Modulation der Myostatin-Signalisierung als Reaktion auf Training und anabole Manipulationen - Mosler, S. C. (Deutsche Sporthochschule Köln, 2013)
Zusammenfassung: Der Muskelwachstumsfaktor Myostatin ist ein negativer Regulator des Muskelwachstums. Das Ausschalten seiner Genexpression, aufgrund natürlicher Mutationen oder genetischer Manipulationen, führt zu einer deutlichen Zunahme der Muskelmasse, zu einer Reduktion des Körperfetts sowie zu einer verbesserten Insulinsensitivität. Die Beeinflussung des Myostatinsignalwegs mit dem Ziel, das Muskelwachstum zu steigern und den Körperfettgehalt zu reduzieren, scheint eine vielversprechende Methode zur Behandlung von Muskelerkrankungen und typischen Zivilisationskrankheiten wie Typ II Diabetes oder Adipositas zu sein. Allerdings könnten entsprechende Strategien auch die Muskelmasse gesunder Individuen steigern, wodurch derartige Maßnahmen zukünftig auch von Athleten für Dopingzwecke missbraucht werden könnten. Folglich stehen Anti-Doping-Forscher vor der Herausforderung, neue Strategien zur Detektion von Manipulationen am Myostatinsignalweg zu entwickeln. Für die Entwicklung indirekter Nachweisverfahren ist es entscheidend, natürliche Anpassungen im Körper von Athleten von unnatürlichen, durch Dopingmittel hervorgerufene Veränderungen zu differenzieren. Daher liegt der Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit in der Untersuchung des Myostatinsignalwegs unter dem Einfluss von Training, endogenen Hormonen, Geschlecht, anabolen Steroiden und pharmakologischen Myostatininhibitoren. Die durchgeführten Experimente verfolgten das Ziel, Manipulationen am Myostatinsignalweg zu detektieren. Eine angewandte Strategie war hierbei die Bestimmung verschiedener Proteine im Blut, die in der Regulation der physiologischen Aktivität von Myostatin involviert sind. Ein interessanter Befund dieser Arbeit ist der Nachweis, dass Follistatin (FOLLI) und Myostatin Propeptid (MYOPRO), Proteine die die Aktivität von Myostatin vermindern, geschlechtsspezifisch reguliert werden. Im Zuge der Experimente wurde nachgewiesen, dass Frauen höhere FOLLI und niedrigere MYOPRO-Serumkonzentrationen im Vergleich zu Männern aufweisen. Es wurde gezeigt, dass die Konzentrationen dieser Proteine über einen längeren Zeitraum stabil bleiben und auch im Verlauf des weiblichen Menstruationszyklusses nicht signifikant verändert werden. Desweiteren deuten die Untersuchungen darauf hin, dass die beiden Proteine durch die Einnahme von anabolen Steroiden reguliert werden können. Das durchgeführte Krafttraining bewirkte dagegen keine signifikanten Veränderungen in der FOLLI oder MYOPRO-Konzentration. In einem Trainingsmodell mit intakten Ratten wurde gezeigt, dass die endogenen Testosteron- und LH-Konzentrationen durch eine subkutane Verabreicherung des anabolen Steroids Metandienon gesenkt werden. Für zukünftige Untersuchungen könnte daher die Analyse dieser beiden Hormone in Betracht gezogen werden, um einen indirekten Nachweis von anabolen Steroiden zu gewährleisten. Ein weiterer Themenbereich dieser Arbeit befasst sich mit der Frage, inwieweit eine Myostatinhemmung mittels RNA Interferenz (RNAi) die Skelettmuskeladaptation sowie den Lipid- und Glukosestoffwechsel beeinflusst. Die im Rahmen eines Tierexperiments gewonnenen Daten zeigen, dass die transiente Genrepression von Myostatin mittels siRNA bei Mäusen zu Muskelhypertrophie führt, die möglicherweise auf eine Aktivierung von Satellitenzellen zurückzuführen ist. Es wurde beobachtet, dass die mRNA-Expression der Satellitenzellenmarker Pax-7 und MyoD nach Myostatinhemmung signifikant erhöht ist. Desweiteren wurde bei den siRNA behandelten Mäusen nachgewiesen, dass diese weniger viszerales Körperfett, niedrigere Leptinkonzentrationen, verbesserte Serumlipidspiegel und eine Veränderung in der Genexpression verschiedener Peroxisom-Proliferator-aktivierter Rezeptoren (PPARs) im Gastrocnemiusmuskel und in der Leber aufweisen. Diese Erkenntnisse machen deutlich, dass eine Myostatinhemmung mittels siRNA nicht nur einen wesentlichen Einfluss auf das Muskelwachstum, sondern auch auf den Lipid- und Glukosestoffwechsel haben kann. Damit bestätigen die Ergebnisse der Studie, dass die Modulation des Myostatinsignalwegs mittels RNAi zukünftig eine potentielle Strategie zum Missbrauch für Dopingzwecke werden könnte, wodurch die Notwendigkeit der Etablierung indirekter Dopingnachweisverfahren bestärkt wird. Im Hinblick auf die Dopingprävention deuten die erhobenen Daten darauf hin, dass die Analyse der Serumkonzentration des Fettgewebshormons Leptin eine geeignete Strategie zum indirekten Nachweis von Myostatinmanipulationen sein könnte. Neben der Bestimmung verschiedener Proteine im Blut, die sich für die Dopinganalytik als relevant herausgestellt haben, deuten die Ergebnisse der Studie darauf hin, dass eine Myostatinhemmung mittels RNAi für therapeutische Zwecke von Bedeutung sein könnte. Ein weiteres wichtiges Ergebnis dieser Arbeit ist die Identifizierung eines löslichen Activin IIB Rezeptors (ACTIIB), dessen Konzentration durch Myostatin Knockout, Myostatinhemmung, Geschlecht und der Verabreichung anaboler Steroide beeinflusst wird. Die Konzentration der löslichen Rezeptorform wurde sowohl nach Myostatin Knockout als auch Myostatin Knockdown durch siRNA erhöht. Damit könnten sich Manipulationen am Myostatinsignalweg über die Bestimmung von ACTIIB im Serum detektieren lassen. Die vorliegende Arbeit gewährt neue Einblicke in die Regulation des Myostatinsignalwegs als Antwort auf Trainingsreize, endogene und exogene Hormone sowie Myostatinhemmung. Im Zuge der Experimente konnte gezeigt werden, dass sich anhand der Bestimmung verschiedener Proteine im Blut, die in der Regulation der physiologischen Aktivität von Myostatin involviert sind, der Nachweis von anabolen Steroiden und Myostatininhibitoren realisieren lässt. Damit konnte ein wertvoller Beitrag für die zukünftige Etablierung eines indirekten Nachweisverfahrens zur Detektion von Manipulationen am Myostatinsignalweg geleistet werden. Nicht zuletzt ergeben sich aus den gewonnenen Erkenntnissen auch neue potentielle Therapieansätze zur Behandlung von Muskelerkrankungen und Typ II Diabetes oder Adipositas.