Un estudi de l’IRB Barcelona publicat a Cell Metabolism canvia algunes suposicions prèvies sobre la biologia del glicogen.
Els resultats poden oferir una explicació a una patologia rara anomenada malaltia d’acumulació de glicogen XV.
El 2009, l’atleta Usain Bolt va establir un nou rècord mundial en 100 metres gràcies en gran part a una font d’energia anomenada glicogen. Aquesta molècula és un tipus de sucre, format per cadenes de glucosa, que s'emmagatzema en el múscul i s’allibera durant exercicis físics breus i intensos. Es considera que els principis bàsics de la biologia del glicogen estan ben establerts, però avui un estudi en ratolins publicat per l’Institut de Recerca Biomèdica (IRB Barcelona), a Cell Metabolism, canvia per complet algunes suposicions prèvies. Els investigadors han descobert que la síntesi de glicogen no requereix d’una proteïna anomenada glicogenina i que nivells elevats de glicogen afecten el rendiment muscular en exercicis de resistència en ratolins.
"Aquests resultats canvien la nostra perspectiva sobre la síntesi de glicogen i de la funció de la glicogenina en la fisiologia muscular", diu el líder de l’estudi, Joan Guinovart científic de l’IRB Barcelona expert en el metabolisme del glicogen, cap de grup del CIBERDEM (Centre de Recerca Biomèdica en Xarxa sobre Diabetis i Malaties Metabòliques i Associades) i catedràtic de la Universitat de Barcelona. "Des del punt de vista clínic, el nostre estudi també revela els mecanismes subjacents a la malaltia d’acumulació de glicogen XV, un trastorn genètic minoritari descrit recentment en humans per primera vegada".
En el múscul esquelètic, que representa el 40% de la massa corporal dels humans, les fibres de contracció ràpida utilitzen el glicogen, a través de metabolisme anaeròbic, com a principal font d'energia, i serveix per dur a terme exercicis físics breus d'alta intensitat. D'altra banda, les fibres de contracció lenta usen el metabolisme oxidatiu per a activitats de baixa intensitat prolongada. Durant dècades, els científics han sabut que els nivells de glicogen muscular estan fortament associats amb l’exercici intens. Generalment, s'accepta que la síntesi de glicogen requereix d’un enzim anomenat glicogenina, que catalitza la formació d’un petita cadena de glucoses, a partir de la qual es sintetitza després glicogen.
La importància de la síntesi adequada del glicogen s'il·lustra amb una condició neurodegenerativa mortal anomenada malaltia de Lafora. A causa de l'acumulació d’agregats tòxics de glicogen en neurones i altres tipus de cèl·lules, els pacients de Lafora pateixen convulsions epilèptiques severes, discapacitat motora, espasmes musculars i demència. El doctor Guinovart i el seu equip van demostrar que bloquejar la síntesi de glicogen, mitjançant l’eliminació d’una molècula anomenada glicogen sintasa, podria ser una opció per tractar eficaçment aquests pacients.
Per tal d’oferir noves opcions terapèutiques, Guinovart i el seu equip, amb la investigadora Giorgia Testoni al capdavant, van generar ratolins deficients en glicogenina esperant que això impedís la síntesi de glicogen. Per sorpresa seva, van trobar grans quantitats de glicogen en el teixit muscular d'aquests ratolins. Malgrat els nivells superiors de glicogen, els ratolins deficients en glicogenina tenien un rendiment inferior als ratolins normals, arribant a l'esgotament abans i recorrent menys distància. Els ratolins eren un 30% més lents i van recórrer un 50% menys de distància.
El motiu del baix rendiment dels ratolins deficients en glicogenina rau en el fet que els músculs de contracció lenta en els panxells comencen a comportar-se com els músculs de contracció ràpida, passant del metabolisme oxidatiu al metabolisme anaeròbic.
Contràriament a les hipòtesis originals, el descobriment de Guinovart i el seu equip no ofereix una nova opció de tractament per als pacients amb malaltia de Lafora, ja que la deficiència de glicogenina no impedeix l'acumulació de glicogen com havien previst. No obstant això, els resultats poden explicar els defectes musculars dels pacients amb malaltia d'acumulació de glicogen XV. Com es va publicar per primera vegada el 2014, els pacients amb aquesta condició tenen reduïda la glicogenina en el múscul esquelètic i tenen debilitat muscular, malgrat tenir nivells elevats de glicogen.
"Les sorprenents similituds entre els pacients humans i els ratolins deficients en glicogenina que utilitzem en el nostre estudi podrien obrir noves vies per comprendre la base molecular de la malaltia d'acumulació de glicogen XV i desenvolupar tractaments efectius per a aquesta condició recentment descrita", diu Guinovart.
Aquest estudi ha rebut el suport de subvencions del Ministeri d’Economia i Competitivitat, de fons FEDER, de CJ Martin Fellowship, els Instituts de Salut dels Estats Units (NIH en anglès) i del CSD Consortium.
Article de referència:
La Vanguardia ha consultat amb l’investigador ICREA, Salvador Aznar Benitah la seva opinió com a expert en cèl·lules mare i ritme circadià, sobre dos estudis d’universitats britàniques que apunten que la capacitat de generació de la pell és més alta durant el dia que durant la nit.
Enllaç a La Vanguardia
Radio Canal Extremadura ha entrevistat a l’investigador ICREA Salvador Aznar Benitah al seu programa d’investigació i ciència, Principio de Incertidumbre, sobre el ritme circadià, premi Nobel de Medicina 2017.
A l’agost, el grup d’Aznar Benitah va publicar dos estudis a Cell que refutaven el dogma segons el qual l’envelliment s’associa a la pèrdua del cicle circadià de les cèl·lules mare
How does the circadian clock change when we get older? This is the question that has driven research associate Guiomar Solanas and “la Caixa” PhD student Francisca Oliveira Peixoto, both at IRB Barcelona, to study the daily pattern of gene activity. The answer, as laid out in two studies headed by Salvador Aznar Benitah and published in the journal Cell, rejects the widely held belief that stem cells lose their circadian rhythm with age. The studies demonstrate that the daily pattern of gene activity is not lost with age but is rather reprogrammed for new functions and that a low calorie diet delays alterations in the rhythm of stem cells.
