Sarcoplasmic reticulum ca2+ dynamics in aging drosophila and correlation with sarcopenia

Resumen

El envejecimiento se define como la pérdida gradual de la función de los tejidos y órganos, que, con el tiempo, lleva finalmente a la muerte. A nivel molecular, implica cambios graduales que llevan a la pérdida de la homeostasis lo que predispone a las patologías asociadas al envejecimiento como, por ejemplo, la sarcopenia o la pérdida de masa y fuerza muscular. La sarcopenia no es un fenómeno exclusivo de humanos, sino que ocurre también en los invertebrados, entre ellos los nemátodos y la mosca de la fruta, Drosophila melanogaster. Los mecanismos moleculares responsables de la sarcopenia no se han elucidado completamente. Una de las teorías con evidencias más sólidas postula que existe una deficiencia en el acoplamiento excitación-contracción muscular debido a la pérdida de la homeostasis del Ca2+. El Ca2+ es la molécula señalizadora por excelencia y estas señales se producen en forma de picos o aumentos de la concentración de calcio citosólico ([Ca2+]C) que desencadenan una gran variedad de procesos fisiológicos, entre ellos la contracción muscular. La hipótesis principal de este trabajo es que la pérdida de la homeostasis del Ca2+ observada en la sarcopenia asociada al envejecimiento se debe a una alteración del contenido de Ca2+ del retículo sarcoplásmico (RS). Siguiendo esta línea de trabajo nos propusimos realizar medidas de la [Ca2+]RS in vivo en un modelo de Drosophila melanogaster. Para ello, generamos moscas transgénicas que expresan el sensor de Ca2+ de baja afinidad GAP3 dirigido al retículo sarcoplásmico (erGAP3), y desarrollamos un nuevo método para calibrar la señal fluorescente de erGAP3 en concentraciones de Ca2+ en el RS/RE. Con estas herramientas medimos la [Ca2+]RS basal in vivo, y encontramos una disminución progresiva a lo largo de la vida de las mosca. Los niveles basales de [Ca2+]RS alcanzaron valores de 600 µM en las moscas más jóvenes y disminuyeron hasta diez veces, a una concentración de 50 µM, en las moscas más viejas. Esta disminución de la [Ca2+]RS se correlacionaba fuertemente con la pérdida de función del músculo esquelético en el envejecimiento, monitorizada mediante el ensayo de escalada. Posteriormente, para explorar los mecanismos moleculares implicados en la disminución de [Ca2+]RS, estudiamos los niveles de expresión de las principales proteínas involucradas en el mantenimiento de los niveles basales de [Ca2+]RS. En el músculo de las moscas viejas, encontramos una disminución de un 35% en la expresión de la ATPasa de Ca2+ del retículo (SERCA), que, aunque significativo no puede explicar por sí solo la disminución de 10 veces en los niveles basales de [Ca2+]RS. Por otro lado, también encontramos un aumento leve, pero no significativo de la expresión de la chaperona BiP y del receptor de rianodina (RyR). Además, comprobamos si la reducción de la [Ca2+]RS basal en las moscas envejecidas también afectaba a la [Ca2+]C. Para ello, estudiamos la dinámica del Ca2+ citosólico durante la contracción muscular en moscas transgénicas que expresan el sensor GCaMP en el músculo. Estos resultados demostraron que el RS de las moscas viejas libera menos contenido de Ca2+ al citosol, en comparación con las moscas jóvenes, lo cual está en coherencia con los resultados obtenidos en el RS. Con el fin de investigar si la reducción de la [Ca2+]RS observada en el músculo envejecido ocurría también en otros tejidos, estudiamos la progresión de [Ca2+]RE en las neuronas del sistema nervioso central y en las neuronas sensoriales del ala, utilizando una línea de mosca transgénica que expresa el sensor erGAP3 en todo tipo de neuronas. El [Ca2+]RE de las neuronas cerebrales no varió significativamente con la edad, y se mantuvo estable durante toda la vida de la mosca. Acorde con estos resultados, los niveles de SERCA se mantienen estables en las neuronas cerebrales con el envejecimiento. Sin embargo, el comportamiento fue diferente en otro tipo de neuronas, como las neuronas sensoriales del ala, donde se apreció una disminución en la [Ca2+]RE, similar a lo descrito en el músculo esquelético.