Also doch: Radfahren verändert DNA

11. April 2012
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Anders als bisher vermutet verändert bereits eine kurze sportliche Betätigung die Ablesehäufigkeit bestimmter Gene in Muskelzellen. Das könnte ein Grund dafür sein, warum Sport diversen Erkrankungen vorbeugt und zahlreiche Krebsarten positiv beeinflusst.

Bisher nahmen Wissenschaftler an, dass das Methylierungsmuster von Erwachsenen relativ unveränderlich und stabil gegenüber nur kurzzeitig auftretender Umwelteinflüsse sei. Eine kürzlich im Fachmagazin “Cell Metabolism” veröffentlichte Studie unter schwedischer Leitung zeigte nun jedoch, dass sportliche Betätigung die epigenetischen Modifikationen der DNA in Muskelzellen innerhalb von Minuten beeinflussen kann. “Man weiß schon lange, dass Sport Veränderungen in der Muskulatur, einschließlich eines erhöhten Fett- und Zuckerstoffwechsels, hervorruft”, so Juleen Zierath, Studienleiterin am Karolinska Institutet in Stockholm. “Unsere Entdeckung ist, dass sich zuerst die Methylierung verändert.”

Radeln für die Gesundheit

Forscher aus Dänemark, Irland und Schweden hatten an 14 jungen und gesunden, aber nicht sportlich aktiven Frauen und Männern untersucht, welchen Einfluss Sport auf die Ablesehäufigkeit bestimmter Gene in Muskelzellen hat. Dazu ließen sie ihre Probanden so lange auf einem Fahrrad-Ergometer mit 80 Prozent der Maximalleistung strampeln, bis sie 400 Kilokalorien verbrannt hatten. Das dauerte, je nach Leistungsfähigkeit des Studienteilnehmers, zwischen einer halben und einer Stunde.

Weniger blockierende Methylgruppen

Die Wissenschaftler entnahmen jedem Probanden drei kleine Zellproben aus der Seite des Oberschenkelmuskels: Vor dem Training, unmittelbar danach und drei Stunden nach Trainingsende. In diesen Muskelzellen untersuchten sie bestimmte Gene auf ihren Methylierungsstatus hin. Das Ergebnis war überraschend: Zuvor durch Methylgruppen blockierte DNA-Abschnitte wurden bereits in den Zellproben, die unmittelbar nach Trainingsende genommen worden waren, abgelesen. In den Proben, die drei Stunden nach der sportlichen Aktivität der Probanden entnommen worden waren, fehlten sogar noch mehr genblockierende Methylgruppen. “Unsere Muskeln passen sich an das an, was wir tun – und dies ist einer der Mechanismen, die dies möglich machen”, kommentiert Prof. Zierath von der Abteilung für Molekulare Medizin und Chirurgie am Karolinska Institutet ihre Ergebnisse. Nach dem Sport waren hauptsächlich Stoffwechselgene von ihren Methylblockaden befreit. Der Demethylierungseffekt scheint jedoch nicht von langer Dauer zu ein, wie die Wissenschaftler in weiteren Untersuchungen feststellten. Dies könnte ein Grund dafür sein, warum sportliche Aktivitäten nur dann die menschliche Gesundheit fördern, wenn sie regelmäßig ausgeübt werden.

Epigenetische Veränderungen – was war das noch mal?

Die Epigenetik befasst sich mit den Zelleigenschaften, die an die Tochterzellen vererbt werden, aber nicht in der DNA-Sequenz festgelegt sind. Epigenetische Veränderungen führen dazu, dass Bereiche des Erbgutes „ruhig gestellt“, andere dafür leichter gelesen werden können. Die wichtigsten Modifikationen dabei sind die DNA-Methylierung und die Seitenketten-Methylierung und -Acetylierung von Histonen.

DNA-Methylierung

Bei höher entwickelten Organismen dient die Methylierung der Markierung von aktiven und inaktiven Bereichen der DNA. Sie gleicht Textmarkierungen in einem Buch, über die in erster Linie die Genexpression reguliert ist. In den allermeisten Fällen werden Gene, die methyliert sind, „abgeschaltet“. Von den vier Basen, die die DNA ausmachen, wird dabei nur das Cytosin methyliert. Dies geschieht durch spezielle Enzyme, den Methyltransferasen. Der Prozess der Methylierung ist jedoch nicht endgültig. Ein Enzym namens DNA-Methylase kann ihn wieder rückgängig machen. Findet die Methylierung an regulatorischen DNA-Abschnitten wie der Promotorregion eines Gens statt, ändert sich dadurch dessen Lesbarkeit.

Wie in allen anderen Zellen spielen spezialisierte Enzymen, die Transkriptionsfaktoren, auch in den Skelettmuskelzellen des Menschen eine Rolle bei der Stimulierung von Genen. Sie docken in der Promotorregion eines Gens an und bringen dort dessen Ablesung in Gang. Ohne Sport sind diese Andockstellen durch Methylgruppen blockiert. Die Gene können nicht abgelesen werden. Bei sportlichen Aktivitäten entfernt der menschliche Körper offenbar die störenden Methygruppen schon nach kurzer Zeit und ermöglicht so den Transkriptionsfaktoren das Ablesen der Gene. Für die Anpassung der Muskeln an sportliche Belastung sind derart aktivierte Gene von großer Bedeutung. In den Veränderungen des Ablesemusters der DNA sehen die Forscher erste Schritte zur genetischen Umprogrammierung der Muskelzellen, die sie stärker und ausdauernder machen.

Kaffee statt Sport?

Ähnliche Beobachtungen wie bei den sportlich aktiven Probanden machten die Forscher bei isolierten Muskelzellen von Mäusen, die sie im Labor kontraktierten. Auch in vitro verschwanden Methylgruppen von der DNA der Zellen. Diesen Effekt beobachteten die Forscher jedoch nicht nur in aktiven Muskelzellen. Der Kontakt mit Koffein zeigte dieselbe Wirkung auf die Zellen wie Sport – zumindest in der Petrischale. „Koffein ahmt offenbar die Wirkung der sporttypischen Muskelkontraktionen nach“, vermutet Prof. Zierath. Wer aber hofft, den Sport künftig durch einen Tasse Kaffee ersetzen zu können, wird enttäuscht. Laut der Wissenschaftler gibt es noch keine klaren Beweise dafür, dass Koffein dieselben gesundheitlichen Vorteile wie Sport besitzt. „Sport ist Medizin. Für ein dauerhaft verändertes Epigenom und eine bessere Gesundheit werden wir uns bewegen müssen”, so Prof. Zierath.

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Medizin

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19 Kommentare:

Dr. med. Michael Traub
Dr. med. Michael Traub

Bei mir durchlüftet Radfahren mein Hirn und die Gene!
Was sagen Sie jetzt?
Bin dankbar für Ihre wissenschaftliche Bestätigung

#19 |
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Medizinphysiker

Liebe Frau Schmitzer, eine Überschrift im Sinne “Sport verändert DNA” wäre sicher zutreffender und unverfänglicher gewesen, immerhin ist im Beitrag allgemein von Sport die Rede. Die Verwendung eines Fahrradergometers erfolgte wohl eher aus praktischen Gründen, man hätte wohl auch ein Laufband nehmen können. Vermutlich hätten sich dann die Eiferer über die Rücksichtslosigkeit der Jogger ereifert?!

#18 |
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Der im Artikel beschriebene Sachverhalt der Genregulation (on/off-Schaltung von Genen via (des-)Methylierung in Abhängigkeit von Zellstimulation) ist doch in seinen Grundzügen seit Jahrzehnten bekannt. Nach dem Lesen des Artikels weiß ich nicht, worin das eigentlich Innovative dieser Studie liegt.

#17 |
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Nana Herr Schwarzkopf, seit wann so polemisch?

#16 |
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Das ist ein Überlegenheitsgen, Herr Eckers, welches auch durch Tragen von Designerkleidung, Orthorexie oder Strenggläubigkeit demethyliert und damit ablesbar wird.

Gemeint war Radfahren am Ergometer oder vielleicht im Wald. Wenn man sich mit dem Fahrrad durch unsere total verplanten städtischen Gebiete zwängt, finden wahrscheinlich *ganz* andere epigenetische Prozesse statt.

#15 |
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Rentenberater Johann simon Genten
Rentenberater Johann simon Genten

Sorry, aber der sehr verständlich ist der Artikel gerade nicht….

#14 |
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Nicht um sonst wird “normales” Radfahren als eine-für die Gesundheit äußerst wichtige Sportart empfohlen.

#13 |
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Ernst Wirz
Ernst Wirz

Jetzt weiss ich, weshalb ich so gerne Rad fahre. Ernesto Bici

#12 |
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Liebe Radfahrer-Kritiker!
Erstens ist das wohl kaum das Forum, auf dem über Verhalten von Radfahrern zu diskutieren wäre. Und zweitens sprechen Sie offensichtlich als Blinde von der Farbe. Einfach mal selber 2000 km jährlich radfahren erfrischt den Geist ungemein und vermittelt ungeahnte Einblicke in eine Straßenverkehrsordnung und Straßenverhältnisse, die einzig und allein an den Bedürfnissen der Autofahrer ausgerichtet sind. Wer Radfahrer auf Radwege schickt, um sie den Autos aus dem Weg zu räumen, nicht etwa wegen der Sicherheit, (wer hat’s erfunden? Der ADAC oder die Nazis?), braucht sich nicht zu wundern, wenn die später alle auf Gehwegen umherfahren. Also immer schön entspannt und Paragraph 1 StVO beachten!

#11 |
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Ausgezeichneter Beitrag,
wobei Radfahren sicher nicht das effektivste Muskeltraining darstellt :-)

#10 |
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dr. med.dent. Wolfgang Stute
dr. med.dent. Wolfgang Stute

ist doch spannend : mehr Alzheimer ,dann weniger Krebs ;mehr Kaffee/ Coffein ruft bei weißen Frauen Hormonsenkung hervor , bei anderen Hormonsteigerung ,
Sollen alle Fahrrad fahren , um die Quadratur des Kreises zu lösen ?:
Methylierung , bioidentische Hormone ,
Kaffetrinken , Mitochondrien u. Atmungskette : ATP reguliert das Ca-cycling der Muskulatur u. öffnet u. schließt alle weiteren Kanäle u. wird bei der Methylierung gebraucht ……

#9 |
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Dirk Reske
Dirk Reske

Jetzt endlich die Begründung für Amstrongs Tour Siege. Kein Doping- nur Krank und dann radeln, geht doch. Starke Kommentar @ 4 und 6

#8 |
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Gabriele Martin
Gabriele Martin

ich stelle mich als radfahrerin gern zum test zur verfügung ;), Dr.Schwarzkopf

#7 |
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Armin Eckers
Armin Eckers

Interessant wäre nun, in einer weiterführenden Studie herauszufinden, ob Radfahren im Gegenzug andere Schnittstellen eher blockiert, z.B. das Gen für Sicherheit im Straßenverkehr oder das Gen für Rücksicht auf Fußgänger.

#6 |
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Dr. med. Dipl.-Phys. Andreas-Roman Metza
Dr. med. Dipl.-Phys. Andreas-Roman Metza

Das Karolinska Institutet in Stockholm hat einen hervorragenden Ruf in der Wissenschaft … also ein bisserl mehr wissenschaftliche Bescheidenheit und Selbstkritik in der subjektiven Rezension wäre doch schon angebracht …

#5 |
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PD Dr. med. Andreas Schwarzkopf
PD Dr. med. Andreas Schwarzkopf

Mich würde mal die Veränderungen in den Gehirnen vieler Radfahrer interessieren, kenne sowohl als Fußgänger wie auch als Autofahrer keine rücksichtslosere Gruppe von Verkehrsteilnehmern.

#4 |
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Dr. rer. nat. Dietmar SASS
Dr. rer. nat. Dietmar SASS

Hochinteressant,
eine Zeitreihenstudie am Modell könnte einen wissenschaftlichen Zusatz-Beitrag darstellen!
Kontakt: sass.berlin@t-online.de

#3 |
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Medizininformatiker

Das sind meiner Meinung nach ziemlich nutzlose Forschungen, denn was dabei herauskommt sagt mir mein gesunder Menschenverstand.

#2 |
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Wie lässt sich aus der Aussage der Studienleiterin “Man weiß schon lange, dass Sport Veränderungen in der Muskulatur, einschließlich eines erhöhten Fett- und Zuckerstoffwechsels, hervorruft”,…”Unsere Entdeckung ist, dass sich zuerst die Methylierung verändert.” eine Kausalbeziehung zu Ihrer o. a. Schlussfolgerung “Das könnte ein Grund dafür sein, warum Sport … zahlreiche Krebsarten positiv beeinflusst.” herstellen? Auch dem gesamten Text kann man eine logische Erklärung für diese Position nicht entnehmen, zumal sich der Gegenstand der Studie speziell auf Muskelzellen und deren Adaptationen bezieht.
Dass der Wunsch ein Vater des Gedankens sei, ist menschlich verständlich, jedoch naturwissenschaftlich keinesfalls hinreichend akzeptabel und journalistisch erweckt es den Verdacht, dem Zeitgeist hinterher laufen zu wollen. Dem biopsychosozial bedeutenden Problem der Krebsprävention und -therapie sind solche Formulierungen wohl eher abträglich.

#1 |
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