La via mTOR nell’ipertrofia muscolare

Quando si parla di un tema controverso come la mTOR e l’ipertrofia, analizziamo la teoria e concludiamo con l’esposizione di Roberto Castellano.

Prima di parlare della via mTOR, ricordiamo che per ottenere l’ipertrofia tutto si traduce nell’attivazione delle cellule satelliti. Per farlo abbiamo tre meccanismi: l’allenamento, la dieta e gli ormoni (il sistema endocrino).

Roberto Castellano ci spiega che quando ci si allena si verifica un danno, che innesca una risposta immunitaria.

Questo è un punto critico che non viene sempre considerato: se il sistema immunitario non funziona bene, semplicemente non si cresce, e inoltre l’organismo è molto più esposto alle malattie.

L’allenamento provoca una risposta immunitaria, che comporta un’infiammazione e induce un afflusso di sangue al tessuto danneggiato.

Questo trasporto di sangue serve a eliminare le scorie, perché quando i muscoli sono danneggiati hanno bisogno che i macrofagi raggiungano il tessuto per fagocitare i residui delle cellule danneggiate, rimuovere l’acido lattico, ecc.

Solo quando il processo infiammatorio si è concluso può verificarsi l’ipertrofia; proprio per questo, quando alleni consecutivamente lo stesso gruppo muscolare, non serve, perché non si completa tutto il processo di recupero necessario affinché si verifichi l’ipertrofia.

La mTOR: che cos’è?

È una proteina chinasi responsabile del metabolismo cellulare a livello dell’ipertrofia, ma è anche responsabile dei tumori.

Per questo, ciò che è di moda non è sempre necessariamente la scelta migliore; in medicina, la mTOR viene studiata proprio perché può causare determinate patologie, come per esempio il cancro.

Tuttavia, secondo uno studio pubblicato sulla rivista Frontiers – Physiology nel 2017, il mantenimento della massa muscolare scheletrica è regolato dall’equilibrio tra i processi anabolici e catabolici (1)

• L'obiettivo della rapamicina nei mammiferi (mTOR) svolge funzioni vitali nella sintesi proteica.
• I risultati recenti hanno continuato a perfezionare la nostra comprensione della funzione di mTOR nel mantenimento della massa muscolare scheletrica.

In un certo senso, questa proteina controlla la segnalazione anabolica e catabolica della massa muscolare scheletrica, determinando la modulazione dell'ipertrofia muscolare e del deperimento muscolare.

La mTOR e le cellule satelliti

Durante la miogenesi, le cellule staminali satelliti vengono indotte a proliferare e differenziarsi in precursori miogenici. La miogenesi è il processo che forma le cellule del tessuto muscolare ed è fondamentale per l'ipertrofia.

mTOR è un regolatore chiave della sintesi proteica, della proliferazione cellulare e del metabolismo energetico; tuttavia, ai fini della nostra comprensione, è necessario determinare il suo ruolo nelle cellule staminali muscolari (cellule satelliti) e nella rigenerazione del muscolo scheletrico.

In uno studio del 2015, è stato osservato in laboratorio che la rigenerazione del muscolo scheletrico dopo una lesione (come quella provocata dall'allenamento) era gravemente compromessa in assenza di mTOR (2).

• Il metodo scientifico ha evidenziato un numero maggiore di miofibre necrotiche infiltrate dal colorante blu di Evans, oltre a una quantità e dimensioni ridotte delle miofibre rigenerate in questi roditori.
• Per analizzare il meccanismo cellulare, sono stati analizzati mioblasti primari derivati da cellule satelliti cresciuti su singole miofibre o aderenti a piastre di coltura.

In questo metodo, i mioblasti dei roditori modificati hanno mostrato una cinetica difettosa di proliferazione e differenziazione rispetto ai mioblasti derivati da compagni di cucciolata.

Questi risultati suggeriscono che mTOR è essenziale per la funzione delle cellule satellite e la rigenerazione del muscolo scheletrico attraverso il controllo dell’espressione dei geni miogenici.

mTOR: aminoacidi e carboidrati

Il ricambio delle proteine nella cellula muscolare è un processo complesso che comprende sia la sintesi sia la degradazione delle proteine.

L’aumento della massa muscolare richiede una maggiore sintesi delle proteine muscolari insieme a una riduzione della degradazione delle proteine muscolari e, a livello nutrizionale, ciò richiede il corretto consumo di macronutrienti.

Più precisamente, alcuni macronutrienti ottengono una maggiore sintesi delle proteine muscolari attivando mTOR, favorendo così la crescita muscolare.

Recentemente, diversi studi scientifici hanno attirato l’attenzione sull’attivazione di mTOR da parte degli aminoacidi essenziali, in particolare della leucina.

• Nel primo studio, Walker et al.2 hanno dimostrato che l’assunzione di aminoacidi essenziali, in particolare della leucina, aumentava l’attività di mTOR.
• Curiosamente, questo studio ha anche confermato che il consumo di quantità maggiori di aminoacidi essenziali aumentava la riserva cellulare di aminoacidi.
• Una maggiore quantità di aminoacidi essenziali all’interno della cellula muscolare stimola la via di segnalazione dell’insulina, attivando così mTOR.

Tuttavia, altri studi, come quelli condotti da Wilson e colleghi, mostrano che è necessario aggiungere carboidrati e che, in quanto fonte energetica preferenziale delle cellule muscolari, questi miglioreranno l’ambiente anabolico.

Curiosamente, l’uso preferenziale dei carboidrati da parte della cellula muscolare genera energia cellulare (ATP).

• In questo scenario, l’AMPK, il sensore dello stato energetico della cellula, si spegnerà a causa della produzione di ATP.
• Poiché l’AMPK si attiva inibendo mTOR, spegnere l’AMPK stimolerà a sua volta l’attività di mTOR.

mTOR: e i grassi?

Gli acidi grassi omega-3 a catena lunga stimolano la sintesi delle proteine muscolari mediante l’attivazione di mTOR.

La ricerca più recente di Gingras et al.5 presenta gli acidi grassi omega-3 a catena lunga come attivatori specifici di questa protein chinasi e della sintesi delle proteine muscolari attraverso la via di segnalazione dell’insulina.

È stato quindi stabilito che gli acidi grassi omega-3 a catena lunga migliorano la via di segnalazione del rapporto sintesi proteica-mTOR-insulina.

Ciò avviene riducendo l’infiammazione sistemica, che è stata dimostrata causare insensibilità all’insulina.

Inoltre, hanno mostrato che il consumo di omega-3 a catena lunga ha prodotto un aumento del 108% nell’incorporazione degli amminoacidi nella sintesi delle proteine muscolari, purché vengano consumati alcune ore dopo l’allenamento, ma non al termine di una sessione di allenamento.

Così come alcuni macronutrienti stimolano l’attività di mTOR e la sintesi delle proteine muscolari, altri macronutrienti ne inibiscono la segnalazione e la sintesi delle proteine muscolari.

Uno studio di Rivas et al.7 ha confermato che il consumo di una dieta ricca di grassi innesca l’insensibilità all’insulina, determinando una riduzione della segnalazione di questa via e della sintesi delle proteine muscolari.

L’inibizione di mTOR deriva dal feedback negativo all’interno della via di segnalazione dell’insulina. Il consumo cronico di una dieta ricca di grassi la iperattiva, attivando a sua volta fortemente la molecola S6K.

Una molecola S6K iperattiva produce segnali inattivanti all’interno della cascata di segnalazione dell’insulina, riducendo la sensibilità all’insulina insieme all’attivazione di mTOR e alla sintesi proteica.

La mTOR: dieta restrittiva

La mTOR integra diversi segnali interni ed esterni per regolare numerose attività cellulari, tra cui la traduzione dell’mRNA, la sintesi proteica, la proliferazione e la crescita cellulare, l’autofagia, la lipogenesi e la termogenesi

In questo senso, esercita le proprie attività biologiche nelle cellule dei mammiferi formando due complessi distinti:

• Il complesso mTOR1 (mTORC1)
• Il complesso mTOR2 (mTORC2).

In tutti gli scenari, i due complessi differiscono per componenti, regolazione, funzione e sensibilità alla rapamicina.

In particolare, l’attività di mTORC1 è stimolata da fattori di crescita, ormoni e altri fattori.

Inoltre è regolata da nutrienti come il glucosio e gli amminoacidi; di conseguenza, è necessario tenere conto della dieta.

Così come gli aminoacidi a catena ramificata (BCAA), come la leucina e l'arginina, sono potenti attivatori di mTORC1, la limitazione energetica, come la privazione di glucosio e la fame, inibisce fortemente l'attivazione di mTORC1 stimolando l'AMPK a causa della privazione energetica.

L'AMPK è un altro sensore critico dell'energia cellulare che sopprime l'attività di mTORC1.

Conclusioni

Come possiamo vedere in questa illustrazione, mTOR si collega alla sintesi proteica e alla crescita cellulare attraverso diverse vie.

Ciò significa che influisce indirettamente sull'ipertrofia. È un po' come il modo in cui il motore di un'auto è necessario per farla muovere, ma sono comunque necessarie altre «vie» come il volante, i sistemi di raffreddamento, la frizione, ecc.; e questo deve essere chiaro.

L'esercizio di resistenza (con pesi o accessori) attiva mTOR e, poiché l'allenamento stimola l'aumento della massa muscolare, esiste un legame con l'ipertrofia.

La mTOR è associata non solo alla sintesi proteica, ma anche alla degradazione delle proteine (effetto catabolico).

Lo studio realizzato da Goodman nel 2014 dimostra che è inversamente collegato a questo processo, prevenendo così il catabolismo (3).

Per concludere, Roberto Castellano ci spiega in un video come avviene l'attivazione della via mTOR e il suo rapporto con l'ipertrofia.

Riferimenti

• (1) Frontiers, Physiology – 2017: mTOR come regolatore chiave nel mantenimento della massa muscolare scheletrica
• (2) Biochemical and Biophysical Research Communications – 2015: mTOR è necessario per la corretta attività delle cellule satellite e la rigenerazione del muscolo scheletrico
• (3) Reviews of Physiology, Biochemistry and Pharmacology – 2014: Il ruolo di mTORC1 nella regolazione della sintesi proteica e della massa muscolare scheletrica in risposta a diversi stimoli meccanici