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Fortsetzung Individualisiertes Training – ein biopsychosozialer Ansatz

Trainingserfahrung und epigenetische Prägung

In jüngster Zeit mehren sich die Hinweise darauf, dass sich die individuelle Trainierbarkeit im Lebensverlauf durch äußere Faktoren, wie beispielsweise Ernährung oder Stress, verändern kann. Hier kommt das noch junge Fachgebiet der Epigenetik ins Spiel. Die Epigenetik befasst sich mit Prozessen, welche die Genexpressionsmuster spezifisch und längerfristig verändern, ohne die Basensequenz der DNA selbst zu beeinflussen. Die DNA-Sequenz ist weitgehend stabil und kann lediglich über nicht zielgerichtete Mutationen, welche im Verlauf vieler Generationen und über lange Zeiträume über natürliche Selektion „geprüft“ wurden, verändert werden.

Epigenetische Veränderungen können dagegen schnell und zielgerichtet erfolgen und ermöglichen dadurch eine effiziente Anpassung eines einzelnen Individuums – nicht nur einer Spezies – an sich ändernde Umweltbedingungen. So können Umweltreize wie körperliches Training oder Ernährung epigenetische Veränderungen hervorrufen, die dann nachfolgend beeinflussen, wie das Individuum auf weitere Reize, wie z. B. eine erneute Trainingseinheit, reagiert. Mechanistisch werden epigenetische Veränderungen durch ähnliche Signale gesteuert, die auch die direkte transkriptionelle Antwort auf einen Trainingsreiz kontrollieren, also z. B. durch differentielle Calciumströme.
Die wichtigsten epigenetischen Veränderungen sind die DNA-Methylierung (vor allem die Modifikation von Cytosin zu 5-Methylcytosin primär im Bereich von Promotorregionen), die Methylierung und Azetylierung von Histonen sowie die (von manchen Autoren nicht im engeren Sinne als „epigenetisch“ angesehene) Regulation der Genexpression durch sogenannte microRNAs (miRNAs) (2).

Ein prominentes Beispiel für einen epigenetischen Regulationsmechanismus in Zusammenhang mit körperlichem Training ist die Induktion des PGC-1alpha-Gens im Skelettmuskel nach einer aeroben Belastung, welche durch Demethylierung des entsprechenden Promotorbereichs gesteuert wird. PGC-1alpha (Peroxisome proliferator-activated receptor-gamma coactivator-1alpha) spielt eine entscheidende Rolle bei der mitochondrialen Biogenese und Angiogenese (4) und ist damit ein wichtiger Faktor bei der metabolischen Anpassung an Ausdauertraining (11, 14). Diese Hypomethylierung ist bereits nach einer einzelnen Trainingseinheit zu beobachten und wird auch, aber nicht ausschließlich, durch differentiellen Calciumeinstrom gesteuert. Für die Methylierung und Azetylierung von Histonen sowie die Entfernung der entsprechenden Markierungen existiert eine Vielzahl von Enzymen mit unterschiedlicher Spezifität. Hervorzuheben sind hier insbesondere die Histon-Deazetylasen (HDAcs) der Klasse IIa, von denen schon seit längerem bekannt ist, dass sie in die Regulation des myocyte enhancer factor 2 (MEF2) involviert sind. MEF2 ist ein Transkriptionsfaktor, der für die aerobe Anpassung der Muskelfaser wichtig ist (2, 6).

Epigenetische Charakteristika könnten aber nicht nur als spezifische Trainingsmarker, sondern auch als Prädiktoren für den Grad der Trainingsanpassung fungieren. So ist es denkbar, dass „Non-Responder“ in Bezug auf eine bestimmte Trainingsform oder –intensität, wie z. B. MICE (Moderate Intensity Continuous Exercise) oder HIIT (High Intensity Interval Training), im Skelettmuskel oder auch in anderen Geweben, wie dem kardiovaskulären oder dem respiratorischen System, charakteristische epigenetische Muster aufweisen. Darüber hinaus wird angenommen, dass bewegungsinduzierte epigenetische Modifikationen lebenslange positive Wirkungen haben können.

Eine sehr interessante Vermutung lässt sich in diesem Zusammenhang aus einem Review von Alegria-Torres et al. (1) ableiten. Die Autoren berichten u.a., dass ältere Menschen, deren periphere Blutlymphozyten in bestimmten Bereichen der DNA einen hohen Methylierungsgrad zeigen, eine geringere Inzidenz von Mortalität aufgrund ischämischer Herzkrankheit und Schlaganfall aufweisen. Ein höherer Methylierungsgrad dieser Regionen ist – so die Autoren – auch mit körperlicher Aktivität assoziiert. Zukünftig wäre es daher interessant zu analysieren, ob es einen kausalen Zusammenhang zwischen Methylierungsgrad der entsprechenden Regionen und Absenkung des kardiovaskulären Risikoprofils durch körperliche Aktivität gibt (1).

Relativ viele Indizien sprechen in jedem Fall dafür, dass frühere Trainingsepisoden eine Art „Epi-Memory“ (14) induzieren könnten, die in der Folge die molekulare Antwort einer Zelle, beispielsweise einer Muskelfaser, auf einen späteren Trainingsstimulus beeinflussen, sogar wenn dieser Stimulus lange Zeit später erfolgt. Verschiedenen Studien zufolge lässt sich sogar vermuten, dass Trainingsreize bei Eltern zu epigenetischen Veränderungen in der Skelettmuskulatur führen, die wiederum bei deren Nachkommen „erinnert“ werden können (14).