Påverkan av träning på epigenetiskt mönster i human skelettmuskulatur
Carl Johan Sundberg
Karolinska institutet, Fysiologi & Farmakologi
Projektnummer: P2010-0022
Populärvetenskaplig sammanfattning av projektresultaten
Epigenetik är ett fenomen som styr hur vi använder våra gener, vilka som ska aktiveras
genom att kopieras och översättas till funktionella proteiner i våra celler. Det gör det bl.a.
genom att påverka DNA:t (vår arvsmassa) direkt genom så kallad DNA-metylering och genom
att modifiera de proteiner som DNA:t finns upprullat på, så kallade histoner, vilket styr om
DNA:t ska vara mer eller mindre tillgängligt för kopiering.
Dessa humanfysiologiska studier syftar till att undersöka hur epigenetiken i våra
skelettmuskler påverkas vid träning. Om epigenetiken förändras med träning, om det kan
påverka hur vi människor svarar på olika former av träning samt om det finns några
kvarvarande förändringar som kan påverka hur vi svarar på en kommande träningsperiod,
d.v.s. om det finns någon form av ”muskelminne”.
För att belysa detta har flera olika delstudier genomförts. I en studie (delstudie I) har 23
försökspersoner utfört först tre månaders träning av endast det ena benet. Därefter har
deltagarna haft nio månaders träningsuppehåll, varpå ytterligare en träningsperiod på tre
månader har genomförts. Då tränades dock båda benen, ett i taget. Muskelbiopsier (små
bitar av skelettmuskeln som tas från den yttre lårmuskulaturen med hjälp av en speciell nål)
har tagits både före och efter de båda träningsperioderna. Från biopsierna för den 1:a
träningsperioden har vi undersökt vad som hänt med epigenetiken hos gener som förändras
mycket vid träning. Med materialet från period 2 kan vi studera hur en tidigare
träningsperiod (de första tre månaderna) påverkar träningssvaret i en kommande period
(den 2.a tremånadersperioden). Ett ben har tränats intensivt tidigare, medan ett ben varit
mer otränat. Ett muskelminne i det tidigare tränade benet kan då studeras genom
prestationsmätningar och molekylära förändringar. I en sex-veckors träningsstudie med 24
försökspersoner (delstudie II) har vi undersökt hur histonmodifieringar förändras med
träning samt hur de ser ut hos personer som är lättränade (så kallade "high-responders")
jämfört med dem som inte förbättras lika mycket ("low-responders"). Vi har tidigare visat att
aktiviteten av vissa träningskopplade gener skiljer sig mycket mellan dessa grupper och
anledningen till detta kan vara epigenetiska skillnader. Vi har dessutom tittat på hur ett
sprintträningspass (delstudie III) påverkar hur olika epigenetiskt aktiva geners kopiering
påverkas, så kallat mRNA-uttryck, och även jämfört detta för elitaktiva och normalt aktiva
människor (delstudie IV).
Delstudie I: Effekten av träningen är signifikant, både i två uthållighetstester för benen samt i
molekylära, mer objektiva mätningar av proteinaktivitet som man vet sedan tidigare ökar
med träning (se figur 1). Från den första träningsperioden har vi även analyserat totalt 486
000 specifika metyleringar av DNA vilket visar att över 10 000 olika platser i genomet
förändras med träning (figur 2), ett resultat som är det första någonsin att visa att en längre
tids uthållighetsträning kan påverka epigenetiken i skelettmuskulatur. Vi kan även koppla
förändringarna i metylering till hur försökspersonerna svarade på träningen samt skilja på
män och kvinnor om vi tittar på hur metyleringsmönstret ser ut i musklerna.
Delstudie II: Resultatet visar att en histonmodifiering som hindrar kopiering av gener minskar
med 6 veckors träning (se figur 7), vilket är intressant och troligtvis en viktig mekanism då
många gener ökar sin kopiering vid träning, helt i linje med vårt fynd. Vi ser också att
muskelcellernas kärnor ökar i volym med 6 veckors träning (figur 8), och håller nu på att titta
på betydelsen av detta.
Delstudie III: Med hjälp av ett chip har ett stort antal geners kopiering studerats före och
efter ett sprintträningspass. Resultatet visar att många gener som i slutändan leder till
produktion av epigenetiskt aktiva proteiner förändras med träningen (figur 9), vilket tyder på
att ett enda pass räcker för att påverka det epigenetiska systemet.
Delstudie IV: Genom att jämföra elitaktiva individer med normalaktiva har vi sett att flera
epgenetiskt aktiva gener har en annorlunda kopiering i de elitaktiva. Sirtuiner är en sådan
grupp, som påverkar histoner. Vi ser att Sirtuin 6 är mycket högre i de elitaktiva, medan
Sirtuin 1 är mycket lägre (se figur 10). Vi håller nu på att undersöka betydelsen av detta
genom att studera vad som händer i muskelceller då kopieringen av dessa gener
manipuleras så att det inte kan ske.
