Autofagia to ewolucyjnie zachowana ścieżka degradacji, która jest indukowana w odpowiedzi na różne warunki stresu, takie jak głód i niedotlenienie1,2. Podczas autofagii pęcherzyki z podwójną błoną, zwane autofagosomami, zawierają niepotrzebne lub uszkodzone składniki subkomórkowe i transportują je do lizosomów w celu degradacji3. Podstawowa autofagia jest niezbędna dla funkcji komórkowych i rozwoju organizmu, a upośledzona podstawowa autofagia jest związana z wieloma zaburzeniami, w tym neurodegeneracją, nowotworzeniem i cukrzycą typu 24,5,6.
Najbardziej znanym fizjologicznym induktorem autofagii jest głód. Ma jednak dwa zasadnicze ograniczenia. Po pierwsze, głód zajmuje dużo czasu, aby skutecznie wywołać autofagię u zwierząt, np. 48 godzin ograniczenia pokarmu u myszy w większości narządów. Po drugie, głód ledwo indukuje autofagię mózgu, ze względu na stosunkowo stabilne zaopatrzenie w składniki odżywcze w mózgu. W rzeczywistości trudno jest również wykryć indukcję autofagii przez induktory małocząsteczkowe, ponieważ wiele leków nie może przejść przez barierę krew-mózg. Tak więc, aby lepiej przeanalizować funkcję aktywacji autofagii w patogenezie choroby, niedawno odkryliśmy, że ćwiczenia są silniejszą fizjologiczną metodą indukowania autofagii w krótkim czasie7,8,9. W porównaniu z głodem, autofagia jest skutecznie indukowana przez bieganie na bieżni tak szybko, jak 30 minut. Tak więc ćwiczenia są wygodnym i silnym fizjologicznym podejściem do badania mechanizmu autofagii w pośredniczeniu w korzyściach zdrowotnych i zapobieganiu chorobom.
Istnieje kilka markerów białkowych do wykrywania aktywności autofagii, w tym LC3 i p62. LC3 (białko związane z mikrotubulami 1A / 1B-łańcuch lekki 3) jest białkiem cytozolowym (forma LC3-I), które jest sprzężone z PE (fosfatydyloetanoloaminą) po indukcji autofagii. LC3 lipidowany PE (forma LC3-II) jest rekrutowany na błony autofagosomalne i może być używany do wizualizacji autofagosomów po znakowaniu GFP. Jego translokacja z cytozolu do punktowych struktur autofagosomów pod mikroskopem wskazuje na indukcję autofagii. P62 jest receptorem ładunkowym dla substratów autofagii (takich jak białka ubikwitynacji) i jest również wbudowywany w autofagosomy. Ponieważ białko jest degradowane w lizosomach wraz z autofagosomami, jego poziomy można wykorzystać do pomiaru strumienia autofagii. Tutaj pokazujemy, jak wykorzystać te markery do ilościowego określenia autofagii w różnych tkankach myszy indukowanej ćwiczeniami aerobowymi, w tym ćwiczeniami wymuszonymi (bieżnia) i ćwiczeniami dobrowolnymi (koła do biegania). Te same procedury można również zastosować do pomiaru autofagii in vivo po leczeniu innymi induktorami.