Regular exercise participation improves genomic stability in diabetic patients: an exploratory study to analyse telomere length and DNA damage

Abstract

Physical activity has been demonstrated to be effective in the prevention and treatment of different chronic conditions, including type 2 diabetes (T2D). In particular, several studies highlighted how the beneficial effects of physical activity may be related to the stability of the DNA molecule, such as longer telomeric ends. Here we analyze the effect of exercise training on telomere length, spontaneous and H 2 O 2 -induced DNA damage, as well as the apoptosis level in leukocytes from untrained or trained T2D patients vs. age-matched control subjects (CS) (57-66 years). Moreover, expression analysis of selected genes belonging to DNA repair systems, cell cycle control, antioxidant and defence systems was performed. Subjects that participated in a regular exercise program showed a longer telomere sequence than untrained counterparts. Moreover, ex vivo treatment of leukocytes with H 2 O 2 highlighted that: (1) oxidative DNA damage induced similar telomere attrition in all groups; (2) in T2D subjects, physical activity seemed to prevent a significant increase of genomic oxidative DNA damage induced by chronic exposure to pro-oxidant stimulus, and (3) decreased the sensitivity of leukocytes to apoptosis. Finally, the gene expression analysis in T2D subjects suggested an adaptive response to prolonged exercise training that improved the response of specific genes.The biological processes linking aging and disease risk are poorly understood. Still, aging is considered to date as one of the main factors responsible for several complex diseases including cancer, cardiovascular diseases, and diabetes.Particularly, type 2 diabetes (T2D) has become very prevalent all over the world, with a projected increasing growth rate for the years ahead 1 . The pathophysiological mechanism that underlines diabetic complications suggests oxidative stress as a main factor. The increased oxidative stress in subjects with T2D is a consequence of several abnormalities (hyperglycemia, insulin resistance, hyperinsulinemia, and dyslipidemia) and induces enhanced susceptibility to damage of proteins, lipids and DNA 2 . Several studies have already demonstrated that the overproduction of reactive oxygen species (ROS) can produce elevated levels of oxidative DNA damage 3-5 , including telomere attrition 6,7 . The telomere is a region of repetitive nucleotide sequences at the end of each eukaryotic chromosome, which protects them from attrition and damage. Although the relationship between leukocyte telomere length (LTL) and diabetes is still questioned 8 , different studies have shown that T2D individuals have shorter leukocyte telomeres than non-T2D individuals 9,10 that may be associated with disease progression 11 . Indeed, the decreased antioxidant capacity described in patients with diabetes results in greater exposure to oxidative stress and subsequent damage to macromolecules (DNA, proteins, lipids), primarily into cells of the circulation, specifically leukocytes 12 . Assuming that mechanisms of 1

Exercício físico e comprimento dos telômeros: uma revisão sistemática nas disfunções crônico-degenerativas

“…Em síntese foram encontrados 845 estudos e selecionados através do título e resumo. Conforme apresentado na Tabela 1, seguindo critérios de elegibilidade, quatro estudos foram encontrados investigando o efeito do exercício no comprimento dos telômeros em pessoas com doenças crônico-degenerativas [21][22][23][24] , entre eles um com mulheres idosas 21 , outro com indivíduos de ambos os sexos de meia idade e idosos 22 , outro com mulheres de meia idade e idosas 23 e um com homens de meia idade e idosos 24 .…”

“…Apenas um estudo 22 incluiu amostra de ambos os sexos com 522 indivíduos em faixa etária variando entre 40 e 46 anos de idade. Os demais estudos 21,23 incluíram apenas mulheres na amostra, totalizando 485 indivíduos com faixa etária variando de 50 a 74 anos de idade ou apenas homens, 24 indivíduos de 57 a 66 anos de idade 24 . Dois estudos demonstraram não haver diferença significativa no comprimento dos telômeros dos indivíduos avaliados 22,23 .…”

“…Dois estudos demonstraram não haver diferença significativa no comprimento dos telômeros dos indivíduos avaliados 22,23 . E dois estudos apresentaram diferenças 21,24 , um dos grupos apresentou correlação negativa entre o comprimento dos telômeros e a taxa de absorção da glicose 21 , e no outro os indivíduos que participaram de um programa de exercício físico regular mostraram uma sequência de telômeros mais longa do que os indivíduos não treinados 24 .…”

“…Os tipos de exercícios físicos adotados foram relatados em três estudos, um com treinamento aeróbio de intensidade moderada a vigorosa, frequência de cinco vezes por semana 23 , outro com treinamento resistido realizado três vezes por semana 21 , e o terceiro realizado três vezes por semana com 30 minutos de atividade aeróbica moderada e 30 minutos de ginástica calistênica 24 . Um quarto estudo 22 não especificou qual tipo de exercício físico fora realizado.…”

“…Os voluntários dos quatro estudos foram classificados como indivíduos não saudáveis, sendo um estudo com indivíduos sobrepesados e obesos 23 , dois estudos com indivíduos diabéticos 22,24 , e por último, outro com indivíduos obesos 21 (Tabela 1).…”