Trainingsart beinflusst epigenetische Anpassungen

Kardiovaskuläre Fitness, meist gemessen über die VO₂max, ist ein etablierter Prädiktor für Gesundheit, Leistungsfähigkeit und Langlebigkeit. Die strukturellen und funktionellen Veränderungen der Skelettmuskulatur durch Ausdauer- oder Krafttraining beruhen auf komplexen molekularen Prozessen, die bislang nur teilweise verstanden waren. Eine neue Multi-Omics-Metaanalyse mit Daten von über 1000 Personen und mehr als 2300 Muskelproben liefert nun ein umfassendes Bild der trainingsspezifischen Anpassung auf Ebene von DNA-Methylierung, Transkriptom und Proteom (1).

Die Ergebnisse zeigen, dass insbesondere Ausdauertraining zu tiefgreifenden molekularen Anpassungen führt. Mehr als 66000 Methylierungsstellen im Muskel verändern sich nach einer Einheit, während nach Krafttraining nur 140 Stellen betroffen waren. Auch bei der Genexpression ergaben sich deutliche Unterschiede: 845 mRNAs waren mit Ausdauertraining assoziiert, aber nur 51 mit Krafttraining. Auf Proteinebene fanden sich ausschließlich bei aeroben Interventionen signifikante Veränderungen. Die so aktivierten Signalwege betrafen vor allem mitochondriale Prozesse, den Energiestoffwechsel, Muskelkontraktion sowie die RNA-Verarbeitung – zentrale Prozesse für eine verbesserte oxidative Kapazität und Ausdauerleistung.

Ein zentrales Ergebnis der Untersuchung ist, dass die Art des Trainings beeinflusst, welche epigenetischen Signaturen entstehen. So aktiviert Ausdauertraining bevorzugt Gene, die den mitochondrialen Stoffwechsel und die oxidativen Kapazitäten verbessern. Krafttraining hingegen löst deutlich weniger epigenetische Veränderungen aus. Die Autoren sehen darin einen Hinweis, dass strukturelle Anpassungen wie Muskelhypertrophie weniger auf epigenetischer Regulation beruhen.

Auf molekularer Ebene konnten fünf Gene identifiziert werden, die über alle Omics-Ebenen hinweg (DNA-Methylierung, mRNA-Expression, Protein-Level) konsistent mit einer erhöhten VO₂max assoziiert waren: NCEH1, ALDH6A1, HSPA2, PARK7 und CAB39. Sie stehen für zentrale Prozesse wie Lipidstoffwechsel, mitochondriale Funktion, Zellstress und Energiehomöostase.

Bemerkenswert ist zudem die beobachtete epigenetische Synergie. Transkriptionsfaktoren wirken gemeinsam mit Methylierungsmustern, um Genexpression fein zu steuern. Aktivator-Transkriptionsfaktoren wie GATA2 oder GRHL2 fördern unter Bedingungen geringer Methylierung die Expression zielgerichteter Gene. Dieser Mechanismus trägt vermutlich zur langfristigen metabolischen Umprogrammierung bei. Die molekulare Antwort auf Training wird somit nicht nur durch einfache Up- oder Downregulation einzelner Gene bestimmt, sondern durch ein fein abgestimmtes Zusammenspiel epigenetischer Marker und transkriptioneller Kontrollelemente.

Fazit: Die Ergebnisse legen nahe, dass aerobe Belastung zu einer nachhaltigen Reprogrammierung der Skelettmuskulatur führt – mit Auswirkungen auf Stoffwechsel, Regeneration und Anpassungskapazität.

■ Hutterer C