Trainieren Sie mit einer Pille

31. Juli 2008

Trainieren Sie mit einer Pille

31. Juli 2008

LA JOLLA, CA – Versuchen Sie, die gesundheitlichen Vorteile von Bewegung zu nutzen? Vergessen Sie Laufbänder und Spinning-Kurse, Forscher am Salk Institute for Biological Studies haben möglicherweise einen Weg gefunden, Schweiß und Schmerzen zu umgehen. Sie identifizierten zwei Signalwege, die als Reaktion auf körperliche Betätigung aktiviert werden und zusammenlaufen, um die Ausdauer dramatisch zu steigern.

Das Wissenschaftlerteam unter der Leitung von Howard Hughes Medical Investigator Ronald M. Evans, Ph.D., Professor im Gene Expression Laboratory des Salk Institute, berichtet in der Online-Vorabausgabe der Zeitschrift vom 31. Juli Zelle dass die gleichzeitige Auslösung beider Wege mit oralen Medikamenten Labormäuse zu Langstreckenläufern machte und viele weitere Vorteile des Trainings mit sich brachte.

Zusätzlich zu ihrem Reiz für Ausdauersportler haben Medikamente, die die Auswirkungen von Bewegung nachahmen, therapeutisches Potenzial bei der Behandlung bestimmter Muskelerkrankungen wie Muskelschwund und Gebrechlichkeit sowie Fettleibigkeit und einer Reihe damit verbundener Stoffwechselstörungen, bei denen Bewegung bekanntermaßen von Vorteil ist.

Frühere Arbeiten mit gentechnisch veränderten Mäusen im Evans-Labor hatten gezeigt, dass die dauerhafte Aktivierung eines genetischen Schalters namens PPAR-Delta Mäuse zu unermüdlichen Marathonläufern machte. Zusätzlich zu ihrer außergewöhnlichen Ausdauer waren die veränderten Mäuse resistent gegen Gewichtszunahme, selbst wenn sie mit einer fettreichen Diät gefüttert wurden, die bei gewöhnlichen Mäusen zu Fettleibigkeit führte. Zusätzlich zu ihrem schlanken und kräftigen Körperbau verbesserte sich auch ihre Reaktion auf Insulin, wodurch der zirkulierende Glukosespiegel sank.

„Wir wollten wissen, ob ein für PPAR-Delta spezifisches Medikament die gleichen positiven Wirkungen haben würde“, sagt Evans. „Gentechnik beim Menschen, im Zusammenhang mit sportlicher Leistung allgemein als Gendoping bezeichnet, ist zwar machbar, aber sehr unpraktisch.“

Ein Prüfpräparat, das nur als GW1516 identifiziert wurde (und nicht im Handel erhältlich ist), erfüllte diese Anforderungen. Als der Postdoktorand und Hauptautor Vihang A. Narkar, Ph.D., die Substanz über einen Zeitraum von vier Wochen an Labormäuse verfütterte, erlebten die Forscher eine Überraschung.

„Wir haben die erwarteten Vorteile bei der Senkung der Fettsäuren und des Blutzuckerspiegels erzielt, aber keinen Effekt, absolut keinen, auf die Trainingsleistung“, sagt Narkar. Unbeirrt ließ er die mit GW1516 behandelten Mäuse einem regelmäßigen Trainingsprogramm unterziehen und ließ sie jeden Tag bis zu 50 Minuten auf einem Laufband laufen.

Nun verbesserte genau das gleiche Medikament, das bei sesshaften Tieren keine Wirkung gezeigt hatte, die Ausdauer im Vergleich zum alleinigen Training um 77 Prozent und erhöhte den Anteil der „nicht ermüdenden“ oder „langsam zuckenden“ Muskelfasern um 38 Prozent. Das Ergebnis war zwar sehr dramatisch, warf jedoch eine irritierende Frage auf: Warum ist Bewegung so wichtig?

In erster Linie erschöpft körperliche Betätigung den Energiespeicher der Muskeln, eine Chemikalie namens ATP. In Zeiten hoher Nachfrage setzt ATP seine gesamte Energie frei und bildet AMP. Steigende AMP-Werte alarmieren AMPK, einen Hauptregulator des Stoffwechsels, der wie ein Gasanzeiger dafür fungiert, dass die Zelle leer läuft, und die Produktion von ATP beschleunigt. „Das veranlasste uns zu der Überlegung, ob die AMPK-Aktivierung der entscheidende Auslöser war, der die Wirkung von PPAR delta ermöglichte“, erinnert sich Narkar.

Normalerweise ist AMPK im Zytoplasma zu finden, dem Kompartiment, das den Zellkern umgibt, aber das Experiment der Salk-Forscher ergab, dass einige durch körperliche Betätigung aktivierte AMPK-Moleküle in den Zellkern gelangen. Dort interagieren sie physisch mit PPAR delta und erhöhen dessen Fähigkeit, das genetische Netzwerk zu aktivieren, das die Ausdauer erhöht.

„Es verleiht dem PPAR-Delta im Wesentlichen einen Turbo, was erklärt, warum Bewegung so wichtig ist“, sagt Evans.

Dann kam das ultimative Couch-Potato-Experiment. Die Forscher fütterten untrainierte Mäuse mit AICAR, einem synthetischen AMP-Analogon, das AMPK direkt aktiviert. Nach nur vier Wochen und ohne vorheriges Training standen diese Mäuse auf und liefen 44 Prozent länger als unbehandelte, untrainierte Mäuse. „Das ist die gleiche Verbesserung wie bei regelmäßigem Training“, sagt Narkar.

„Übung in einer Pille“ mag sowohl für Couch-Potatoes als auch für Olympia-Teilnehmer verlockend klingen, aber die Träume der letzteren könnten zunichte gemacht werden. Evans hat einen Test entwickelt, der GW1516 und seine Metaboliten sowie AICAR in Blut und Urin problemlos nachweisen kann, und arbeitet bereits mit Vertretern der Welt-Anti-Doping-Vereinigung zusammen, die sich darum bemühen, rechtzeitig zu den diesjährigen Olympischen Sommerspielen einen Test einzuführen .

Die Studie wurde vom Howard Hughes Medical Institute, der Hillblom Foundation und dem National Institute of Health unterstützt.

Zu den Forschern, die zu der Arbeit beigetragen haben, gehören die Postdoktoranden Michael Downes, Ph.D., Ruth T. Yu, Ph.D., die Doktorandin Emi Embler, BS, die wissenschaftlichen Mitarbeiter Michael C. Nelson, BS, Yuhua Zou, MS, Ester Banayo und Henry Juguilon im Genexpressionslabor, Doktorand M. Mihaylova und Assistenzprofessor Reuben Shaw, Ph.D., im Labor für Molekular- und Zellbiologie, Assistenzprofessor Yong-Xu Wang, Ph.D., am University of Massachusetts Medical School, Massachusetts, und Professor Heonjoon Kang, Ph.D., an der School of Earth and Environmental Sciences der Seoul National University, Südkorea.

Das Salk Institute for Biological Studies in La Jolla, Kalifornien, ist eine unabhängige gemeinnützige Organisation, die sich grundlegenden Entdeckungen in den Biowissenschaften, der Verbesserung der menschlichen Gesundheit und der Ausbildung zukünftiger Forschergenerationen widmet. Jonas Salk, MD, dessen Polio-Impfung 1955 die lähmende Krankheit Poliomyelitis nahezu ausgerottet hatte, eröffnete das Institut 1965 mit einer Landspende der Stadt San Diego und der finanziellen Unterstützung des March of Dimes.