Trainieren-Gen Muskelmäuse zeigen den Effekt von Ausdauertraining

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Training lässt die Muskeln wachsen – und zeigt sich sogar in den Genen: Forscher haben im Mausmodell herausgefunden, dass Ausdauertraining epigenetische Veränderungen in den Muskeln bewirkt. Sollten sich die Erkenntnisse auf den Menschen übertragen lassen, wäre dies relevant für den Leistungssport sowie für die Therapie von Muskelerkrankungen.

Ausdauersport ist gesund. Wer regelmäßig trainiert, stärkt die körperliche Fitness und das Wohlbefinden. In den Muskeln kommt es durch das Training zu umfangreichen Umbauarbeiten. Dies schlägt sich in typischen Trainingseffekten nieder: Die Muskeln ermüden weniger schnell, stellen mehr Energie bereit und können Sauerstoff besser nutzen.

„Dass sich Muskeln an sportliche Belastungen anpassen, ist nichts Neues“, sagt Prof. Dr. Christoph Handschin, der am Biozentrum der Universität Basel seit langem über die Muskelbiologie forscht. „Wir wollten herausfinden, was genau dabei im Muskel geschieht.“

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Training zeigt sich in den Genen

In seiner aktuellen Studie hat das Team um Handschin untrainierte mit trainierten Mäusen verglichen und untersucht, welche Gene ihre Aktivität durch das Training verändern. „Da der Umbau des Muskels durch Ausdauersport so massiv ist, dachten wir, dass sich die Anpassungen auch in den Genen widerspiegeln würden“, sagt Erstautorin Dr. Regula Furrer. „Entgegen unserer Erwartungen sind im Ruhezustand in einem trainierten Muskel im Vergleich zum untrainierten jedoch relativ wenig, nämlich nur etwa 250 Gene in ihrer Aktivität verändert. Im Gegensatz dazu werden direkt nach einer Trainingseinheit zwischen rund 1.800 und 2.500 Gene reguliert.“ Wie viele und welche Gene aktiv sind, hängt laut den Forschern stark vom Trainingszustand ab.

Muskelkater durch Entzündungs-Gene

Der Trainingszustand der Mäuse hatte einen großen Einfluss auf die Gen-Aktivität. So aktiviert Ausdauertraining im untrainierten Muskel beispielsweise Gene für Entzündungen, ausgelöst durch winzige Beschädigungen, die wir als Muskelkater kennen. „In trainierten Mäusen sehen wir das nicht, bei ihnen sind eher Gene aktiv, die den Muskel schützen“, erklärt Furrer. „Trainierte Muskeln reagieren vollkommen anders auf den Trainingsstress. Sie sind effizienter und robuster, kurz gesagt, sie können besser mit der Belastung umgehen.“

Im Video vom Biozentrum Basel gibt Dr. Regula Furrer Einblick in die Forschungsergebnisse zu Muskelveränderung durch Ausdauertraining

Regelmäßiger Sport verändert das epigenetische Muster im Muskel

Doch wie ist es möglich, dass die Muskeln je nach Trainingszustand so unterschiedlich reagieren? Die Antwort fanden die Forschenden unter anderem in der Epigenetik. Durch so genannte epigenetische Modifikationen (chemische Markierungen im Erbgut) werden Gene an- oder ausgeschaltet. „Erstaunlich war, dass sich das epigenetische Muster zwischen untrainierten und trainierten Muskel so stark voneinander unterscheidet und dass einige dieser Modifikationen bei Schlüsselgenen auftreten, die selbst zahlreiche andere Gene steuern.“ führt Furrer aus. Dadurch wird bei sportlicher Betätigung in trainierten Muskeln ein anderes Programm in Gang gesetzt als in untrainierten.

Die epigenetische Information ist ein wichtiger Faktor, der bestimmt, wie der Muskel auf Training reagiert. „Regelmäßiges Ausdauertraining verändert das epigenetische Muster im Muskel, sowohl kurz- als auch langfristig“, resümiert Handschin. „Trainierte Muskeln sind aufgrund ihres epigenetischen Musters auf langandauernde Belastungen vorbereitet. Sie reagieren viel schneller und arbeiten effizienter – Mit jedem Training wird der Muskel ausdauernder.“

Erkenntnisse in Mäusen sollen auch den Menschen helfen

In ihrer Studie zeigen die Forschenden bei Mäusen, wie sich die Muskeln im Laufe der Zeit an regelmäßiges Ausdauertraining anpassen. Nun gilt es herauszufinden, ob sich die Erkenntnisse auch auf den Menschen übertragen lassen. Im Leistungssport könnte man mit Biomarkern für den Trainingsfortschritt das Training effizienter machen.

Vielleicht noch wichtiger: „Wenn wir wissen, wie der gesunde Muskel funktioniert, können wir verstehen, was bei Krankheiten falsch läuft“, sagt Handschin. Dies ist wichtig für neue Therapieansätze zum Beispiel für alters- oder krankheitsbedingten Muskelschwund.

Originalpublikation: Regula Furrer, Barbara Heim, Svenia Schmid, Sedat Dilbaz, Volkan Adak, Karl J.V. Nordström, Danilo Ritz, Stefan A. Steurer, Jörn Walter, Christoph Handschin: Molecular control of endurance training adaptation in male mouse skeletal muscle, Nature Metabolism (2023); DOI:10.1038/s42255-023-00891-y

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