Wysiłek fizyczny powoduje zmiany w metylacji genów

A gdyby tak poprawić metabolizm swojego ciała z pomocą zaledwie jednej wizyty na siłowni? Według najnowszej pracy badawczej opublikowanej na łamach magazynu Cell Metabolism (1) wizja ta jest w istocie rzeczywistością. Naukowcy badali materiał z biopsji mięśni szkieletowych uzyskany od uczestników prowadzących na co dzień siedzący tryb życia, pobrany przed i po wysiłku fizycznym. Wzór metylacji DNA probantów zmienił się w taki sposób, że geny odpowiedzialne za metabolizm komórkowy zostały aktywowane. Wyniki badań mogą być zaskakujące, ponieważ ogólnie wiadomo, że kiedy komórka osiąga dojrzałość, wzór metylacji jej DNA zostaje raz na zawsze ustanowiony. Tutaj dowiadujemy się, że proces ten jest w istocie dynamiczny i, co ciekawe, w pewnym sensie zależny od kofeiny.

Środowisko indukuje zmiany DNA

Regulacja ekspresji genów to mechanizm, który wpływa znacząco na funkcję komórki. Jak wiemy, kod genetyczny jest identyczny we wszystkich komórkach, ale każdy podtyp komórki ma swój własny wzór ekspresji genów, który jest napędzany przez specyficzny „podpis epigenetyczny”. Jedną z ważniejszych modyfikacji epigenetycznych jest właśnie metylacja DNA. Powoduje ona supresję ekspresji genu poprzez zmianę dostępu kompleksu transkrypcyjnego do chromatyny lub poprzez rekrutacje białek wiążących grupę metylową (2). Metylacja DNA jest generalnie uważana za stabilną mitotycznie. Stąd naukowcy nie spodziewali się, że czynniki środowiskowe mogą mieć wpływ na ważne i długotrwałe zmiany we wzorze metylacji DNA dojrzałych komórek. Jednakże różne badania wspierają hipotezę, że gromadzone w ciągu życia przesunięcia w metylacji DNA, wywołane czynnikami środowiskowymi, w istocie wpływają na ekspresję genów.

Unikalna tkanka dostosowuje się do wysiłku fizycznego

Mięśnie szkieletowe charakteryzują się ogromną plastycznością w adaptacji do stresorów pochodzenia zewnętrznego. Strukturalne i metaboliczne możliwości tkanki są wtedy poddane próbie. Wysiłek fizyczny pobudza skurcz mięśnia oraz stymuluje jego adaptację poprzez polepszenie jego aktywności, wydajności metabolicznej oraz wydolności tlenowej. Odbywa się to poprzez zmianę profilu ekspresji genów oraz poziomów białek (3). Na razie nie wiadomo, czy metylacja DNA jest odpowiedzialna za tę odpowiedź genomową. W prezentowanym badaniu zamieszczono dowody na to, że zmiany w ekspresji genów wywołane wysiłkiem fizycznym są faktycznie związane z przejściową zmianą w metylacji promotora genu.

Jazda na rowerku podnosi ekspresję genów

W celu oceny wpływu wysiłku fizycznego na materiał genetyczny, naukowcy najpierw przeanalizowali globalny poziom metylacji DNA w biopsjach mięśnia obszernego uda bocznego, pobranych od 14 zdrowych, młodych mężczyzn prowadzących na co dzień siedzący tryb życia, przed i po ćwiczeniach na cykloergometrze. Poziom całkowitej metylacji DNA uległ zmniejszeniu po wykonaniu wysiłku, co oznacza, że wiele genów uległo wpływom. Następnie badacze ocenili poziomy ekspresji konkretnych genów opisanych wcześniej jako mające duże znaczenie metaboliczne i których poziom transkryptu rośnie po aktywności fizycznej (m.in. geny PGC-1α, TFAM, PPAR-, PDK4). Zauważono, że poziomy metylacji promotorów tych genów o znaczeniu metabolicznym były niższe po wysiłku, stąd wiemy, że ich ekspresja uległa wzrostowi.

Karnet na siłownię raczej niż kawa

Okazuje się, że ćwiczenia aerobowe pobudzają transkrypcję genów w sposób „zależny od dawki” (4). W przedstawionym badaniu biopsje mięśni szkieletowych uzyskane od osobnej grupy ośmiu zdrowych mężczyzn prowadzących siedzący tryb życia potwierdziły tę tezę. Dodatkowo naukowcy zbadali mechanizmy odpowiadające za hipometylację promotorów genów. Procesy pierwotnego przekaźnictwa takie jak zmiany w stosunku AMP do ATP, uwolnienie wapnia z siateczki śródplazmatycznej, wewnątrzkomórkowy stan redox pełnią dużą rolę w odpowiedzi tkanki mięśniowej na wysiłek fizyczny. Znajomość działania kofeiny pomaga zrozumieć tę kwestię, jako że substancja zwiększa wewnątrzkomórkowy poziom wapnia i naśladuje ekspresję genów, wyindukowaną aktywnością fizyczną (5). Faktycznie, zbadano tutaj, że kofeina powoduje hipometylację promotorów genów u szczurów. Juleen Zierath z Institutu Karolinska w Sztokholmie, współautorka opisywanej pracy badawczej, ostrzega jednak w magazynie Nature (6), że „(aby osiągnąć efekt) człowiek musiałby spożyć ekwiwalent około 50 kubków kawy, co bliskie jest dawce letalnej kofeiny”.

Autor: Natalia Neumann

Źródło:
1.Acute Exercise Remodels Promoter Methylation in Human Skeletal Muscle. Romain Barrès, Jie Yan, Brendan Egan et al. Cell Metabolism – 7 March 2012 (Vol. 15, Issue 3, pp. 405-411)
2.Linking DNA methylation and histone modification: patterns and paradigms. Cedar, H., and Bergman, Y. (2009)
Nat. Rev. Genet. 10, 295–304.
3.The molecular bases of training adaptation. Coffey, V.G., and Hawley, J.A. (2007) Sports Med. 37, 737–763.
4.Exercise intensity-dependent regulation of peroxisome proliferator-activated receptor coactivator-1 mRNA abundance is associated with differential activation of upstream signalling kinases in human skeletal muscle.
Egan, B., Carson, B.P., Garcia-Roves et al. J. Physiol. 588, 1779–1790.
5.Raising Ca2+ in L6 myotubes mimics effects of exercise on mitochondrial biogenesis in muscle. Ojuka, E.O., Jones, T.E., Han, D.H. et al. FASEB J. 17, 675–681.
6.http://www.nature.com/news/a-trip-to-the-gym-alters-dna-1.10176#/b1

Chcesz wiedzieć więcej o wpływie wysiłku fizycznego na organizm? Obejrzyj na medtube.net „Triada atletów u kobiet”

MedTube.pl – Loading MedPlayer … The player requires Flash Player plugin

Brak komentarzy.

Odpowiedz

(required)

(required)

Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.