Muskulatur: Marathonmaus - modern gedopt
Sportler trainieren hart, um schnell und ausdauernd zu werden. Ein paar Mäuschen verhalf eine moderne Dopingmethode zu besseren Laufleistungen.
© Susanne Wolf/Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (Ausschnitt)
Muskel ist nicht gleich Muskel. Je nach Anforderung spezialisieren sich die einzelnen Muskeln auf zähe Ausdauerarbeit oder auf schnelle, kurze Kraftakte und sind dementsprechend strukturiert. So enthalten diejenigen Muskeln, die vorwiegend langwierige Haltearbeit zu verrichten haben, vorwiegend Muskelfasern vom so genannten Typ I und Typ IIa. Diese Fasertypen sind vollgestopft mit Mitochondrien, die den Muskel durch einen Sauerstoff verbrauchenden Prozess mit reichlich Energie versorgen. Sie sind also optimal für lang andauernde Arbeit und ermüden nur langsam.
Muskeln hingegen, die in erster Linie schnellen, kraftvollen Bewegungen dienen, sind vollgepackt mit Typ IIb-Fasern, die nur wenig Mitochondrien enthalten und die Energie vorwiegend ohne Sauerstoffverbrauch aus der anaeroben Glykolyse gewinnen. Sie sind bestens geeignet für kurze, plötzliche Kontraktionen und ermüden schnell.
Kein Muskel besteht dabei ausschließlich aus einem Fasertyp, und durch entsprechendes Training können die beiden Fasertypen ineinander umgewandelt werden.
Zusätzlich gibt es im Muskel noch einen weiteren Fasertyp, der Eigenschaften der anderen Muskelfasern in sich vereint: Die Typ IIx-Fasern. Über diesen Fasertyp weiß man recht wenig, da er nur in geringer Menge vorkommt und sich daher den Untersuchungen entzieht. Offenbar gewinnt er – wie die langsamen Typ I-Fasern – die Energie aerob, bringt aber eine Kraftleistung wie die schnellen Typ IIb-Fasern und kann in IIa-Fasern umgewandelt werden. Etwas mehr Licht ins Dunkel um diesen Fasertyp brachte nun Zoltan Arany unter der Leitung von Bruce Spiegelman von der Harvard Medical School zusammen mit seiner Arbeitsgruppe.
Die Wissenschaftler interessierten sich für die Rolle, die ein bestimmter transskriptionaler Coaktivator, PGC-1beta, bei der Umwandlung der Muskelfasern in einen anderen Fasertyp spielt. Solche Coaktivatoren kontrollieren über den Umweg einer Interaktion mit weiteren Proteinen die Aktivität von Genen. Der Coaktivator PGC-1alpha ist beispielsweise wichtig für die Umwandlung vom schnellen in den langsamen Muskelfasertyp – aber er ist nicht der einzig verantwortliche Faktor. Arany und Kollegen wollten nun herausfinden, ob PGC-1beta dabei auch mitmischt.
Dazu entwickelten die Forscher genetisch veränderte Mäuse, deren Muskeln deutlich mehr als normal des Coaktivators PGC-1beta enthielten. Die Muskeln der transgenen Mäuse waren mit deutlich mehr Mitochondrien ausgestattet als unveränderte Kontrollmäuse und waren dadurch deutlich röter. Auch die Faserzusammensetzung der Muskeln war verändert: Sie bestanden aus nur wenigen Typ-I-, Typ-IIa- und Typ-IIb-Fasern und hatten dafür umso mehr Typ-IIx-Fasern. Die genetische Manipulation hatte also die Menge dieses eigentlich seltenen Fasertyp drastisch erhöht und dadurch den Muskelaufbau stark verändert.
Da die Mäuse nun derart viele Muskelfasern hatten, die ihre Energie oxidativ gewinnen, sollten diese Nager ausgesprochen ausdauernd sein, vermuteten die Wissenschaftler. Der Laufradtest bestätigte die Annahme: Die Tierchen hielten durchschnittlich 32,5 Minuten Dauerlauf – dies entspricht einer Laufstrecke von 746 Metern – aus, bevor sie am Ende ihrer Kräfte waren; unveränderte Mäuse hingegen brachen bereits nach 26 Minuten und nur 516 Metern Laufstrecke zusammen.
"Wir haben gezeigt, dass eine erhöhte Menge an oxidativen IIx-Fasern die athletische Leistung von Mäusen erhöht", sagt Arany. Aus normalen Nagern wurden dadurch Marathonmäuse, die locker und ohne spezielles Training längere Strecken zurücklegen als die nicht manipulierten Tiere.
Muskeln hingegen, die in erster Linie schnellen, kraftvollen Bewegungen dienen, sind vollgepackt mit Typ IIb-Fasern, die nur wenig Mitochondrien enthalten und die Energie vorwiegend ohne Sauerstoffverbrauch aus der anaeroben Glykolyse gewinnen. Sie sind bestens geeignet für kurze, plötzliche Kontraktionen und ermüden schnell.
Kein Muskel besteht dabei ausschließlich aus einem Fasertyp, und durch entsprechendes Training können die beiden Fasertypen ineinander umgewandelt werden.
Zusätzlich gibt es im Muskel noch einen weiteren Fasertyp, der Eigenschaften der anderen Muskelfasern in sich vereint: Die Typ IIx-Fasern. Über diesen Fasertyp weiß man recht wenig, da er nur in geringer Menge vorkommt und sich daher den Untersuchungen entzieht. Offenbar gewinnt er – wie die langsamen Typ I-Fasern – die Energie aerob, bringt aber eine Kraftleistung wie die schnellen Typ IIb-Fasern und kann in IIa-Fasern umgewandelt werden. Etwas mehr Licht ins Dunkel um diesen Fasertyp brachte nun Zoltan Arany unter der Leitung von Bruce Spiegelman von der Harvard Medical School zusammen mit seiner Arbeitsgruppe.
Die Wissenschaftler interessierten sich für die Rolle, die ein bestimmter transskriptionaler Coaktivator, PGC-1beta, bei der Umwandlung der Muskelfasern in einen anderen Fasertyp spielt. Solche Coaktivatoren kontrollieren über den Umweg einer Interaktion mit weiteren Proteinen die Aktivität von Genen. Der Coaktivator PGC-1alpha ist beispielsweise wichtig für die Umwandlung vom schnellen in den langsamen Muskelfasertyp – aber er ist nicht der einzig verantwortliche Faktor. Arany und Kollegen wollten nun herausfinden, ob PGC-1beta dabei auch mitmischt.
Dazu entwickelten die Forscher genetisch veränderte Mäuse, deren Muskeln deutlich mehr als normal des Coaktivators PGC-1beta enthielten. Die Muskeln der transgenen Mäuse waren mit deutlich mehr Mitochondrien ausgestattet als unveränderte Kontrollmäuse und waren dadurch deutlich röter. Auch die Faserzusammensetzung der Muskeln war verändert: Sie bestanden aus nur wenigen Typ-I-, Typ-IIa- und Typ-IIb-Fasern und hatten dafür umso mehr Typ-IIx-Fasern. Die genetische Manipulation hatte also die Menge dieses eigentlich seltenen Fasertyp drastisch erhöht und dadurch den Muskelaufbau stark verändert.
Da die Mäuse nun derart viele Muskelfasern hatten, die ihre Energie oxidativ gewinnen, sollten diese Nager ausgesprochen ausdauernd sein, vermuteten die Wissenschaftler. Der Laufradtest bestätigte die Annahme: Die Tierchen hielten durchschnittlich 32,5 Minuten Dauerlauf – dies entspricht einer Laufstrecke von 746 Metern – aus, bevor sie am Ende ihrer Kräfte waren; unveränderte Mäuse hingegen brachen bereits nach 26 Minuten und nur 516 Metern Laufstrecke zusammen.
"Wir haben gezeigt, dass eine erhöhte Menge an oxidativen IIx-Fasern die athletische Leistung von Mäusen erhöht", sagt Arany. Aus normalen Nagern wurden dadurch Marathonmäuse, die locker und ohne spezielles Training längere Strecken zurücklegen als die nicht manipulierten Tiere.
"Wir haben gezeigt, dass eine erhöhte Menge an oxidativen IIx-Fasern die athletische Leistung von Mäusen erhöht"
(Zoltan Arany)
Die Wissenschaftler versprechen sich aus diesen Beobachtungen neue Therapieansätze für Menschen, deren Muskeln durch Lähmung, Bettlägerigkeit oder Krankheit dahinschwinden. Doch auch so manch ein Sportmediziner wird diese Ergebnisse und weitere darauf aufbauende Entwicklungen mit wachen Augen verfolgen, versprechen sie doch eine deutliche Leistungssteigerung – die leicht Dopingkontrollen unterlaufen könnte, sofern Gendoping eines Tages für den Menschen geeignet sein sollte.
(Zoltan Arany)
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