Impact of moderate exercise training on heart mitochondrial acetylome

Abstract

Physical activity has been suggested to have a cardioprotective role, which seems to be related with mitochondrial adaptation. Aiming a better understanding of the impact of exercise training on heart functionality and, specifically, on the regulation of mitochondrial activity, in the present work we applied a mass spectrometry-based proteomic approach for the characterization of mitochondrial proteome adaptation to 54 weeks of moderate treadmill exercise. Focus was given to mitochondrial acetylome and so, enrichment strategies based on immunoprecipitation with anti-acetyl-lysine and anti-SIRT3 antibodies were used. Data highlighted the beneficial impact of 54-weeks of treadmill exercise on cardiac functionality. The analysis of mitochondria isolated from rat heart evidenced an exercise-related greater ability to produce ATP. Concomitantly, the mitochondrial expression of SIRT3 increased in exercised animals and was paralleled by alterations in the profile of acetylated proteins in heart mitochondria. These acetylated proteins are involved in a wide range of biological process being of notice the metabolism, which becomes more dependent on carbohydrates metabolism with lifelong exercise training. Curiously, none of the identified acetylated proteins are targets of SIRT3, according to STRING bioinformatics tool. Immunoprecipitation with anti-SIRT3 followed by LC-MS/MS did not allowed the identification of SIRT3 substrates. In the future, it will be important the identification of the enzymes involved in the regulation of mitochondrial acetylome besides SIRT3 to better characterize the impact of this posttranslational modification on the biological processes activated by lifestyle.

O efeito cardioprotetor do exercício físico moderado tem sido associado a uma adaptação benéfica do proteoma mitocondrial do coração. Com o intuito de melhor compreender o impacto do exercício físico praticado ao longo da vida na funcionalidade cardíaca e, especificamente, na regulação da atividade mitocondrial, no presente trabalho utilizou-se uma abordagem proteómica baseada em espectrometria de massa para avaliar as alterações promovidas por 54 semanas de exercício em tapete rolante no perfil proteico mitocondrial do coração de ratos, mais especificamente no acetiloma mitocondrial. Para o efeito utilizaram-se estratégias de enriquecimento baseadas em imunoprecipitação com anticorpos anti-acetil-lisina e anti-SIRT3. A avaliação da funcionalidade cardíaca suportou o efeito cardioprotetor da atividade física praticada ao longo de 54 semanas. A análise de mitocôndrias isoladas do coração evidenciou um aumento da capacidade de produção de ATP com a prática de exercício físico. Concomitantemente verificou-se um aumento da expressão de SIRT3 e alteração do perfil de proteínas mitocondriais acetiladas. Estas proteínas acetiladas estão envolvidas em vários processos biológicos, sendo de salientar o metabolismo cardíaco que se torna mais dependente da oxidação de hidratos de carbono com a prática de exercício físico. Curiosamente, de acordo com a ferramenta bioinformática STRING, a maioria das proteínas mitocondriais identificadas como acetiladas não parecem ser substrato da SIRT3. A análise por imunoprecipitação com anti-SIRT3 seguida de LC-MS/MS não permitiu identificar os potenciais substratos da SIRT3. No futuro será importante identificar as enzimas envolvidas na regulação do acetiloma mitocondrial para além da SIRT3, as suas proteínas substrato e, consequentemente, o seu impacto nos vários processos biológicos ativados pelo estilo de vida.