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Universität Basel

Wie kann uns Bewegung vor Krankheiten schützen?

Christoph Handschin

Was passiert in den Muskeln bei körperlicher Betätigung und Inaktivität? Warum ist Training gut für den ganzen Körper? Und wie kann man Menschen mit einer Muskelkrankheit helfen? Forschende am Biozentrum der Universität Basel wollen den molekularen Vorgängen auf die Spur kommen, die einen gesunden von einem kranken Muskel unterscheiden.

Seit der industriellen Revolution hat sich vieles in unserer Gesellschaft grundlegend geändert: Nahrung ist leicht verfügbar, und im täglichen Leben müssen wir uns immer weniger körperlich betätigen. Entsprechend nimmt in allen westlichen Ländern die Häufigkeit von Fettleibigkeit, Typ-2- Diabetes, Herz-Kreislauf-Beschwerden und anderen Krankheiten stark zu. Schon Bewegungsmangel allein gilt als ein sehr grosser Risikofaktor für eine ganze Reihe von Krankheiten, erstaunlicherweise auch für solche, die nicht direkt unsere Muskeln betreffen (siehe Seite 11). So haben zum Beispiel inaktive Menschen ein erhöhtes Risiko, an Demenz, Parkinson, Alzheimer oder andern neurodegenerativen Krankheiten zu erkranken. Inaktivität hat darum einen enorm negativen Einfluss auf unsere Lebensqualität und -erwartung.

Aktivität wirksamer als Medikamente
Leider ist im Moment noch nicht bekannt, warum und wie genau sich körperliche Inaktivität auf diese Krankheiten auswirkt. Unbestritten ist dagegen, dass Training ein ausgezeichnetes Mittel ist, um diese Krankheiten zu verhindern oder sogar zu behandeln. Dabei wirkt körperliche Aktivität viel breiter als sämtliche heute benutzten Medikamente. In gewissen Fällen ist eine Umstellung der Lebensgewohnheiten, besonders beim Essen und den körperlichen Aktivitäten, sogar wirksamer als die verschriebenen Medikamente, zum Beispiel im Fall von Typ-2-Diabetes. Trotz dieses starken gesundheitsfördernden Effekts, der seit Langem bekannt ist, ist es erstaunlicherweise ebenfalls nicht klar, welche molekularen Mechanismen im Muskel diese Vorgänge steuern. Zudem scheint die Anpassung des Muskels an körperliche Betätigung komplexer zu sein als ursprünglich angenommen: Schon nur durch ein einziges Ausdauertraining ändert sich im Muskel die Regulation von mehr als 900 Genen. Unsere Forschungsgruppe versucht, diesen komplexen Vorgängen mithilfe von verschiedenen Modellsystemen und neusten technologischen Hilfsmitteln auf die Schliche zu kommen. Dazu werden die einzelnen Puzzlesteine genommen, die im Reagenzglas und in Muskelzellen in Kultur identifiziert wurden, und dann in Zellen und im Tiermodell wieder zusammengesetzt. Technologische Fortschritte machen es möglich, diese Vorgänge jetzt auf der Ebene des gesamten Genoms zu studieren. Dadurch kann man einen noch grösseren Überblick über die Vorgänge im gesunden und im kranken Muskel erhalten. Speziell interessiert sich die Gruppe für einen Faktor, welcher der Dreh- und Angelpunkt in der Anpassung des Muskels an Ausdauerleistungen zu sein scheint: Es ist ein Protein, genannt PGC-1alpha, das zur Klasse der sogenannten Koaktivatoren gehört; das ist eine Familie von Eiweissen, die bisher beim Studium von regulierenden Vorgängen in unserem Körper vernachlässigt wurden.

Protein gegen Muskelschwund
Das Protein PGC-1alpha wird selbst durch die Muskelaktivität kontrolliert und sorgt im trainierten Muskel dafür, dass die richtigen Proteine zur richtigen Zeit am richtigen Ort sind. Eine Erhöhung der Menge davon scheint dabei bereits auszureichen, um sämtliche Anpassungen des Muskels auszulösen, die für eine verbesserte Muskelausdauer nötig sind. Entsprechend sind Mäuse ohne PGC-1alpha im Muskel nur etwa halb so ausdauernd wie ihre «normalen» Geschwister; zudem weisen sie ähnlich krankhafte Veränderungen auf wie Menschen, die sich ungenügend bewegen. Umgekehrt können Mäuse mit mehr PGC-1alpha im Muskel doppelt so lange auf einem Laufband rennen als «normale» Mäuse, ohne dass sie dafür trainieren müssten. Erhöhte Ausdauerleistung ohne Training wäre natürlich eine bequeme Lösung in der heutigen leistungsorientierten Gesellschaft – oder sogar ein attraktives Doping für Athleten. Was uns aber weitaus mehr interessiert, ist die Tatsache, dass eine Verbesserung der Muskelfunktion und -ausdauer auch Patienten mit vererbten oder spontan auftretenden Muskelkrankheiten, sogenannten Muskeldystrophien, zugute kommen könnte. Wir haben deshalb die Wirksamkeit einer Erhöhung von PGC-1alpha im Muskel in verschiedenen Krankheitsmodellen getestet. Zur unserer Überraschung konnten wir feststellen, dass das Protein PGC-1alpha den Muskelschwund in einem komplett inaktiven Muskel stark vermindert. In einem Mausmodell von Duchenne-Muskeldystrophie, einer unheilbaren Erbkrankheit, die fast ausschliesslich bei Knaben auftritt und unweigerlich zum Tode führt, reduziert PGC-1alpha ebenfalls Muskelfaserschäden und verbessert die Muskelfunktion. Andere Forschungsgruppen haben eine PGC-1alpha-bedingte Verminderung von Faserschäden durch Statine nachgewiesen, eine bestimmte Klasse von Medikamenten zur Cholesterinsenkung mit der seltenen Nebenwirkung Muskelschmerz und -schaden. Ausserdem führt PGC-1alpha zu einer Verbesserung einer weiteren Muskeldystrophie, der mitochondriellen Myopathie, und hilft bei der Vorbeugung von altersbedingtem Muskelschwund, sogenannter Sarkopenie. Interessanterweise haben alte Mäuse mit erhöhtem PGC-1alpha nicht nur eine bessere Muskelfunktion, sondern auch einen allgemein besseren Gesundheitszustand und als Konsequenz davon auch eine höhere Lebenserwartung als «normale» Mäuse. Das Ziel der Forschungsgruppe am Biozentrum ist es – in Zusammenarbeit mit Fachleuten aus dem Universitätsspital, den Universitären Kinderkliniken beider Basel und der Industrie sowie dank der Unterstützung durch schweizerische und ausländische Muskelstiftungen –, die molekularen Vorgänge rund um das Protein PGC-1alpha im Muskel zu erhellen, damit es bei muskelkranken Patienten therapeutisch verändert werden kann. Denn ihnen sollen schliesslich die Erkenntnisse über die grundlegenden Vorgänge im Muskel in erster Linie zugute kommen.

Wozu Inaktivität führen kann

  • Stoffwechselkrankheiten
    Fettleibigkeit, Typ-2-Diabetes, hohe Bluttfettwerte
    und erhöhter Cholesterinspiegel, Stoffwechselstörungen (metabolisches Syndrom), Gallensteinbildung.
  • Kardiovaskuläre Krankheiten
    Erkrankung der Herzkranzgefässe, Angina pectoris, Herzinfarkt, Herzinsuffizienz, Schlaganfall, arterielle Verschlusskrankheiten, Verkleben und Verdickung von Blutplättchen, Arteriosklerose, Thrombose, Bluthochdruck.
  • Lungenkrankheiten
    Asthma, Chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD).
  • Krebs
    Brust-, Dickdarm-, Gebärmutter-, Prostata-, Bauchspeicheldrüsen-, Hautkrebs.
  • Neurologische Krankheiten
    Wahrnehmungsstörungen, Demenz, gestörtes Lernen und Gedächtnisvermögen, Depression, affektive und Angststörungen, neurodegenerative Erkrankungen (Alzheimer, Parkinson, Huntington).
  • Krankheiten des Bewegungssystems
    Osteoarthritis, chronische Gelenkentzündung, Osteoporose und damit verbundene Knochenbrüche, Kreuzschmerzen.
  • Verminderte Lebensqualität
    Psychisches Unwohlsein, körperliche Schwäche, verminderte Fähigkeit zur Bewältigung des Alltags und zu sozialen Interaktionen, eingeschränkte funktionale Unabhängigkeit, reduzierte Mobilität, Stressanfälligkeit, Beeinträchtigungen in Gleichgewichtssinn, Flexibilität, Agilität und Reaktionsfähigkeit.
  • Darmtätigkeit, Verstopfung
  • Morbidität und Mortalität bei chronischen Krankheiten
  • Immunstörungen, chronische Entzündungen
  • Altersbedingter Muskelschwund (Sarkopenie)
  • Lebenserwartung
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