El exceso de glucógeno muscular en ratones afecta el rendimiento del ejercicio de resistencia

Un estudio publicado en  Cell Metabolism  por científicos del IRB Barcelona pone patas arriba suposiciones de larga data sobre la biología del glucógeno.

Los resultados pueden explicar los defectos musculares de los pacientes con enfermedad por almacenamiento de glucógeno XV.

En 2009, Usain Bolt estableció el récord mundial en los 100 metros lisos, gracias en gran parte a un carbohidrato llamado glucógeno. Esta molécula se almacena en el músculo esquelético y luego se libera para alimentar episodios cortos e intensos de actividad física. Se cree que los conceptos básicos de la biología del glucógeno están bien establecidos, pero un estudio en roedores publicado el 5 de julio en  la revista  Cell Metabolism  pone patas arriba suposiciones de larga data. Sorprendentemente, los investigadores encontraron que la síntesis de glucógeno no requiere una proteína llamada glucogenina, y que los niveles altos de glucógeno en realidad afectan el rendimiento muscular de resistencia en ratones.

“Estos hallazgos cambian nuestra perspectiva sobre la síntesis de glucógeno y el papel de la glucogenina en la fisiología muscular”,  dice el autor principal  Joan Guinovart  del Instituto de Investigación Biomédica (IRB Barcelona) y profesor titular de la Universidad de Barcelona. “Desde un punto de vista clínico, nuestro estudio también revela los mecanismos subyacentes a la enfermedad por almacenamiento de glucógeno XV, un trastorno genético que se describió recientemente en humanos por primera vez”.

En el músculo esquelético, las fibras glucolíticas de contracción rápida utilizan el glucógeno como principal fuente de energía para el metabolismo anaeróbico, lo que sirve para mantener períodos breves de actividad de alta intensidad. Por otro lado, las fibras de contracción lenta utilizan el metabolismo oxidativo para una actividad prolongada de baja intensidad. Durante décadas, los científicos han sabido que los niveles de glucógeno muscular están fuertemente asociados con el rendimiento del ejercicio extenuante. En general, se acepta que la síntesis de glucógeno requiere una enzima llamada glucogenina, que cataliza la formación de una cadena de azúcar que consta de moléculas de glucosa.

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La importancia de la síntesis adecuada de glucógeno se ilustra con una condición neurodegenerativa fatal llamada  enfermedad de Lafora . Debido a la acumulación de acumulaciones de glucógeno tóxico en las neuronas y otros tipos de células, los pacientes con esta enfermedad comúnmente experimentan ataques epilépticos severos, deterioro motor, espasmos musculares y demencia. Guinovart y su equipo demostraron previamente que el bloqueo de la síntesis de glucógeno mediante el agotamiento de una molécula llamada glucógeno sintasa proporciona un medio para tratar eficazmente a estos pacientes.

Con el fin de encontrar objetivos alternativos para la enfermedad,  Guinovart  y el primer autor  Giorgia Testoni  del IRB Barcelona generaron ratones deficientes en glucogenina, con la esperanza de bloquear también la acumulación de glucógeno en las células. Para su sorpresa, encontraron altas cantidades de glucógeno en el tejido muscular de estos ratones. A pesar de los niveles más altos de glucógeno, los ratones con deficiencia de glucogenina tuvieron un rendimiento inferior al de los ratones normales, alcanzando el agotamiento antes y cubriendo una distancia más corta mientras corrían en una cinta rodante. Los ratones corrían un 30 % más lento de lo habitual y recorrieron un 50 % menos de distancia. La razón del bajo rendimiento de resistencia de los ratones con deficiencia de glucogenina fue que los músculos de contracción lenta de las pantorrillas comenzaron a parecerse a los músculos de contracción rápida, pasando del metabolismo oxidativo al metabolismo glucolítico.

Contrariamente a sus expectativas originales,  Guinovart  y su equipo no descubrieron una nueva opción de tratamiento para pacientes con enfermedad de Lafora, porque la deficiencia de glucogenina no impidió la acumulación de glucógeno como habían sospechado originalmente. Sin embargo, los resultados pueden explicar los defectos musculares de los pacientes con  enfermedad por almacenamiento de glucógeno XV.  Como se informó por primera vez en 2014, los pacientes con esta afección muestran depleción de glucogenina en el músculo esquelético y debilidad muscular, a pesar de los altos niveles de glucógeno.

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“Las sorprendentes similitudes entre los pacientes humanos y los ratones deficientes en glucogenina que usamos en nuestro estudio podrían abrir nuevas vías para comprender la base molecular de la enfermedad por almacenamiento de glucógeno XV y desarrollar tratamientos efectivos para esta enfermedad recientemente descrita”,  dice Guinovart.

Este estudio fue apoyado por subvenciones del MINECO español. Una beca NHMRC CJ Martin, el Instituto Nacional de Salud (NIH) y el Consorcio CSD brindaron apoyo adicional.

Artículo de referencia:

Giorgia Testoni, Jordi Duran, Mar García Rocha, Francisco Vilaplana, Antonio L. Serrano, David Sebastián, Iliana López-Soldado, Mitchell A. Sullivan, Felipe Slebe, Marta Vilaseca, Pura Muño-Cánoves y Joan J. Guinovart
La falta de glucogenina provoca la acumulación de glucógeno y el deterioro de la función muscular
Metabolismo celular  (2017) DOI: 10.1016/j.cmet.2017.06.008

Sobre el IRB Barcelona

Creado en 2005 por la Generalitat de Catalunya y la Universidad de Barcelona, ​​el IRB Barcelona es un Centro de Excelencia Severo Ochoa, sello que le fue otorgado en 2011.  El instituto está dedicado a realizar investigación de excelencia en biomedicina y a transferir resultados a la práctica clínica, mejorando así la calidad de vida de las personas, al mismo tiempo que se promueve la formación de investigadores destacados, la transferencia de tecnología y la comunicación pública de la ciencia. Sus 25 laboratorios y siete instalaciones centrales abordan cuestiones básicas de biología y están orientados a enfermedades como el cáncer, la metástasis, el Alzheimer, la diabetes y enfermedades raras. El IRB Barcelona es un centro internacional que acoge a 400 empleados y 32 nacionalidades. Está ubicado en el Parque Científico de Barcelona. El IRB Barcelona forma parte del Instituto de Ciencia y Tecnología de Barcelona (BIST) y de la “Xarxa de Centres de Recerca de Catalunya” (CERCA).

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