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Trainingsanpassung und epigenetische Modifikationen in der Skelettmuskulatur (2019)

Art

Hochschulschrift

Autor

Lehrer, Christin-Isabell (WE 2)

Quelle

Berlin: Mensch & Buch Verlag Berlin, 2019 — 132 Seiten

ISBN: 978-3-96729-034-9

Verweise

URL (Volltext): https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/26664

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Abstract / Zusammenfassung

Skelettmuskelgewebe besitzt eine hohe Plastizität und reagiert mit einer Vielfalt von Anpassungsreaktionen auf körperliches Training. Eine möglichst genaue Kenntnis der zugrunde liegenden Mechanismen ist wichtig, um trainingsbasierte Therapiekonzepte, die bei vielen Krankheiten (wie z.B. Diabetes, Adipositas, COPD) eine Rolle spielen, neu zu entwickeln bzw. zu verbessern. In jüngster Zeit mehren sich die Hinweise darauf, dass insbesondere epigenetische Mechanismen an der Steuerung der Trainingsanpassung beteiligt sind. Dabei sind vor allem DNA-Methylierungen, Regulation der Genexpression über micro-RNAs und Histonmodifikationen, in erster Linie differentielle Histonazetylierungen und –methylierungen, zu nennen. Insbesondere gibt es zahlreiche Hinweise darauf, dass die Mono- bis Trimethylierung des Histons 3 an Lysin 4 (H3K4me1-3) eine entscheidende Rolle bei der Regulation der Skelettmuskel-Genexpression in Antwort auf körperliches Training spielen könnte. Im Rahmen dieser Arbeit wurde im murinen Modellsystem anhand eines Laufbandtrainings das physiologische Anpassungsmuster der Mäuse an dieses Training charakterisiert, mit spezifischem Fokus auf mögliche Veränderungen des Histon-Methylierungsmuster in der Skelettmuskulatur (M.gastrocnemius). Hierfür wurden acht Mäuse der Linie C57BL6N in zwei Gruppen zu je vier Mäusen unterteilt, wobei die eine Gruppe (Läufer) ein zehnwöchiges Laufbandtraining absolvierte und die andere Gruppe (Nichtläufer) als Kontrollgruppe diente. Um den Einfluss des Trainings auf physiologische Parameter zu bestimmen, wurden beide Gruppen vergleichend hinsichtlich des Skelettsystems, des Fettgewebes, des Herz-Kreislaufsystems, des Blutes und der Skelettmuskulatur untersucht. Insbesondere das Skelettsystem und das Blut betreffend wiesen die beiden untersuchten Gruppen Unterschiede auf. Bei der Untersuchung der Tibia zeigten sich signifikante Unterschiede (p<0,05) im Bereich der BP (größte Breite proximal) und der KD50% (kleinste Breite Diaphyse). Die BP war in der Gruppe der Läufer signifikant erniedrigt, was vermutlich durch die eher trabekuläre knochenstruktur der proximalen Epiphyse und deren Anpassung an die durch das Laufbandtraining mit Steigung hervorgerufenen axialen Kompressionskräfte zu erklären ist. Die KD50% war dagegen in der Gruppe der Läufer signifikant erhöht, was vermutlich auf eine Erhöhung der Knochendicke insbesondere im Bereich der Kortikalis zurückzuführen ist. Weitere Untersuchungen, insbesondere die Knochengeometrie betreffend, sind hier nötig um mögliche Veränderungen im Bereich der Kortikalis, der Diaphyse und auch der periostalen Expansion im proximalen und distalen Bereich zu verifizieren. Bei der Untersuchung der einzelnen Blutparameter zeigte sich ein deutlich signifikanter Unterschied (p<0,001) bei den weißen Blutkörperchen (WBC); diese waren bei den Läufern signifikant erniedrigt. Weiße Blutkörperchen stellen einen Bestandteil des Immunsystems dar, so dass davon ausgegangen werden kann, dass das durchgeführte Laufbandtraining zu einer Suppression von Entzündungsreaktionen führte, welche sich auch in der Auswertung des durchgeführten Zytokin-Arrays zeigte. Das durchgeführte Training hatte somit eine anti-inflammatorische Wirkung, was bereits in vorhergegangen Studien gezeigt werden konnte. Im Anschluss an das Laufbandtraining wurde der M.gastrocnemius auf Veränderungen des Histon-Methylierungsmusters (H3K4-Mono-, Di-, und Trimethylierung) hin untersucht. Zusätzlich wurde die Skelettmuskulatur der Hinterextremität von fünf weiteren, nicht in die Trainingsstudie eingeschlossenen „Testmäusen“ auf ihr Histon-Methylierungsmuster analysiert, um vergleichende Basiswerte zu erhalten. Bei der Untersuchung dieser Testmäuse zeigte sich, dass insbesondere der M.quadriceps eine deutlich höhere relative Signalstärke bei der H3K4-Dimethylierung zeigte als der Rest der untersuchten Muskulatur der Hinterextremität. Um ein genaueres Bild der physiologischen Histon-Methylierungsmuster der Skelettmuskulatur zu erhalten, sind jedoch weitere Analysen einer größeren Anzahl an Mäusen erforderlich, um statistisch signifikante Ergebnisse zu erhalten. Bei der Untersuchung der Histon-Methylierungsmuster der Mäuse aus dem Trainingsmodell zeigte sich für den M.gastrocnemius für die Gruppe der Läufer eine im Vergleich zu den Nichtläufern niedrigere relative Signalstärke für die H3K4-Dimethylierung, so dass hier von einer Anpassung an das durchgeführte Training ausgegangen werden kann. Auch hier sind jedoch weitere Untersuchungen mit einer größeren Individuenanzahl nötig, um die Anpassungen des Methylierungsmusters an körperliches Training zu untersuchen. Die Untersuchung der H3K4-Trimethylierung an murinem Muskelgewebe konnte in der vorliegenden Arbeit leider nicht erfolgen, da die Antikörper zwar in einem Vorversuch an murinen C2C12 Zellen und humanen HeLA und RMZ Zellen getestet wurden, jedoch beim murinen Muskelgewebe kein spezifisches Bandenmuster zeigten, so dass auch hier weitere Untersuchungen nötig sind. Aus den Resultaten dieser Arbeit könnten sich interessante therapeutische Implikationen ergeben, z.B. in Zusammenhang mit einer pharmakologischen Beeinflussung von Histonmethylierungsmustern.