Che cos'è l'mTOR?

mTOR è l'acronimo di Mammalian Target of Rapamycin.

Si tratta di una molecola fondamentale che regola la crescita delle cellule in risposta a vari stimoli, tra cui: la disponibilità di nutrienti, le variazioni dell'equilibrio energetico, gli ormoni, le variazioni del flusso sanguigno e dell'apporto di ossigeno, nonché il carico meccanico sui muscoli (ad esempio nell'ambito dell'allenamento di resistenza).

L'mTOR regola la crescita e la produzione (o «sintesi») delle proteine in vari tipi di cellule, comprese quelle muscolari (fibre muscolari). L'ingrossamento delle fibre muscolari (ipertrofia) dipende dalla segnalazione dell'mTOR. Svolge quindi un ruolo importante nell'aumento della massa muscolare a seguito dell'esercizio fisico.

L'mTOR regola anche un processo chiamato autofagia, ovvero la degradazione e il riciclaggio dei componenti cellulari vecchi, difettosi e danneggiati. Questo processo contribuisce al ringiovanimento delle cellule e influisce sulla velocità con cui le nostre cellule invecchiano. L'mTOR svolge quindi un ruolo fondamentale nel processo di invecchiamento.  

PUNTI CHIAVE

• L'mTOR è una molecola importante che regola la sintesi proteica, la crescita cellulare e l'invecchiamento.
• L'attività dell'mTOR influenza l'aumento della massa muscolare dopo l'esercizio fisico.

Che cos'è l'ipertrofia?

Se ti sei mai allenato con costanza per un certo periodo, avrai forse notato che i tuoi muscoli sono diventati gradualmente più voluminosi. Ciò è dovuto a un processo chiamato ipertrofia.

Il termine "ipertrofia" indica generalmente un aumento delle dimensioni di un organo dovuto all'ingrossamento delle cellule che lo compongono. * Quando si parla di muscoli scheletrici, l'ipertrofia si riferisce a un aumento del volume o della massa muscolare derivante da un aumento dell'area della sezione trasversale delle singole fibre muscolari.

L'ipertrofia muscolare è una risposta adattativa a ciò che chiamiamo sovraccarico progressivo, ovvero un aumento graduale dello sforzo a cui è sottoposto il sistema muscolo-scheletrico. Nell'ambito dell'allenamento della forza, il sovraccarico progressivo potrebbe, ad esempio, consistere nell'aumentare gradualmente il peso massimo sollevato nel corso di sessioni di allenamento consecutive.

*Nota: ciò è in contrasto con l'iperplasia, che indica un aumento del numero delle cellule che compongono il tessuto.

PUNTI CHIAVE

• L'ipertrofia è l'ingrossamento dei muscoli dovuto all'aumento delle dimensioni delle singole fibre muscolari.

In che modo i muscoli aumentano di volume?

Anatomia muscolare di base

Prima di descrivere l'ipertrofia in modo più dettagliato, vale la pena fare un breve ripasso dell'anatomia di base dei nostri muscoli scheletrici. I nostri muscoli scheletrici (ad esempio i bicipiti) sono costituiti da molti tipi diversi di tessuto (insiemi di cellule), tra cui: vasi sanguigni, nervi, tessuto connettivo e fibre muscolari. Sono proprio le nostre fibre muscolari ad essere, in ultima analisi, responsabili della contrazione muscolare.

Le fibre muscolari sono fondamentalmente cellule muscolari lunghe e cilindriche. All'interno di un muscolo (ad esempio il bicipite), i gruppi di fibre muscolari sono organizzati in fasci chiamati fascicoli.

Le fibre muscolari sono costituite da fasci di strutture filiformi più piccole chiamate miofibrille. Le miofibrille sono le parti delle fibre muscolari che si contraggono. Sono composte da filamenti spessi e sottili, costituiti, rispettivamente, dalle proteine contrattili miosina e actina. Quando i nostri muscoli si contraggono, i filamenti sottili di actina scivolano sui filamenti spessi di miosina, generando una forza.

Le miofibrille sono circondate da una matrice simile al citoplasma cellulare, chiamata sarcoplasma. Il sarcoplasma contiene vari fluidi, riserve di glicogeno, proteine non contrattili e organelli (ad esempio i mitocondri che abbiamo visto nel tratto dedicato alla biogenesi mitocondriale).

Infine, ogni singola fibra muscolare, che contiene sia miofibrille che sarcoplasma, è racchiusa da una membrana chiamata sarcolemma.

PUNTI CHIAVE

• Le fibre muscolari sono costituite da miofibrille, che si contraggono, e da sarcoplasma, che non si contrae.

Tipi di ipertrofia

Come spiegato in precedenza, l'ipertrofia di un intero muscolo (ad esempio il bicipite) deriva dall'aumento dell'area della sezione trasversale delle sue singole fibre muscolari.

Le fibre muscolari possono aumentare la propria sezione trasversale in due modi principali:

1) Ipertrofia miofibrillare: aumento del numero e delle dimensioni delle miofibrille.

Le miofibrille sono le strutture filiformi presenti all'interno delle fibre muscolari responsabili della contrazione muscolare. Sono costituite da unità contrattili (chiamate sarcomeri) composte da proteine contrattili fondamentali: l'actina e la miosina. L'aumento della produzione o "sintesi" di queste proteine contrattili porta alla formazione di nuove miofibrille e ne determina l'ingrossamento.

Man mano che le miofibrille diventano più grandi e numerose, sono in grado di generare una forza maggiore durante la contrazione. Di conseguenza, l'ipertrofia miofibrillare contribuisce all'aumento della forza che si ottiene con l'allenamento di resistenza.

2) Ipertrofia sarcoplasmatica: aumento del volume di liquido, proteine non contrattili e altre molecole presenti nel sarcoplasma.

L'aumento della produzione di proteine non contrattili provoca l'espansione del sarcoplasma e l'aumento del diametro delle fibre muscolari. Poiché il sarcoplasma non è attivamente coinvolto nella contrazione muscolare, non si ritiene che l'ipertrofia sarcoplasmatica di per sé contribuisca all'aumento della forza.

PUNTI CHIAVE

• L'ipertrofia si verifica a causa dell'aumento delle dimensioni e del numero delle miofibrille e del volume del sarcoplasma.
• L'aumento del numero di miofibrille deriva da una maggiore produzione di proteine contrattili. Ciò porta a un aumento della forza.
• L'ingrossamento del sarcoplasma è dovuto all'aumento della produzione di proteine non contrattili. Ciò non comporta un aumento della forza.

Quali sono le cause dell'ipertrofia?

Se in qualche fase della tua vita ti sei allenato regolarmente in palestra, è probabile che tu abbia aumentato la massa muscolare e la forza. Ma ti è mai capitato di non allenare un determinato gruppo muscolare per un certo periodo? Magari perché sei stato malato, ti sei infortunato o sei stato costretto a stare a letto? In questo caso, molto probabilmente avrai perso massa muscolare e forza. Ma perché succede?

Anziché essere organi statici e passivi, i muscoli si adattano continuamente alle sollecitazioni ambientali e alle sollecitazioni a cui sono sottoposti. Per farlo, i muscoli bilanciano costantemente due processi concomitanti:

• Sintesi proteica muscolare (MPS) – il processo attraverso il quale gli aminoacidi (i mattoni delle proteine) vengono assemblati per formare nuove proteine.

• Degradazione delle proteine muscolari (MPB) – la scomposizione o il deterioramento delle proteine muscolari in aminoacidi.

L'aumento o meno della massa muscolare dipende dal bilancio complessivo o netto di questi due processi. Questo concetto viene definito«bilancio proteico muscolare netto»o«ricambio proteico muscolare netto»e si calcola semplicemente come segue:

Bilancio proteico muscolare netto = velocità di sintesi proteica muscolare (MPS) – velocità di degradazione proteica muscolare (MPB)

PUNTI CHIAVE

• I tuoi muscoli producono e degradano continuamente proteine.
• L'equilibrio tra questi processi influisce sull'aumento della massa muscolare e sull'ipertrofia.

L'ipertrofia richiede un bilancio proteico muscolare netto positivo

Tasso di sintesi proteica muscolare (MPS) > tasso di degradazione proteica muscolare (MPB) --> Ipertrofia

Quando la velocità con cui si sintetizzano nuove proteine (cioè la sintesi proteica muscolare) è superiore alla velocità con cui si degradano le proteine (cioè la degradazione proteica muscolare), si ottiene un bilancio proteico muscolare netto positivo. Ciò corrisponde alle aree "fed gains" del grafico sopra riportato. Si può anche dire che i muscoli si trovano in uno stato anabolico.

Trovarsi in questo stato significa che, nel complesso, le fibre muscolari produrranno più proteine e, di conseguenza, aumenteranno di volume. Ciò porta all'ipertrofia muscolare.  

Se questa maggiore produzione proteica riguarda anche le proteine contrattili presenti nelle miofibrille (un processo noto come sintesi proteica miofibrillare), allora aumenterai anche la tua forza.

Rate of muscle protein synthesis (MPS) < rate of muscle protein breakdown (MPB) --> atrophy

Se le cellule muscolari degradano le proteine a un ritmo superiore rispetto a quello con cui ne sintetizzano di nuove, si avrà un bilancio proteico netto negativo. Ciò corrisponde alle aree del grafico sopra riportate indicate come "perdite a digiuno". Questo stato può anche essere definito catabolico.

In questo caso, si verifica una perdita di massa muscolare e le singole fibre muscolari si riducono di dimensioni. Questo fenomeno è noto come atrofia muscolare.

Se si verifica una rottura netta delle proteine contrattili all'interno delle miofibrille, si perderà anche forza.

PUNTI CHIAVE

• L'ipertrofia si verifica quando i muscoli producono nuove proteine a un ritmo superiore rispetto a quello con cui le degradano.

Perché la sintesi proteica muscolare è importante?

Gli studi indicano che, nei soggetti sani, le variazioni nella sintesi proteica muscolare (MPS) sono molto più marcate rispetto a quelle nella degradazione proteica muscolare (MPB).

Questo andamento è visibile nel grafico precedente.

La sintesi proteica muscolare ha quindi un effetto notevolmente più significativo sull'aumento della massa muscolare rispetto alla degradazione delle proteine muscolari.

PUNTI CHIAVE

• Le variazioni nella produzione di nuove proteine hanno un effetto maggiore sull'aumento della massa muscolare rispetto alle variazioni nella degradazione delle proteine.

In che modo l'mTOR aumenta la sintesi proteica muscolare?

L'mTOR è una molecola fondamentale che regola la sintesi proteica nelle fibre muscolari e in altre cellule.

Funge da sensore sia dell'ambiente interno che di quello esterno della cellula e «decide» se le condizioni sono favorevoli per avviare la produzione di proteine.

Integrando vari segnali cellulari, mTOR monitora diverse condizioni quali: disponibilità di aminoacidi, carico meccanico, livelli di glucosio, stato energetico complessivo, infiammazione, fattori di crescita e livelli circolanti di ormoni. Quando queste condizioni sono ottimali (ad esempio, quando vi è un'abbondanza di aminoacidi disponibili), mTOR attiva varie vie biochimiche che portano alla produzione di proteine.

Ad esempio, l'mTOR stimola alcune strutture cellulari (o «organelli») chiamate ribosomi. I ribosomi agiscono unendo i singoli aminoacidi per formare lunghe catene proteiche. L'mTOR favorisce inoltre la formazione di nuovi ribosomi, consentendo alle cellule di produrre più proteine.

mTORC1

L'mTOR non agisce in modo isolato. Al contrario, si lega ad altre molecole per formare dei «complessi multiproteici». Le altre molecole presenti in questi complessi contribuiscono a regolare l'attività dell'mTOR e rispondono anche a vari segnali cellulari.

Esistono due complessi distinti di cui mTOR è una componente fondamentale:

• mTORC1 ( complesso mTOR 1)
• mTORC2(complesso mTOR 2)

Tra i due, l'mTORC1 è quello più studiato e meglio compreso. Quando l'mTOR viene attivato, il complesso mTORC1, di dimensioni maggiori, agisce su varie vie di segnalazione per stimolare la produzione di proteine.

L'mTORC1 stimola inoltre la produzione di grassi e colesterolo, oltre che di nuovi componenti mitocondriali (per ulteriori dettagli, consultare il blog sulla biogenesi mitocondriale).

PUNTI CHIAVE

• L'mTOR funge da sensore delle diverse condizioni cellulari e avvia la produzione di proteine quando le condizioni sono favorevoli (ad esempio, quando l'apporto di nutrienti è adeguato).
• L'mTOR opera all'interno di due gruppi o complessi molecolari più ampi: l'mTORC1 e l'mTORC2
• L'mTORC1 stimola la sintesi di proteine, grassi e componenti mitocondriali.

Cosa attiva mTOR / mTORC1?

Come spiegato in precedenza, l'mTOR (o il complesso mTORC1) funge da sensore degli ambienti interni ed esterni della cellula. È in grado di attivare la produzione di proteine e la crescita cellulare in risposta a vari stimoli.

Carico meccanico

Sottoporre i muscoli a un carico meccanico (ad esempio sollevando pesi) innesca diverse cascate di segnali biochimici nelle cellule muscolari che portano alla sintesi proteica muscolare. In uno di questi percorsi, alcuni studi dimostrano che l'allungamento meccanico del muscolo scheletrico porta alla produzione di una molecola chiamata acido fosfatidico (PA). Il PA attiva quindi il complesso mTORC1, determinando un aumento della sintesi proteica.

Aminoacidi

Gli aminoacidi sono i mattoni delle proteine. Quando una cellula dispone di un adeguato apporto di aminoacidi, è in grado di aumentare la propria produzione di proteine.

Il complesso mTORC1 è sensibile ai livelli di aminoacidi all'interno delle cellule, in particolare alla leucina, un aminoacido essenziale. Quando i livelli aumentano, l'mTORC1 avvia la produzione di proteine.

Se vuoi aumentare la massa muscolare, è quindi importante assumere una quantità sufficiente di proteine, soprattutto dopo l'allenamento. In questo modo fornirai alle tue cellule muscolari un buon apporto di aminoacidi per la sintesi proteica muscolare.

Fattori di crescita e ormoni

I fattori di crescita sono proteine di segnalazione speciali che stimolano la crescita delle cellule. Alcuni fattori di crescita, come l'insulina, possono anche essere classificati come ormoni, ovvero messaggi chimici trasportati dal flusso sanguigno.

Sia l'insulina che una molecola strettamente correlata, denominata fattore di crescita insulino-simile 1 (IGF-1), sono in grado di attivare mTORC1 e favorire la sintesi proteica. Questo meccanismo consente alle cellule di produrre proteine e crescere dopo i pasti, quando i livelli di insulina aumentano in risposta all'innalzamento dei livelli di zucchero nel sangue.

Quando l'insulina e l'IGF-1 si legano ai rispettivi recettori, innescano una cascata di segnali nota come via PI3K/AKT/mTOR. Questa via, in ultima analisi, attiva l'mTORC1 e avvia la produzione di proteine.

Anche un altro ormone, il testosterone, può interagire con questa via metabolica per favorire la sintesi proteica. Per questo motivo, è importante mantenere livelli sani di testosterone per ottimizzare la sintesi proteica muscolare e garantire lo sviluppo dei muscoli.

PUNTI CHIAVE

• Il carico meccanico sui muscoli, gli alti livelli di aminoacidi e i fattori di crescita come l'insulina attivano tutti l'mTOR e stimolano la sintesi proteica.

Che cos'è l'autofagia?

Oltre a stimolare la sintesi proteica, l'mTOR inibisce anche la degradazione delle proteine. Più precisamente, l'mTOR inibisce un processo chiamato autofagia, ovvero la degradazione dei componenti cellulari e delle proteine vecchi e danneggiati.

Durante l'autofagia, i componenti cellulari danneggiati e le proteine vengono raccolti e isolati in compartimenti specializzati chiamati autofagosomi. Questi compartimenti si fondono poi con altri compartimenti, chiamati lisosomi. I lisosomi contengono enzimi che scompongono e degradano i componenti cellulari in molecole più piccole, come gli aminoacidi e gli acidi grassi. Queste molecole possono quindi essere riciclate e utilizzate per costruire nuovi componenti cellulari e proteine.

L'autofagia è un processo benefico per due ragioni principali.

In primo luogo, nei periodi in cui la disponibilità di sostanze nutritive è limitata (ad esempio durante il digiuno), la degradazione dei componenti cellulari obsoleti fornisce un nuovo apporto di sostanze nutritive (ad esempio aminoacidi). Queste possono quindi essere utilizzate per produrre nuovi materiali cellulari e alimentare i processi fondamentali per la sopravvivenza.

In secondo luogo, l'eliminazione dei componenti cellulari e delle proteine vecchi e danneggiati consente alle cellule di riciclare e ricostruire nuovi componenti, permettendo loro di funzionare in modo più efficiente.

PUNTI CHIAVE

• L'autofagia è il processo attraverso il quale i componenti cellulari vecchi e danneggiati vengono scomposti e riciclati.
• L'autofagia aumenta l'apporto di sostanze nutritive nei periodi di carenza (ad esempio durante il digiuno) e rigenera i componenti cellulari.
• L'mTOR inibisce il processo di autofagia.

In che modo l'mTOR influisce sull'invecchiamento?

L'autofagia contribuisce al ringiovanimento delle cellule eliminando i componenti cellulari e le proteine vecchi e danneggiati. Tuttavia, un'interruzione del processo di autofagia favorisce l'accumulo delle proteine danneggiate. L'accumulo di queste molecole danneggiate compromette gradualmente la funzione cellulare, riducendone la durata di vita e portando all'invecchiamento.

Inibendo l'autofagia, mTOR potrebbe favorire l'accumulo di componenti cellulari danneggiati e contribuire al processo di invecchiamento. Un'elevata attività di mTOR potrebbe quindi essere collegata a un accelerato invecchiamento.

A questo proposito, esperimenti di laboratorio dimostrano che l'inibizione artificiale dell'attività di mTOR può aumentare la durata della vita di vari animali non umani, tra cui moscerini della frutta, nematodi e topi.

PUNTI CHIAVE

• L'mTOR inibisce l'autofagia, causando l'accumulo di proteine danneggiate e altre molecole.
• L'accumulo di proteine danneggiate compromette la funzione cellulare ed è associato all'invecchiamento.
• Un'attività eccessivamente elevata dell'mTOR potrebbe favorire l'invecchiamento.

Genetica e stile di vita

La tua ultima caratteristica analizza le varianti dei geni che influenzano l'attività delle varie vie di segnalazione mTOR/mTORC1.

A questo proposito, uno dei geni principali che prendiamo in considerazione è il gene MTOR, che codifica la proteina mTOR.

Le varianti di questo gene possono influenzare la quantità e l'attività della proteina mTOR prodotta dall'organismo e, di conseguenza, incidere sulla capacità delle cellule di sintetizzare nuove proteine. Ciò, a sua volta, può influire sull'efficacia dell'aumento della massa muscolare.

Poiché l'mTOR stimola anche l'accumulo di grasso e l'invecchiamento, anche questi processi saranno influenzati dalle varianti del gene mTOR.

Fattori legati allo stile di vita

Come abbiamo visto in precedenza, diversi fattori ambientali o legati allo stile di vita (ad esempio, l'assunzione di proteine o il sollevamento pesi) possono modificare l'attività dell'mTOR.

Sebbene l'aumento dell'attività dell'mTOR possa essere utile per l'aumento della massa muscolare, tali benefici devono essere valutati alla luce del maggiore rischio di accumulo di grasso e di invecchiamento.

Assicurati di consultare la sezione "Azioni" del tuo tratto "Sintesi proteica e ipertrofia" per ricevere consigli personalizzati su alimentazione, esercizio fisico e integratori.

PUNTI CHIAVE

• FitnessGenes analizza le varianti del tuo gene MTOR.
• Le varianti del gene mTOR influenzano l'attività e la quantità della proteina mTOR.
• Le varianti del gene MTOR possono influire sull'aumento della massa muscolare, sull'accumulo di grasso e sull'invecchiamento.

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