AKT, ERK1/2, pAKT (Ser473), pERK (Thr202/Tyr204) and immunohistochemistry (IHC) for RUNX-2, ALP, TRAP, osteocalcin (OCN) and beclin-1. Plasma dosages showed an increase in ALP activity after ST (A/NEX vs A/EX p = 0.0002). Plasmatic concentrations of TRAP did not show significant alterations. Analyzes of autophagic markers showed higher expression for beclin-1 in A/EX and O/EX. LC3 also had higher expression in A/EX, but in O/EX its expression was lower. Expression of SQSTM1/p62 was reduced after ST in the A/EX and O/EX rats. Total AKT (t-AKT) and phosphorylated AKT (pAKT-Ser473) demonstrated higher expression in A/EX compared to A/NEX. On the other hand, in O/EX, phosphorylation was reduced in Ser473 when compared to O/NEX, but t-AKT remained unchanged in both. Results for ERK1/2 demonstrated reduction in A/EX expression compared to A/NEX, but in O/EX their expression was improved compared to O/NEX. ERK phosphorylation in Thr202 was increased in A/EX relative to A/NEX, but in old rats there were no changes. At the Tyr204 site there was also high A/EX phosphorylation compared to A/NEX, but was reduced in O/EX compared to O/NEX. Immunostaining of RUNX-2, FAL, OCN and beclin-1 was lower in O/NEX but in O/EX the labeling increased resembling A/EX. TRAP, high in O/NEX, was reduced in O/EX. In summary, in this study we demonstrated the action of ST in bone metabolism of rats in periestropause period with integrated response between exercise and age. This study also demonstrated that important proteins related to autophagic regulation and bone metabolism may be potentially be altered by ST. Our results demonstrate the role of ST in maintaining bone mass, showing that this exercise modality can prevent and/or reduce osteoporosis damage during the aging stage.
Analysis of autophagic proteins expression and femoral neck bone microstructure of female rats in the aging period after strength training
Keywords: Envelhecimento; Exercício físico; Treinamento de força; Periestropausa; Microarquitetura óssea; Osteoporose; Autofagia; Aging; Bone microarchitecture; Exercise; Periestropause; Strength training; Osteoporosis; Autophagy