Treadmill exercise improves motor function in PD mice by regulating mitochondrial and synaptic functions via miR-7/Drp1/PINK1 axis

La malattia di Parkinson è una condizione in cui il cervello perde lentamente la capacità di controllare il movimento, causando tremori, rigidità e lentezza. Ciò accade perché specifiche cellule nervose in una parte profonda del cervello, nota come substantia nigra, iniziano a morire. Queste cellule sono responsabili della produzione di dopamina, una sostanza chimica che agisce come un segnale per dire ai muscoli quando muoversi. Senza abbastanza di queste cellule, i segnali si perdono e il corpo fatica a iniziare o terminare un movimento. Sebbene i medici possano trattare i sintomi con i farmaci, nulla attualmente ferma la morte delle cellule nervose in primo luogo. Gli scienziati sanno da tempo che l'attività fisica aiuta le persone con questa condizione a muoversi meglio, ma il motivo è rimasto un mistero. Non si tratta solo di costruire la forza muscolare; l'esercizio sembra cambiare qualcosa nel profondo delle cellule cerebrali stesse, forse persino a livello delle loro minuscole fabbriche di energia.

Un team di ricercatori della Wuhan Sports University ha deciso di indagare esattamente come correre su un tapis roulant possa proteggere queste vulnerabili cellule cerebrali. Hanno lavorato con topi che avevano sviluppato, tramite induzione chimica, sintomi simili alla malattia di Parkinson. Gli scienziati hanno diviso i topi in due gruppi: un gruppo è rimasto sedentario, mentre l'altro ha corso su un tapis roulant per otto settimane. L'esercizio era moderato, della durata di un'ora al giorno, cinque giorni a settimana. Dopo il periodo di allenamento, i ricercatori hanno testato la capacità dei topi di arrampicarsi su pali e pendere da fili, misure della loro coordinazione e forza muscolare. Hanno anche esaminato i cervelli dei topi al microscopio e analizzato i segnali chimici all'interno delle cellule. I risultati hanno mostrato che i topi che facevano esercizio si muovevano molto meglio di quelli che non lo facevano. Arrampicavano più velocemente, restavano appesi più a lungo e camminavano con un'andatura più naturale. Ancora più importante, i cervelli dei topi che facevano esercizio mostravano segni di protezione. Le cellule nervose che producono dopamina erano più sane e i segnali chimici tra di esse erano più forti.

Per capire come ciò fosse avvenuto, i ricercatori hanno osservato le minuscole strutture all'interno delle cellule che generano energia, chiamate mitocondri. In un cervello sano, queste strutture si frammentano e si ricongiungono costantemente in un ciclo equilibrato, il che permette loro di ripararsi e rimuovere i danni. Nei topi con la malattia di Parkinson, questo ciclo era interrotto. I mitocondri si stavano frammentando troppo, diventando scompaginati e incapaci di produrre abbastanza energia. Questa eccessiva frammentazione era guidata da una specifica proteina che agiva come un paio di forbici, tagliando i mitocondri in pezzi inutili. I ricercatori hanno scoperto che i topi malati e sedentari avevano alti livelli di questa proteina "forbice", mentre i topi che facevano esercizio ne avevano molti meno. L'esercizio sembrava aver ridotto l'attività di questa proteina, permettendo ai mitocondri di rimanere integri e funzionare correttamente.

Lo studio ha anche scoperto un interruttore molecolare che controlla questo processo. All'interno delle cellule, ci sono minuscoli pezzi di materiale genetico chiamati microRNA che agiscono come manopole del volume, aumentando o diminuendo la produzione di altre proteine. I ricercatori hanno scoperto che nei topi malati e sedentari, il livello di un particolare microRNA, noto come miR-7, era molto basso. Questo microRNA normalmente agisce come un freno sulla proteina "forbice". Quando il freno viene rilasciato, la proteina taglia i mitocondri. Tuttavia, nei topi che facevano esercizio, il livello di questo microRNA era tornato su. Aumentando la quantità di questo microRNA, l'esercizio ha efficacementmente rimesso il freno sulle forbici, impedendo la distruzione dei mitocondri. Il ripristino di questo equilibrio ha permesso alle cellule di eliminare le loro parti danneggiate e mantenere il regolare funzionamento della produzione di energia.

I ricercatori hanno confermato questa catena di eventi testandola in un piatto da laboratorio utilizzando cellule nervose umane. Hanno esposto queste cellule a una tossina che imita la malattia di Parkinson, la quale ha causato la frammentazione dei mitocondri e l'indebolimento delle cellule. Quando hanno aggiunto nuovamente il microRNA in queste cellule danneggiate, i mitocondri hanno smesso di frammentarsi, le cellule hanno recuperato l'energia e sono sopravvissute meglio. Ciò ha confermato che il microRNA è una causa diretta della protezione, non solo un effetto collaterale. Lo studio suggerisce che l'atto fisico di correre innesca una cascata di eventi: aumenta i livelli di un microRNA protettivo, che a sua volta ferma una proteina dannosa dal distruggere i centri energetici della cellula. Questo processo aiuta le cellule cerebrali a sopravvivere e a continuare a comunicare tra loro, il che si traduce in un miglior movimento per l'animale.

Sebbene lo studio sia stato condotto su topi e cellule, i risultati offrono un quadro chiaro di come l'esercizio possa funzionare come terapia. I ricercatori non hanno affermato che l'esercizio sia una cura, ma hanno fornito una mappa dettagliata del meccanismo biologico che collega l'attività fisica alla salute cerebrale. Hanno dimostrato che il movimento non aiuta solo il corpo; esso invia un segnale chimico al cervello che ripara il vero e proprio macchinario delle cellule. Comprendendo questo percorso, gli scienziati possono vedere come un intervento semplice e non farmacologico come la corsa possa ritardare la progressione di una malattia devastante. Il lavoro evidenzia che il cervello è reattivo allo sforzo fisico, utilizzando il movimento stesso del corpo per innescare un sistema di auto-riparazione che mantiene vive e funzionanti le cellule nervose.