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MOTS-C: cosa è, cosa sono i mitocondri, quale ruolo svolge, meccanismo d’azione, confronto con la metformina, studi clinici, benefici, effetti collaterali, bibliografia

MOTS-C: cosa è

MOTS-C è un peptide di 16 aminoacidi, di segnalazione mitocondriale,  che da innumerevoli studi  sembra  essere coinvolto nel processo di invecchiamento.

Riepilogo dei fattori di stress metabolici che modulano l’espressione del peptide di derivazione mitocondriale e gli effetti del trattamento in vivo sui roditori
(Courtesy of https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7750512/)

Cosa sono i mitocondri

I mitocondri sono i principali organelli metabolici che svolgono un ruolo chiave nella segnalazione e nella produzione di energia con forti implicazioni nell’invecchiamento. I mitocondri possono essere considerati come  il centro del metabolismo energetico nel corpo. Coordinano  ampie funzioni fisiologiche,  in parte, utilizzando peptidi codificati all’interno del loro genoma indipendente.  Tuttavia, i fattori codificati dai mitocondri che regolano attivamente l’invecchiamento sono sconosciuti.

Sono molto importanti per comprendere il processo di invecchiamento a livello cellulare in quanto rappresentano il principale bersaglio del danno ossidativo.

Mitocondrio e DNA mitocondriale  mtDNA

La disfunzione mitocondriale è infatti un segno distintivo dell’invecchiamento, che è in parte causato dall’accumulo di danni al mtDNA (DNA mitocondriale) che avviene con l’avanzare dell’età

È possibile che si verifichino diversi tipi di danni ossidativi, di cui solo una serie limitata è  specificamente individuata nel DNA mitocondriale (mtDNA) (7), mentre si sospetta che la maggior parte di questo tipo di danni si verifichi all’interno dei mitocondri a causa dello stress ossidativo a cui è sottoposta la matrice. È noto da parecchi anni, che il mtDNA subisce 3-10 volte più danni del DNA nucleare a seguito di stress ossidativo (8). I danni endogeni ed ambientali influiscono quindi sul metabolismo del DNA mitocondriale che, avendo delle limitatissime capacità di autoriparazione, è maggiormente soggetto a mutazioni.

Quale funzione svolge MOTS-C

MOTS-c regola le funzioni metaboliche in tutto il corpo, inclusa:

  • la sensibilità all’insulina
  • l’equilibrio metabolico.

Legame biologico putativo  tra MOTS-c e l’eccezionale longevità attraverso il polimorfismo del mtDNA (Courtesy of https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26289118/)

Il trattamento con MOTS-c nei roditori ha prevenuto la resistenza all’insulina indotta dall’età e dall’alimentazione ricca di grassi, nonché l’obesità indotta dalla dieta. (4)

E lo stesso ha fatto nell’uomo, anche se in questo caso gli studi sono in fase preliminare.

Studi preliminari mostrano infatti che l’utilizzo di questa sostanza consente di mantenere sotto controllo i livelli di zucchero nel sangue e quindi potrebbe essere molto utile per il controllo:

  • del diabete di tipo 2,
  • dell’obesità.

MOTS-c svolge un ruolo importante anche:

  • nell’osteoporosi. Questo peptide, promuovendo la differenziazione delle cellule staminali mesenchimali del midollo osseo (BSMC), consente la formazione di osteoblasti ossia cellule specializzate nella produzione di tessuto osseo,
  • nella sarcopenia,
  • nel migliorare e mantenere l’equilibrio metabolico che si deteriora con l’invecchiamento.

Effetti di MOSTS-C sulla sarcopenia (Courtesy of https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33554779/)

Poiché infatti  l’invecchiamento è associato al peggioramento della funzione mitocondriale in concomitanza con lo sviluppo di malattie legate all’invecchiamento come il diabete e la sindrome metabolica, e poiché i livelli di MOTS-c diminuiscono con l’età, si può ipotizzare  che il declino di questo peptide come di altri (umanina) concorrano al deterioramento metabolico legato all’età. (12)

I profondi effetti sistemici della somministrazione di MOTS-c come iniezione giornaliera nei topi anziani suggeriscono che i derivati ​​di questa molecola potrebbero essere utili per migliorare il metabolismo anormale associato all’invecchiamento negli esseri umani.

Qual è il meccanismo d’azione di MOTS-C

La ricerca scientifica indica che  il muscolo scheletrico è il principale tessuto bersaglio di MOTS-C. Il muscolo scheletrico con Mots C migliora la sensibilità all’insulina e aumenta l’assorbimento di glucosio nelle cellule muscolari attivando l’AMPK e allo stesso tempo senza aumentare l’insulina.

L’AMPK (AMP-activated protein chinasi)  identificato nel 1999 come il regolatore centrale del metabolismo sia del glucosio che dei grassi. In particolare le AMPK si attivano quando c’è una forte richiesta energetica (ad esempio durante un digiuno prolungato o un’attività fisica intensa) e serve ad inibire i processi anabolici, innescando una serie di risposte mirate a produrre ATP in modo da ripristinarne i livelli energetici e quindi l’equilibrio. In sostanza, tutto il glucosio e gli acidi grassi disponibili non vengono stoccati, sottoforma di glicogeno e trigliceridi, ma vengono utilizzati per permettere ai mitocondri di produrre nuovo ATP per ribilanciare il rapporto AMP/ATP e riportare in “stato di quiete” le cellule.

In vivo, l’attivazione farmacologica di AMPK con AICAR (5-aminoimidazolo-4-carbossammide 1-beta-D-ribofuranoside), indotta da Mots C, imita l’esercizio e innesca l’assorbimento di glucosio indipendente dall’insulina da parte del muscolo scheletrico.

MOTS-c può essere considerato come un nuovo segnale endocrino chiave che ha origine dai mitocondri e regola sistematicamente il metabolismo del glucosio in vivo e l’azione dell’insulina muscolare.

Meccanismo d’azione di Mots c. Questo peptide prende di mira il muscolo scheletrico e agisce sul ciclo dei folati (un pool di carbonio) e inibisce  il percorso di biosintesi delle purine de novo. Ciò attiva  il regolatore metabolico AMPK, mediando così parzialmente gli effetti metabolici di MOTS-c. (Courtesy of  

Potremmo considerare MOTS-c come una sostanza che:

  • invia un  segnale endocrino chiave che ha origine dai mitocondri e regola sistematicamente il metabolismo del glucosio in vivo e l’azione dell’insulina muscolare,
  • mima l’esercizio fisico aumentando l’assorbimento di glucosio muscolare senza stimolare l’insulina.

In un studio appena pubblicato su Front Endocrinol (Lausanne) a Marzo  2022 si è osservato che MOTS-c ha effetti simili all’esercizio fisico. La sua somministrazione ha comportato nei roditori: 

  • un miglioramento della resistenza all’insulina,
  • una riduzione dell’iperglicemia,
  • un minor accumulo di lipidi.

Effetto di MOTS-C su i livelli di insulina indipendentemente dalla dieta  (Courtesy of https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25738459/)

I ricercatori hanno studiato quali potessero essere gli effetti, a livello cardiaco, di MOTS-c e dell’esercizio aerobico  nei roditori  con diabete di tipo 2   indotto da una dieta ricca di grassi e zuccheri combinata con un’iniezione di una bassa dose di streptozotocina (chemioterapico)

Lo studio si è concluso sottolineando che l’esercizio aerobico abbinato al trattamento con  MOTS-c ha ridotto le anomalie nella struttura e nella funzione cardiaca.

L’analisi  ha rivelato che MOTS-c ha effetti simili all’esercizio fisico  su

  • infiammazione,
  • apoptosi miocardica,
  • angiogenesi,
  • proliferazione e migrazione delle cellule endoteliali.

Inoltre, i risultati suggeriscono che MOTS-C  imita la cardio-protezione indotta dall’esercizio fisico. 

MOTS-C e metformina

MOTS-c condivide anche alcune somiglianze fisiologiche con la metformina, farmaco per il controllo della glicemia nei diabetici,  in termini di regolazione:

  • dell’utilizzo del glucosio,
  • del metabolismo mitocondriale e degli acidi grassi,
  • del peso corporeo.

Una differenza chiave tra le azioni di metformina e MOTS-c è che il peptide sembra colpire direttamente il muscolo scheletrico come sito chiave della sua attività, mentre si pensa che la metformina agisca principalmente sul fegato.

Gli studi clinici sull’uomo e sui roditori

Molto gli studi che indicano come Mots c svolga un ruolo chiave come molecola antiaging.

In uno studio recente  gli autori hanno dimostrato che  MOTS-c con codifica mitocondriale può migliorare significativamente

  • le prestazioni fisiche nei topi giovani, di mezza età  ed anziani. MOTS-c può regolare
  • la genetica, correlata al metabolismo e all’equilibrio delle proteine,
  • il metabolismo del muscolo scheletrico
  • l’adattamento dei mioblasti (cellule muscolari) allo stress metabolico.

Lo studio fornisce  prove che il trattamento MOTS-c intermittente (3 volte a settimana) iniziato anche in tarda età  può nei roditori:

  • aumentare la capacità e la resistenza fisica,
  • migliorare la salute in generale.

Nello stesso studio si è valutato che nell’uomo, l’esercizio fisico comporta un aumento di MOTS-c:

  • nel muscolo scheletrico,
  • nella circolazione.

Programma di esercizio su una bicicletta per un gruppo di 10 maschi giovani. Dopo l’allenamento i volontari sono stati sottoposti ad un prelievo del sangue e all’analisi dei muscoli scheletrici (Courtesy of https://www.nature.com/articles/s41467-020-20790-0#Fig1)

Questo potrebbe significare attraverso la somministrazione di  MOTS-C si potrebbe  migliorare lo stato di salute  cardiovascolare e la salute muscolare nell’uomo in assenza di esercizio fisico.

In uno studio  pubblicato sul Journal of Molecular Medicine è stato dimostrato un nuovo importante ruolo del MOTS-c come ormone in grado di prevenire gli effetti metabolici negativi associati alla menopausa in  ratti  ovariectomizzati. I ricercatori hanno scoperto che il trattamento con MOTS-c ha ridotto l’aumento

  • di peso e l’insulino-resistenza associata alla menopausa indotta,
  • dei marcatori infiammatori  nel tessuto adiposo. Questo effetto antinfiammatorio può essere una chiave negli effetti di promozione della salute di MOTS-c.

È noto che le donne in postmenopausa mostrano alterazioni fisiologiche tra cui

  • aumento di peso,
  • cambiamenti nella distribuzione del tessuto adiposo,
  • peggioramento della sensibilità all’insulina .

Cambiamenti che  predispongono le donne a sviluppare il diabete di tipo 2.

Inoltre, livelli ridotti di estrogeni sono associati a steatoepatite non alcolica, osteoporosi e malattie cardiovascolari.

Queste anomalie metaboliche e problemi di salute associati alla menopausa possono essere alleviati dall’esercizio fisico che è spesso insufficiente  nelle società occidentali prevalentemente sedentarie. Ecco che lo sviluppo di sostanze che mimano l’esercizio come Mots C può offrire  una strategia terapeutica promettente per le malattie croniche.

Effetti di MOTS-C (Courtesy of  https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30788534/)

Quali sono i benefici di MOTS-C

Abbiamo osservato che i mitocondri sono organelli  cellulari deputati  alla produzione di ATP (energia) e all’ossidazione degli acidi grassi.

Il peptide di derivazione mitocondriale MOTS-c

  • promuove l’equilibrio metabolico e previene gli effetti metabolici negativi associati alla menopausa.,
  • aiuta a perdere peso e quindi a combattere l’obesità 
  • migliora la resistenza all’insulina,
  • aiuta a combattere e prevenire le malattie cardiovascolari
  • previene l’osteoporosi e l’osteopenia
  • aiuta costruire massa muscolare. 

Benefici di MOTS-C (Courtesy of  https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30788534/)

Quali sono gli effetti collaterali con MOTS-C

Negli studi sui roditori non sono stati individuati effetti collaterali legati a questa sostanza.

BIBLIOGRAFIA

  1. Mitochondria related peptide MOTS-c suppresses ovariectomy-induced bone loss via AMPK activation.Ming W, Lu G, Xin S, Huanyu L, Yinghao J, Xiaoying L, Chengming X, Banjun R, Li W, Zifan L.Biochem Biophys Res Commun. 2016 Aug
  2. MOTS-c peptide regulates adipose homeostasis to prevent ovariectomy-induced metabolic dysfunction.Lu H, Wei M, Zhai Y, Li Q, Ye Z, Wang L, Luo W, Chen J, Lu Z.J Mol Med (Berl). 2019 Apr
  3.  MOTS-c improves osteoporosis by promoting osteogenic differentiation of bone marrow mesenchymal stem cells via TGF-β/Smad pathway.Hu BT, Chen WZ.Eur Rev Med Pharmacol Sci. 2018 Nov
  4. The mitochondrial-derived peptide MOTS-c promotes metabolic homeostasis and reduces obesity and insulin resistance. Lee C, Zeng J, Drew BG, Sallam T, Martin-Montalvo A, Wan J, Kim SJ, Mehta H, Hevener AL, de Cabo R, Cohen P.Cell Metab. 2015 Mar
  5.  Mitochondrial-derived peptides in energy metabolism.Merry TL, Chan A, Woodhead JST, Reynolds JC, Kumagai H, Kim SJ, Lee C.Am J Physiol Endocrinol Metab. 2020 Oct
  6. Mitochondrial-Derived Peptides in Diabetes and Its Complications.Wu Y, Sun L, Zhuang Z, Hu X, Dong D.Front Endocrinol (Lausanne). 2022 Feb
  7. Repair of oxidative damage to nuclear and mitochondrial DNA in mammalian cells.Croteau DL, Bohr VA.J Biol Chem. 1997 Oct
  8. Human mitochondrial DNA replication.Holt IJ, Reyes A.Cold Spring Harb Perspect Biol. 2012 Dec
  9. MOTS-c is an exercise-induced mitochondrial-encoded regulator of age-dependent physical decline and muscle homeostasis. Reynolds JC, Lai RW, Woodhead JST, Joly JH, Mitchell CJ, Cameron-Smith D, Lu R, Cohen P, Graham NA, Benayoun BA, Merry TL, Lee C.Nat Commun. 2021 Jan 20
  10. The mitochondrial-derived peptide MOTS-c: a player in exceptional longevity? Fuku N, Pareja-Galeano H, Zempo H, Alis R, Arai Y, Lucia A, Hirose N.Aging Cell. 2015 Dec
  11. Peptide Regulation of Gene Expression: A Systematic Review. Khavinson VK, Popovich IG, Linkova NS, Mironova ES, Ilina AR.Molecules. 2021 Nov 22
  12. MOTS-c and Exercise Restore Cardiac Function by Activating of NRG1-ErbB Signaling in Diabetic Rats.Li S, Wang M, Ma J, Pang X, Yuan J, Pan Y, Fu Y, Laher I.Front Endocrinol (Lausanne). 2022 Mar
  13. MOTS-c reduces myostatin and muscle atrophy signaling.Kumagai H, Coelho AR, Wan J, Mehta HH, Yen K, Huang A, Zempo H, Fuku N, Maeda S, Oliveira PJ, Cohen P, Kim SJ.Am J Physiol Endocrinol Metab. 2021 Ap
  14. MOTS-c: an equal opportunity insulin sensitizer.Kim SJ, Miller B, Kumagai H, Yen K, Cohen P.J Mol Med (Berl). 2019 Apr
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