Muskelzellen: Wenige Minuten Bewegung verändern DNA-Markierungen

Körperliche Aktivität beeinflusst den menschlichen Organismus auf zellulärer Ebene weit schneller als lange Zeit angenommen. Eine im März 2012 im Fachjournal Cell Metabolism veröffentlichte Untersuchung liefert grundlegende Einblicke in die epigenetischen Prozesse der Skelettmuskulatur.

Die Forschungsarbeit zeigt auf, dass sich die chemische Markierung des Erbguts bereits nach sehr kurzen Belastungsphasen messbar verschieben kann, ohne dass dabei der eigentliche genetische Code modifiziert wird.

Schnelle Veränderungen der DNA-Methylierung bei Inaktiven

Im Mittelpunkt der Untersuchung standen gesunde, bislang inaktive beziehungsweise wenig aktive Männer und Frauen. Bei den Probanden zeigte sich, dass die sogenannte DNA-Methylierung an bestimmten Positionen der Muskel-DNA bereits nach wenigen Minuten sportlicher Betätigung abnahm. Während diese epigenetischen Markierungen weichen mussten, blieb die zugrunde liegende DNA-Sequenz der Muskelzellen vollkommen unverändert.

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Diese dynamische Anpassung ist für die Biologie der Muskulatur von zentraler Bedeutung. Die veränderte Methylierung kann die Aktivität jener Gene beeinflussen, die für die grundlegende Muskelfunktion sowie für Anpassungsprozesse an körperliche Reize zuständig sind.

Juleen Zierath vom Karolinska-Institut erläuterte die Ergebnisse der im Fachmagazin Cell Metabolism publizierten Forschungsarbeit und ordnete die zellulären Abläufe ein, über die Muskelzellen unmittelbar auf physische Anforderungen reagieren.

Laborexperimente mit Koffein und klare Differenzierung zur Bewegung

Neben den Belastungstests mit Probanden untersuchten die Forscher auch die Reaktionen von isoliertem Muskelgewebe im Labor. Dabei zeigte sich ein spezifischer Effekt bei der Exposition mit Koffein: Der Wirkstoff bewirkte an dem isolierten Muskelgewebe unter Laborbedingungen einen ähnlichen Verlust von Methylgruppen wie die zuvor beobachtete körperliche Aktivität.

Gleichzeitig grenzten die wissenschaftlichen Beobachtungen diesen Befund jedoch strikt von echter Bewegung ab. Koffein löst im Gewebe keine Muskelkontraktion aus. Aus diesem Grund stellt die Substanz keinen Ersatz für tatsächliche Muskelkontraktionen oder für gezielte Bewegung dar.

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Der laborbasierte Methylierungsverlust demonstriert zwar biochemische Signalwege, kann die physiologischen Mechanismen mechanischer Muskelarbeit im menschlichen Körper jedoch nicht imitieren.

Bedeutung für das Verständnis muskulärer Anpassungsprozesse

Die Befunde verdeutlichen, dass epigenetische Modifikationen in der Skelettmuskulatur keine trägen Prozesse darstellen, die zwingend Wochen oder Monate regelmäßigen Trainings erfordern. Vielmehr reagiert die Epigenetik gesunder, wenig aktiver Muskelzellen innerhalb kürzester Zeit auf Reize.

Dass die Genaktivität für Muskelfunktion und Anpassung über derartige Methylierungsänderungen moduliert werden kann, unterstreicht die unmittelbare Wirkung von Belastung auf molekularer Ebene.

de | wissenschaft | 70238315 |