Abstract

Der Skelettmuskel zeigt eine enorme Plastizität als Anpassung an körperliche Belastung. Damit wird der Muskel so verändert, dass Energiebereitstellung, Leistungsfähigkeit, Kraft und Ausdauer gesteigert werden. Nur einige der vielfältigen Mechanismen, die diese Änderungen in Struktur und Funktion auslösen, sind bisher bekannt. Sie beinhalten neben akuter Regulation der Aktivität von Stoffwechselenzymen während der Belastung eine Änderung der Transkription und Translation, aber auch posttranslationale Modifikation der neu synthetisierten Proteine. Die Untersuchung zur Erfassung dieser Vorgänge sollten möglichst viele Anpassungsebenen erfassen um Signalkaskaden zu charakterisieren. Idealerweise untersucht man „CASSETTES“, also Gruppen von Proteinen, deren Neusynthese und Funktionszustand durch bestimmte Transkriptionsfaktoren und Regelmechanismen kontrolliert werden, und die auch koordinierte Aufgaben erfüllen (z.B. HIF-1α abhängige Transkription zur Anpassung der O2-Versorgung und des Stoffwechsels). Eine wichtige Voraussetzung zum Erreichen einer hohen Aussagekraft ist das Studiendesign um z.B. Anpassung durch Substratverarmung von mechanischer Beanspruchung, oder um Aufbaumechanismen nach Muskelruhigstellung vom Aufbau des bereits trainierten Muskels zu trennen. So wird die Transkription bereits während einer Belastung stimuliert, wozu bereits kurze Belastungen reichen. Die geänderte Transkription hält Genspezifisch unterschiedlich lange nach der Belastung an. Auslöser der Änderung der Genexpression sind Stoffwechselgrößen wie AMP, Glykogen Verarmung, sowie Hypoxie, aber auch mechanische Reize und die belastungsinduzierte Zunahme des intrazellulären Ca, die alle unabhängig von einander aber auch komplex vernetzt die Genexpression und so die Ausprägung eines Fasertypus auslösen. Verf.-Referat

Abstract

Skeletal muscle is characterized by an enormous plasticity in adjustments to muscular exercise to increase ATP-production, work capacity, force development and endurance. Mechanisms of adjustment are not well understood. They include acute adjustments of enzyme activity during exercise as well as altered transcription and translation, but also post-translational modifications of newly-synthesized proteins. Methodological approaches should cover as many levels of adjustment as possible for optimal characterization of signalling cascades. Ideally, “cassettes” are studied, which are groups of proteins whose synthesis and function are controlled by certain transcription factors and regulatory mechanisms, and which fulfil coordinated tasks (e.g. HIF-1α dependent transcription for the adjustment of oxygen delivery and metabolism). Requisite to successful research is a study design able to distinguish adjustments caused by metabolic depletion from mechanical strain, or upregulation of transcription after immobilization from build-up in an already-trained muscle. Gene expression is already stimulated during short-term exercise. The duration of increased transcriptional activity after exercise differs among genes. Gene expression is stimulated by increased concentrations of AMP, depletion of glycogen stores, by hypoxia, but also by mechanical stimuli and the exercise-induced increase in intracellular Ca. Each of these mechanisms can stimulate gene expression independently, but also complex interactions among different stimuli have been observed to initiate formation of distinct muscle fiber types. Verf.-Referat