¿Qué función tiene el catabolismo o degradación proteica en el músculo? Si solo sirve para destruir y mi objetivo es el contrario, ¿Qué objetivo tendrá?
En el blog de hoy, venimos a desvelar y explicar que funciones tiene el catabolismo o degradación proteica muscular. Veremos como incluso puede ayudar a tus ganancias de masa muscular.
Para empezar, tenemos que saber que las proteínas son los principales mediadores de la mayoría de los procesos celulares. Además de esto, también es el producto final de la mayoría de los genes.
Por otro lado, mantener la homeostasis proteica (llamada proteostasis) es clave para prevenir disfunciones celulares o propagación de diferentes estados de enfermedad. Para mantener esta proteostasis, se necesita de una síntesis (o creación) y un catabolismo (o destrucción) proteica constante, esta rotación de síntesis y catabolismo se llama turnover proteico.
A partir de ahora llamaremos al catabolismo «MPB», que significa “muscle protein breackdown” o en español, reducción o “rotura” de las proteínas musculares.
A la síntesis la llamaremos MPS que significa “muscle protein synthesis” o síntesis de proteína muscular. Dicho esto, sigamos:
Hasta la fecha, la MPB ha sido bastante demonizada, ya que sabemos que la destrucción excesiva puede conllevar a atrofia muscular y debilidad muscular.
Todos estos efectos negativos se extrapolan por que la activación de la proteólisis es una característica de ciertas patologías, como cáncer, sepsis, uremia…
El problema nos lleva al mismo factor de siempre, las personas, solemos pensar en buscar culpables siempre. No solemos investigar más allá, ignorando que nuestra fisiología está pensada para sobrevivir y adaptarse a cualquier situación SIEMPRE.
Por ejemplo, todos ignoran la importancia de que cualquier sistema necesita un turnover proteico. Por ejemplo, el músculo cuando recibe tensión mecánica, estrés y daño, necesita de un turnover proteico para la diferenciación de mioblastos, lo que requerirá una MPS y MPB.
Hace casi 50 años, Golberg et al, describió tres funciones fisiológicas a la degradación de proteínas intracelulares:
- Eliminar proteínas anormales.
- Adaptación a los cambios de ambiente
- Soportar momentos difíciles (como estrés, déficit energético…)
Estas 3 funciones podrían definirse como un control de calidad, una regulación y una proteostasis con el fin de mantener nuestra fisiología correctamente.
Para entender mejor qué es la degradación de proteínas, tenemos que saber que esta se da gracias a las proteasas. Estas proteasas son unas enzimas que aceleran el proceso de descomposición de proteínas e hidrolizan la proteína en enlaces peptídicos. Si estas proteasas no existiesen, los enlaces peptídicos se hidrolizarían de manera extremadamente lenta, con vidas medias de varios cientos de años.
Además, para mantener el proteoma (que es el conjunto de proteínas que forman células u órganos) también se necesita de un turnover proteico.
Ahora… ¿Qué proteasas tenemos, y como pueden afectar a la ganancia o pérdida muscular? Tenemos que saber que la degradación de proteínas es clave para la mayoría de funciones fisiológicas, pero no es la base de este artículo, así quieres aprender más sobre el catabolismo proteico, remitimos al lector a un reciente articulo de Erik McShane et al. donde se habla de todas las funciones intracelulares de la degradación proteica
Uno de los sistemas proteolíticos responsables de la mayoría de las degradaciones proteicas celulares es el sistema Ubiquitina-Proteasoma (UPP). Especialmente, el proteasoma 26 es la principal proteasa en la degradación proteica.
La miogenesis (es decir, el proceso de formación de las células del tejido muscular) es un proceso bastante complejo que requiere la expresión de varios factores miogénicos. A medida que avanza la diferenciación de mioblastos (los encargados de dividirse y fusionarse para crear nuevas fibras musculares), se necesita una MPS y MPB de las proteínas miogénicas apropiadas
Se ha visto en estudios como el hecho de disminuir la ubquitina-proteasoma, baja el proceso de fusión y diferenciación de los mioblastos, ya que al no haber una degradación por UPP, no se consiguió degradar MYO D (proteína miogénica clave).
Explicación
La participación de UPP en la diferenciación de células satélite comienza con su papel en la eliminación de Pax3 y Pax7, que mantienen las células satelitales en su nicho de células madre (gracias a desactivarla, estás células podrán diferenciarse).
Proteasoma 26S parece fundamental para la activación temprana de un factor miogénico clave, MyoD, a través de la eliminación de un inhibidor endógeno de MyoD, Id.
La continuación del programa miogénico se basa en la degradación dependiente de UPP de MyoD y su socio de unión E2A (E), así como de Myf5, miogenina y filamina B (Fil B) durante las etapas posteriores de la diferenciación.
Proteasoma e hipertrofia
Tenemos más estudios donde vemos que la inhibición muscular de una proteína de Proteasoma 26 (RPT3 o también llamada PSMC4) lleva a una menor hipertrofia muscular y fuerza en ratas, con más estudios que lo corroboran.
Esto nos puede llevar a pensar como el papel de la degradación muscular mediado por UPP durante el crecimiento y integración muscular, puede ser importante durante el ejercicio, ya que se ha demostrado que durante el ejercicio de resistencia tanto la MPS como MPB aumentan.
Tenemos que saber que la degradación proteica mediada por UPP, puede ayudarnos en el proceso de adaptación, quitando las proteínas dañadas y facilitando la restructuración de la fibra muscular.
Cómo UPP puede ayudarnos a ganar masa muscular.
Una vez hacemos ejercicio el daño proteico que es inducido por el ejercicio a través de la tensión mecánica, ROS y estrés, requiere un aumento de MPB. Para ello, tienen que activarse unas ligasas de ubiquitina específicas en el músculo, como son MuRF1 y atrogina-1, las cuales irán a las proteínas dañadas para su degradación por el proteasoma 26. Esta eliminación de las proteínas será clave para el crecimiento del músculo esquelético y la remodelación después del ejercicio.
Ahora viene un tema que a todos os sonará y habréis escuchado muchas veces, la famosa autofagia, atribuida normalmente a beneficios del ayuno intermitente, sin saber que el ejercicio físico también puede llegar a inducirla. Para ello, iniciaremos comentando que la autofagia es una de las principales vías de degradación proteica de casi todas las células de nuestro cuerpo. Su función es “secuestrar” proteínas disfuncionales en la membrana, y enviarla a los lisosomas, estos lisosomas degradarán todo el material y reciclará proteínas biodisponibles y esenciales. Los lisosomas son orgánulos citoplasmáticos, con enzimas hidrolíticas que les permitirán degradar varias macromoléculas, incluidas las proteínas. Como hemos comentado, la entrega de estos productos es lo que denominaremos como autofagia. Una vez se entreguen estos materiales, formarán unas vesículas de doble membrana (denominadas autofagosomas) que estarán alrededor de los sustratos, y estos se fusionarán a los lisosomas, para crear autolisosomas.
Por lo cual la autofagia es un proceso importante para mantener un musculo sano, la cual podrá ayudarnos en la adaptación muscular y reciclar el estrés celular que pueda ser subletal.
¿Cómo ayuda en la masa muscular? Principalmente, comentar que la autofagia se ha determinado, igual que la degradación proteica como un término negativo en cuanto a la masa muscular, ya que una autofagia excesiva puede llevar y agravar una pérdida y debilidad de masa muscular.
No obstante, no tenemos que ser tan simplistas, estudios recientes, han indicado que la autofagia basal es necesaria para mantener la masa muscular y prevenir la atrofia. Gran parte de esta evidencia deriva de ratones deficientes de autofagia. Aquí una de las limitaciones que tenemos es que sabemos que la autofagia se da de manera distinta en ratones y humanos, por ejemplo, mientras en los ratones vemos los efectos del ayuno sobre el cerebro en 24 horas, y en algunas partes como el hígado, en humanos podría tardar más (4).
Uno de los factores clave en el mantenimiento de la masa muscular es la capacidad regenerativa de las células satélite musculares. La evidencia ha puesto a la autofagia como uno de los factores clave en la regeneración muscular, ya que esta impide que las células satélite se queden en un estado senescente (es decir, que envejezcan). Se ha visto que la senescencia de las células satélite parecen ser el principal culpable que limita la regeneración muscular en el envejecimiento, lo cual podría mejorar y prevenir la sarcopenia. Además, también parece que la autofagia pueda ser clave para activar estas fibras musculares, proporcionando nutrientes.
Por otro lado, se ha visto como la tensión mecánica y la producción de ROS durante el ejercicio, aumenta la eliminación autofágica de componentes celulares dañados.
Ahora, como todos conocemos, la autofagia también puede activarse por el estrés nutricional, es decir, cuando estamos sin ingerir alimentos. Esta privación de nutrientes es uno de los activadores más potentes de la autofagia, y aunque esto normalmente puede promover el desperdicio muscular, en momentos de déficit energético puede ser necesario para suministrar al cuerpo y musculo sustratos para seguir funcionando. En estudios en ratones, que como hemos comentado, todo va más rápido, se ha visto como la degradación proteica durante la autofagia, afecta más a las fibras rápidas que a las fibras lentas. Esto puede explicar cómo cuando perdemos masa muscular, las fibras rápidas son las primeras en atrofiarse, en comparación con las lentas.
Acabando con la autofagia, sabemos que mTORC1 es el principal activador que lleva al crecimiento celular, induciendo un aumento en MPS. Los AA leucina y arginina, son muy importantes a la hora de activar mTORC1. Se ha demostrado como niveles bajos de AA pueden apagar o disminuir mTORC1, deteniendo la síntesis proteica y activando la autofagia hasta añadir nuevos aminoácidos, que, una vez ingeridos, aumentarán nuevamente mTORC1, activando la síntesis proteica muscular, y disminuyendo ULK1, que es clave a la hora de activar la autofagia. Por tanto, podemos decir que la autofagia va a estar ayudándonos a “reciclar” todas esas proteínas disfuncionales mientras no estamos sintetizando.
Por último y para acabar el blog, tenemos las caspasas, unas enzimas proteolíticas que tienen un papel en el inicio de la apoptosis.
¿Cómo pueden ayudarnos a ganar masa muscular? Básicamente, una de sus proteínas (caspasa 3), inhibe PAX 7, que como hemos comentado en la Fig 1, mantienen las células satelitales en su nicho de células madre y, gracias a desactivarla, estás células podrán diferenciarse.
Conclusiones
- La proteostasis es clave para prevenir la disfunción celular y la propagación de estados de enfermedad, y esta requiere de una síntesis y una degradación.
- La proteólisis es una parte esencial de la producción de nuevas fibras musculares esqueléticas y de la adaptación de las fibras musculares al estrés celular.
- La MPB es clave para la regulación de la diferenciación miogénica
- Durante la privación de nutrientes, el organismo depende de la proteólisis muscular esquelético para mantener la homeostasis energética de todo el cuerpo.
- Se necesita de una degradación después de un daño para reciclar proteínas disfuncionales y luego sintetizar de nuevas.
