Endurance training and epigenetic mechanisms in human skeletal muscle

Populärvetenskaplig sammanfattning

Resultaten från dessa studier visar att epigenetiken, på såväl DNA:t som på de proteiner (histoner) som DNA:t finns upprullat på, påverkas av tre månaders, respektive sex veckors träning hos människor. Förändringar på DNA kallas DNA-metylering, vilket innebär att en metylgrupp (som består av en kolatom och tre väteatomer) sätts på eller tas bort från DNA.

Tre månaders träning förändrade DNA-metylering på nästan 5000 olika platser i försökspersonernas DNA och många av dessa förändringar kunde kopplas till skillnader i olika geners uttryck. Det visade sig också att många av förändringarna skedde i delar av DNA som är specialiserat för att reglera geners uttryck, så kallade enhancers. Processer som påverkades av förändring i DNA-metylering med träning var relaterade till muskelns förmåga att dra ihop sig, inflammation, samt reglering av geners kopieringshastighet.

Preliminära resultat tyder också på att histonerna kan påverkas av träning så att DNA sitter hårdare eller lösare, vilket är viktigt för hur mycket en gen kan uttryckas. En gen som sitter lösare bunden är lättare tillgänglig för uttryck och därmed för potentiell produktion av dess protein. Ett specifikt protein som undersöktes extra noga var HIF som står för hypoxi-inducerad faktor. Tidigare studier har visat att HIF aktiveras vid träning hos otränade och stimulerar då sannolikt till bildandet av nya blodkärl och större mängd syretransporterande röda blodkroppar.

Mycket tyder dock på att HIF hindrar mitokondriernas aktivitet, vilket inte är bra för anpassning till en längre tids träning. Själva HIF-proteinet är svårt att mäta, men de proteiner som reglerar HIF visade sig vara mycket högre hos vältränade personer jämfört med normaltränade och dessutom ökade proteinerna med sex veckors träning. De reglerande proteinerna hindrar olika delar av HIFs normala verkan. Det gör att resultaten tyder på att HIFs verkan dämpas med träning, troligtvis för att tillåta en större syreberoende (aerob) energiproduktion.

En gen kan uttryckas till lite olika varianter, så kallade isoformer. Dessa studier visar för första gången hur en stor mängd olika isoformer förändrades med träning. Det fanns till och med gener med isoformer som reglerades i olika riktning, d.v.s. isoformer från samma gen som uttrycktes mer respektive mindre med träning. Vi hittade även 34 tidigare okända uttryck av DNA som förändrades med träning. Funktionen för dessa är dock okänd, men mycket tyder på att några av dem kan koda för funktionella proteiner.

Ett viktigt syfte var också att studera om det fanns någon form av muskelminne som kvarstod efter ett längre träningsuppehåll och i så fall kunde påverka hur anpassningen till en andra träningsperiod såg ut. I den träningsstudie som bestod av tre månaders träning tränades först bara det ena benet och efter nio månaders uppehåll tränades båda benen i ytterligare tre månader, vilket innebar att ett ben tidigare var vältränat och ett ben tidigare otränat.

Vi kunde dock inte hitta några tydliga tecken på att uthållighetsträning kunde ge kvarvarande effekter. Även om det fanns vissa skillnader i hur ett tidigare vältränat ben respektive otränat ben svarade på en andra träningsperiod kunde vi inte tillskriva detta till ett muskelminne.

En av studierna visade också att det grundläggande genuttrycket i skelettmuskler var väldigt lika mellan muskelprover tagna från en och samma muskel, samt från vänster jämfört med höger ben. Däremot var skillnaderna mellan män och kvinnor stora, där kvinnor verkar ha mer uthålliga muskler och män ha större omsättning av proteiner.

Resultaten från dessa studier bidrar till ny grundläggande kunskap om vad som händer med geners uttryck i skelettmuskler vid uthållighetsträning och hur det grundläggande genuttrycket ser ut hos unga män och kvinnor.

Resultaten kan i förlängningen bidra till utvecklingen av individualiserade träningsprogram för att optimera träningseffekter i olika personer. De kan också vara värdefulla för utvecklingen av framtida behandlingar mot t.ex. metabola sjukdomar och för att på konstgjord väg kunna få fram effekter liknande de som fås av träning hos personer som av olika anledningar inte kan utföra fysisk aktivitet, t.ex. på grund av funktionsnedsättning.

Läs mer

Projektansvarig:
Carl Johan Sundberg

Populärvetenskaplig sammanfattning

Resultaten från dessa studier visar att epigenetiken, på såväl DNA:t som på de proteiner (histoner) som DNA:t finns upprullat på, påverkas av tre månaders, respektive sex veckors träning hos människor. Förändringar på DNA kallas DNA-metylering, vilket innebär att en metylgrupp (som består av en kolatom och tre väteatomer) sätts på eller tas bort från DNA.

Tre månaders träning förändrade DNA-metylering på nästan 5000 olika platser i försökspersonernas DNA och många av dessa förändringar kunde kopplas till skillnader i olika geners uttryck. Det visade sig också att många av förändringarna skedde i delar av DNA som är specialiserat för att reglera geners uttryck, så kallade enhancers. Processer som påverkades av förändring i DNA-metylering med träning var relaterade till muskelns förmåga att dra ihop sig, inflammation, samt reglering av geners kopieringshastighet.

Preliminära resultat tyder också på att histonerna kan påverkas av träning så att DNA sitter hårdare eller lösare, vilket är viktigt för hur mycket en gen kan uttryckas. En gen som sitter lösare bunden är lättare tillgänglig för uttryck och därmed för potentiell produktion av dess protein. Ett specifikt protein som undersöktes extra noga var HIF som står för hypoxi-inducerad faktor. Tidigare studier har visat att HIF aktiveras vid träning hos otränade och stimulerar då sannolikt till bildandet av nya blodkärl och större mängd syretransporterande röda blodkroppar.

Mycket tyder dock på att HIF hindrar mitokondriernas aktivitet, vilket inte är bra för anpassning till en längre tids träning. Själva HIF-proteinet är svårt att mäta, men de proteiner som reglerar HIF visade sig vara mycket högre hos vältränade personer jämfört med normaltränade och dessutom ökade proteinerna med sex veckors träning. De reglerande proteinerna hindrar olika delar av HIFs normala verkan. Det gör att resultaten tyder på att HIFs verkan dämpas med träning, troligtvis för att tillåta en större syreberoende (aerob) energiproduktion.

En gen kan uttryckas till lite olika varianter, så kallade isoformer. Dessa studier visar för första gången hur en stor mängd olika isoformer förändrades med träning. Det fanns till och med gener med isoformer som reglerades i olika riktning, d.v.s. isoformer från samma gen som uttrycktes mer respektive mindre med träning. Vi hittade även 34 tidigare okända uttryck av DNA som förändrades med träning. Funktionen för dessa är dock okänd, men mycket tyder på att några av dem kan koda för funktionella proteiner.

Ett viktigt syfte var också att studera om det fanns någon form av muskelminne som kvarstod efter ett längre träningsuppehåll och i så fall kunde påverka hur anpassningen till en andra träningsperiod såg ut. I den träningsstudie som bestod av tre månaders träning tränades först bara det ena benet och efter nio månaders uppehåll tränades båda benen i ytterligare tre månader, vilket innebar att ett ben tidigare var vältränat och ett ben tidigare otränat.

Vi kunde dock inte hitta några tydliga tecken på att uthållighetsträning kunde ge kvarvarande effekter. Även om det fanns vissa skillnader i hur ett tidigare vältränat ben respektive otränat ben svarade på en andra träningsperiod kunde vi inte tillskriva detta till ett muskelminne.

En av studierna visade också att det grundläggande genuttrycket i skelettmuskler var väldigt lika mellan muskelprover tagna från en och samma muskel, samt från vänster jämfört med höger ben. Däremot var skillnaderna mellan män och kvinnor stora, där kvinnor verkar ha mer uthålliga muskler och män ha större omsättning av proteiner.

Resultaten från dessa studier bidrar till ny grundläggande kunskap om vad som händer med geners uttryck i skelettmuskler vid uthållighetsträning och hur det grundläggande genuttrycket ser ut hos unga män och kvinnor.

Resultaten kan i förlängningen bidra till utvecklingen av individualiserade träningsprogram för att optimera träningseffekter i olika personer. De kan också vara värdefulla för utvecklingen av framtida behandlingar mot t.ex. metabola sjukdomar och för att på konstgjord väg kunna få fram effekter liknande de som fås av träning hos personer som av olika anledningar inte kan utföra fysisk aktivitet, t.ex. på grund av funktionsnedsättning.

Projektnummer:
FO2014-0038
Lärosäte:
År:
2014

Feedback

All form av feedback är välkommen.

Var innehållet i artikeln det du sökte efter?
Skriv en kommentar
Ditt meddelande är skickat!