The role of Raptor in adult skeletal muscle

I muscoli scheletrici costituiscono il 40% di tutto l’organismo. Il tessuto muscolare è un tessuto molto plastico e dinamico che si adatta in relazione ai diversi stimoli. La massa muscolare è il risultato di un equilibrio tra sintesi e degradazione proteica: una maggior sintesi delle proteine muscolari porta infatti ad ipertrofia mentre una maggior degradazione associata ad una ridotta sintesi ha come conseguenza uno stato atrofico del muscolo. Una migliore conoscenza delle vie di segnale che regolano la crescita e la funzione muscolare diventano di particolare importanza terapeutica per prevenire la perdita di massa associata sia all’invecchiamento, che a diverse patologie, quali ad esempio distrofie e sclerosi. Una delle vie maggiormente implicate nella regolazione della crescita muscolare è la via Akt-mTOR. In condizioni anaboliche, mTOR è attivo e promuove la sintesi proteica attraverso la fosforilazione di S6K1 e 4EBP1. Inoltre, mTOR va anche a bloccare la degradazione proteica attraverso l’inibizione di una proteina che partecipa alla formazione dell’autofagosoma, Ulk1. mTOR esiste sotto forma di due complessi multiproteici: mTORC1, implicato nella crescita cellulare, e mTORC2, che regola la riorganizzazione del citoscheletro. Uno dei componenti principali di mTORC1 è la proteina Raptor, che è in grado di reclutare i substrati di mTORC1, quali ad esempio S6K1 e 4EBP1, promuovendone la fosforilazione (Hara et al., 2002) (Kim et al., 2002). Topi in cui Raptor è assente nel muscolo scheletrico dalla nascita sviluppano una severa miopatia, risultante in una morte prematura degli animali (Bentzinger et al., 2008). Tuttavia, il trattamento di topi adulti con rapamicina, che inibisce selettivamente mTORC1, non porta a patologie muscolari e, anzi, migliora la fisiologia del muscolo di topi anziani (Harrison et al., 2009). Considerando questi risultati contradditori, ci siamo chiesti quale sia il ruolo di Raptor nel muscolo adulto. Abbiamo, quindi, generato un modello murino in cui Raptor viene deleto nel muscolo scheletrico in maniera inducibile. Un mese di delezione di Raptor non ha effetti sulla morfologia o sulla funzionalità del muscolo. Considerando che in letteratura i topi knock-out per Raptor dalla nascita muoiono attorno ai 5-6 mesi, abbiamo deciso di monitorare il peso corporeo e la durata della vita per un periodo di tempo maggiore. Abbiamo notato che, durante questi mesi, il peso rimane invariato tra i topi controllo e i topi knock-out; abbiamo, quindi, deciso di sacrificare gli animali 7 mesi dopo l’inizio del trattamento per controllare l’istologia del muscolo. A questo punto, i muscoli dei topi Raptor ko mostrano segni miopatici, con fibre centronucleate, fibre atrofiche e ipertrofiche, strutture centrali e infiammazione. Inoltre, abbiamo notato che i muscoli knock-out presentano fibrillazioni spontanee e quindi attività elettrica a riposo, suggerendo la presenza di fibre denervate. La delezione di Raptor, inoltre, ha portato ad una severa depolarizzazione mitocondriale e ad una ridotta attività di alcuni complessi della catena respiratoria. Tutti questi effetti sono facilmente collegabili alla significativa debolezza muscolare osservata in questi topi. Dal momento che una più approfondita conoscenza dei mediatori maggiormente implicati nella crescita muscolare può essere di interesse terapeutico, abbiamo deciso di generare una nuova linea murina in cui Akt viene espresso e Raptor deleto solo nel muscolo scheletrico in maniera inducibile al fine di valutare quale sia il ruolo di Raptor nella crescita indotta dall’overespressione di Akt. Nei topi Akt-Raptor ko, l’ipertrofia delle fibre muscolari è solo parzialmente ridotta in confronto a quella osservata nei topi Akt. Incredibilmente, il trattamento con rapamicina significativamente diminuisce la crescita indotta da Akt, anche in assenza di Raptor. Inoltre, i topi Akt-Raptor ko mostrano una ridotta forza muscolare, suggerendo che l’ipertrofia dipendente da Akt in assenza di Raptor non è più funzionale. Quest’effetto non è normalizzato neanche dalla somministrazione di rapamicina, com’era stato visto nei topi Akt- S6K1 ko (Marabita et al., 2016).