Kiedy sport modyfikuje strukturę DNA, aby zapobiec cukrzycy?

Aktywność fizyczna jeszcze najwyraźniej nie pokazała nam wszystkich swoich zalet. I tym razem chodzi o coś zupełnie nieoczekiwanego: o DNA. Badanie to zostało przedstawione w przeglądzie specjalistycznym Cell Metabolis. W komórkach mięśniowych, niewielka ilość sportu prowadzi do zmian w strukturze molekuły jednostki ludzkiej, co ma pozwalać genom metabolizmu na wyrażanie się w większych ilościach.

A to ma mieć kluczowe znaczenie dla zdrowia, przede wszystkim w leczeniu cukrzycy. Kofeina może mieć podobne działanie, ale jedynie w zastrzykach domięśniowych.

Aktywność fizyczna: tajemnic ciąg dalszy

Zalety sportu poznajemy w różnych patologiach, poczynając od raka piersi i osteoporozy, kończąc na spadku poznawczym, przechodząc przez otyłość. A teraz, badacze ze szwedzkiego instytutu Karolinska Institutet pokazali coś, co zadziwiło wszystkich: aktywność fizyczna zmienia ekspresję niektóry genów związanych z oksydacją mięśniową albo regulacją glukozy, modyfikując strukturę DNA, w ciągu zaledwie kilku godzin.

Są to zmiany epigenetyczne. Do odkrycia tego badacze doszli prosząc 14 osób, niezbyt aktywych fizycznie, o pedałowanie na rowerze stacjonarym przez 20 minut. Przed i po wysiłku pobrano od tych ludzi komórki mięśnia na udzie.

Geny PGC-1alfa, MEF2A, TFAM

Szwedzcy naukowcy skupili sią nad aktywnością różnych genów: PGC-1alfa (czynnik transkrypcji, który zwiększa oksydację mięśniową), TFAM (reguluje transkrypcję DNA mitochondrialnego), MEF2A (reguluje transport glukozy wewnątrz i zewnątrz komórki).

W ciągu trzech godzin, które następowały po ćwiczeniu fizycznym, badacze zauważyli, że regiony promujące te geny straciły grupę metylową –CH3 (demetylacja).  A to sprawiło, że stały się one niedostępna dla enzymów odpowiedzialnych za transkrypcję.

W ten sposób, te fragmenty DNA stają się czytelne i przekładalne na proteiny. Efekt ten zależy również od intensywności wysiłku fizycznego: u tych osób, które ćwiczyły "całymi sobą", poziom demetylacji był większy.

Badacze już wcześniej ustalili powiązania między tymi genami a cukrzycą typu 2, ponieważ u chorych geny te są mniej wyrażone. Teraz, naukowcy uważają, że to właśnie może być przyczyną braku odpowiedzi na insulinę. Co więcej, zalety aktywności fizycznej w przypadku cukrzycy mamy już potwierdzone w skali molekularnej. Nic tylko się cieszyć.

Aby więc sprawdzić, czy wysiłek fizyczny dotyczy demetylacji systematycznej, badacze również przeanalizowali geny, które nie są związane z metabolizmem i stwierdzili, że nie ma w nich żadnych zmian: oznacza to, że te zmiany w strukturze DNA są celowane.

Bardzo szybkie modyfikacje epigenetyczne

To, co może najbardziej zaskakiwać w tych odkryciach to fakt, z jaką prędkością zachodzą te zmiany. Uważano, że kiedy tylko komórka przejdzie etap różnicowania, to jej epigenom – czyli całość modyfikacji genetycznych – pozostaje bardzo stabilny. A tutaj, badacze szwedzcy stwierdzają coś zupełnie innego.

Co więcej, wystarczyło zaledwie kilka godzin odpoczynku, żeby geny odzyskały swój poprzedni stan metylacji. Ale, badacze teraz uważają, że regularna aktywność fizyczna ma tendencję do podnoszenia podstawowego poziomu ekspresji genetycznej, dzięki czemu powstają zmiany epigenetyczne, które chronią przed cukrzycą. Sekretem jest więc regularność.

Aby dowiedzieć się jeszcze więcej na ten temat, naukowcy przeprowadzili badania nad tkanką mięśniową szczurów. Wstrzyknęli więc gryzoniom potężną dawkę kofeiny. I w tym przypadku, uzyskali takie same wyniki pod kątem demetylacji co w poprzednich doświadczeniach.

Ale, naukowcy od razu zastrzegają, że lepiej jednak wybrać poranny jogging, ponieważ kofein działa głównie na centralny układ nerwowy. Więc jeżeli chcielibyśmy uzyskać takie same efekty na poziomie mięśni co u szczurów, musielibyśmy wypić co najmniej pięćdziesiąt filiżanek kawy dziennie. A to jest już śmiertelna dawka kofeiny.