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Une carte moléculaire à l’échelle du corps explique pourquoi l’exercice est si bon pour la santé

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Crédit: Métabolisme cellulaire (2024). DOI : 10.1016/j.cmet.2023.12.021

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Crédit: Métabolisme cellulaire (2024). DOI : 10.1016/j.cmet.2023.12.021

L’exercice : il est associé à une augmentation de la force musculaire, à une meilleure santé cardiaque, à une diminution de la glycémie et à presque toutes les autres améliorations physiques que vous pouvez nommer. Mais comment le fait de souffler régulièrement sur un tapis roulant, de gravir une colline escarpée à vélo ou de faire une marche rapide à l’heure du déjeuner confère-t-il une gamme aussi vertigineuse de bienfaits pour la santé ?

Nous sommes désormais sur le point de le découvrir, grâce à une nouvelle et vaste étude menée par Stanford Medicine. Les chercheurs ont effectué près de 10 000 mesures dans près de 20 types de tissus pour découvrir l’effet de huit semaines d’exercice d’endurance chez des rats de laboratoire entraînés à courir sur des tapis roulants de la taille d’un rongeur.

Leurs résultats mettent en évidence les effets frappants de l’exercice sur le système immunitaire, la réponse au stress, la production d’énergie et le métabolisme. Ils ont découvert des liens significatifs entre l’exercice, des molécules et des gènes déjà connus pour être impliqués dans une myriade de maladies humaines et dans la récupération des tissus.

L’étude fait partie d’une série d’articles publiés le 1er mai par les membres d’un groupe de recherche multicentrique destiné à jeter les bases d’une compréhension – à l’échelle moléculaire du corps – de la manière exacte dont nos tissus et nos cellules réagissent lorsque nous les poussons à fonctionner.

« Nous savons tous que l’exercice est bénéfique pour nous », a déclaré le professeur de pathologie Stephen Montgomery, Ph.D. « Mais nous ne savons pas grand-chose sur les signaux moléculaires qui se manifestent dans le corps lorsque les gens font de l’exercice, ni sur la façon dont ils peuvent changer lorsque les gens s’entraînent. Notre étude est la première à examiner de manière holistique et à l’échelle du corps les changements moléculaires, des protéines aux gènes. aux métabolites des graisses et à la production d’énergie. Il s’agit du profilage le plus large à ce jour des effets de l’exercice, et il crée une carte essentielle de la manière dont il modifie le corps.

Montgomery, qui est également professeur de génétique et de science des données biomédicales, est l’un des auteurs principaux de l’étude. papier Publié dans Nature.

Les autres auteurs principaux sont Michael Snyder, Ph.D., Stanford W. Ascherman, MD, professeur FACS en génétique et professeur agrégé de médecine Matthew Wheeler, MD. Les premiers auteurs sont d’anciens docteurs en génétique. l’étudiante Nicole Gay, Ph.D. ; l’ancien chercheur postdoctoral David Amar, Ph.D. ; et Pierre Jean Beltran, Ph.D., ancien chercheur postdoctoral au Broad Institute.

D’autres articles rédigés par des chercheurs de Stanford Medicine incluent une publication connexe rapport dans Communications naturelles étudier l’effet des modifications induites par l’exercice sur les gènes et les tissus connus pour être impliqués dans le risque de maladie ainsi qu’un papier publié le 2 mai dans Métabolisme cellulairequi se concentre sur les effets de l’exercice sur les facteurs énergétiques cellulaires appelés mitochondries dans divers tissus.

Montgomery est l’auteur principal du Communications naturelles L’article et chercheur postdoctoral Nikolai Vetr, Ph.D., en est l’auteur principal. Instructeur de médecine cardiovasculaire Malene Lindholm, Ph.D., est l’auteur principal de l’étude. Métabolisme cellulaire article, et Amar est l’auteur principal.

Un regard coordonné sur l’exercice

Les chercheurs impliqués dans l’étude et les autres publications simultanées font partie d’un groupe national appelé Molecular Transducers of Physical Activity Consortium, ou MoTrPAC, organisé par les National Institutes of Health. L’effort a été lancé en 2015 pour étudier en détail exactement comment l’exercice physique améliore la santé et prévient les maladies.

L’équipe de Stanford Medicine a assumé une grande partie du travail, étudiant les effets de huit semaines d’entraînement d’endurance sur l’expression des gènes (le transcriptome), les protéines (le protéome), les graisses (le lipidome), les métabolites (le métabolome), le modèle d’étiquettes chimiques placées sur l’ADN (l’épigénome), le système immunitaire (le… vous voyez l’idée).

Appelons ça le sweat-ome.

Ils ont effectué 9 466 analyses sur plusieurs tissus de rats alors que les animaux étaient entraînés à courir des distances croissantes et ont comparé les résultats avec ceux de rats qui flânaient dans leurs cages. Ils ont accordé une attention particulière aux muscles de la jambe, du cœur, du foie, des reins et à un type de graisse appelée tissu adipeux blanc (le type de graisse qui s’accumule à mesure que les kilos s’accumulent) ; d’autres tissus comprenaient les poumons, le cerveau et le tissu adipeux brun (un type de graisse plus métaboliquement actif qui aide à brûler des calories).

La combinaison de plusieurs tests et types de tissus a donné des résultats se chiffrant en centaines de milliers de modifications non épigénétiques à plus de 2 millions de modifications distinctes dans l’épigénome. Les résultats feront vibrer les scientifiques pendant des années.

Bien que cette étude ait servi principalement à créer une base de données pour des analyses futures, certaines pépites intéressantes ont été classées au sommet. Premièrement, ils ont noté que l’expression de 22 gènes changeait avec l’exercice dans les six tissus sur lesquels ils se sont concentrés.

Beaucoup de ces gènes sont impliqués dans ce que l’on appelle les voies du choc thermique, qui stabilisent la structure des protéines lorsque les cellules subissent un stress, notamment des changements de température (vous sentez une brûlure ?), une infection ou un remodelage tissulaire (bonjour les nouvelles fibres musculaires !). D’autres ont été impliqués dans des voies qui réduisent la tension artérielle et augmentent la sensibilité du corps à l’insuline, ce qui abaisse le taux de sucre dans le sang.

Les chercheurs ont également noté que l’expression de plusieurs gènes impliqués dans le diabète de type 2, les maladies cardiaques, l’obésité et les maladies rénales était réduite chez les rats en exercice par rapport à leurs homologues sédentaires – un lien évident entre leurs études et la santé humaine.

Différences de sexe

Enfin, ils ont identifié des différences entre les sexes dans la façon dont les multiples tissus des rats mâles et femelles réagissaient à l’exercice. Les rats mâles ont perdu environ 5 % de leur graisse corporelle après huit semaines d’exercice, tandis que les rats femelles n’en ont pas perdu une quantité significative. (Ils ont cependant maintenu leur pourcentage de graisse de départ tandis que les femmes sédentaires ont accumulé 4 % de graisse corporelle supplémentaire au cours de la période d’étude.)

Mais la plus grande différence a été observée dans l’expression des gènes dans les glandes surrénales des rats. Après une semaine, les gènes associés à la génération d’hormones stéroïdes comme l’adrénaline et à la production d’énergie ont augmenté chez les rats mâles mais ont diminué chez les rats femelles.

Malgré ces premières associations alléchantes, les chercheurs préviennent que la science de l’exercice est loin d’être terminée. C’est plutôt comme si le coup de feu de départ venait de tirer. Mais l’avenir est passionnant.

« À long terme, il est peu probable que nous trouvions une intervention magique capable de reproduire ce que l’exercice peut apporter à une personne », a déclaré Montgomery. « Mais nous pourrions nous rapprocher de l’idée d’un exercice de précision, en adaptant les recommandations en fonction de la génétique, du sexe, de l’âge ou d’autres problèmes de santé d’une personne pour générer des réponses bénéfiques à l’ensemble du corps. »

Plus d’information:
Dynamique temporelle de la réponse multi-omique à l’entraînement d’endurance, Nature (2024). DOI : 10.1038/s41586-023-06877-w

Nikolai G. Vetr et al, L’impact de l’exercice sur la régulation des gènes en association avec la génétique des traits complexes, Communications naturelles (2024). DOI : 10.1038/s41467-024-45966-w

David Amar et al, La réponse multiomique mitochondriale à l’entraînement physique dans les tissus de rat, Métabolisme cellulaire (2024). DOI : 10.1016/j.cmet.2023.12.021

Informations sur la revue :
Communications naturelles


Nature


métabolisme cellulaire



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