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Das Fitnessstudio überspringen? Gib deinem Epigenom die Schuld

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Einige Menschen wachen jeden Morgen früh auf, um zu laufen, zu radeln, zu schwimmen oder zu heben. Für andere kann es eine größere Herausforderung sein, die Motivation zum Training zu finden. Eine neue Studie zeigt, dass der Unterschied zwischen den beiden kann in der epigenetischen Kontrolle der Expression von bestimmten Genen gehalten werden. Und da epigenetische Mechanismen von Natur aus formbarer sind als die Genetik, deuten die Ergebnisse auf eine mögliche Möglichkeit hin, Menschen zu "programmieren", damit sie Spaß daran haben, körperlich aktiver zu sein.

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Die Arbeit ist in einem Papier mit dem Titel "DNA-Methylierung in AgRP-Neuronen regelt das freiwillige Bewegungsverhalten bei Mäusen" veröffentlicht in Nature Communications.

Forscher des Baylor College of Medicine berichten von der überraschenden Entwicklung einer "epigenetischen Couchpotato-Maus". Sie fanden heraus, dass Veränderungen in der DNA-Methylierung in Neuronen innerhalb des Hypothalamus einen großen Einfluss auf das Niveau des freiwilligen Trainingsverhaltens haben.

"Wir untersuchen die Entwicklungsprogrammierung, die sich darauf bezieht, wie die Umwelt während der Entwicklung langfristig das Krankheitsrisiko beeinflussen kann", sagte der entsprechende Autor Robert A. Waterland, PhD, Professor für Kinderernährung am USDA/ARS Children's Nutrition Research Center am Baylor and Texas Children's Hospital.

In den letzten Jahren haben die Forscher verschiedene Mausmodelle untersucht, um die Entwicklungsprogrammierung der Energiebilanz zu verstehen, d.h. die Balance zwischen verbrauchten und verbrannten Kalorien. Eine anhaltend positive Energiebilanz führt zu Fettleibigkeit. Und unabhängig davon, ob der frühe Umwelteinfluss die Einschränkung des fetalen Wachstums, die Ernährung von Säuglingen oder die mütterliche Bewegung während der Schwangerschaft war, war der langfristige Effekt auf die Energiebilanz immer auf anhaltende Veränderungen der körperlichen Aktivität und nicht der Nahrungsaufnahme zurückzuführen.

"Unsere früheren Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Festlegung des eigenen körperlichen Aktivitäts-Sollwerts durch die frühe Umgebung beeinflusst werden kann, und dass dies epigenetisch sein kann", sagte Waterland.

In der aktuellen Studie hat das Team ein Experiment entworfen, um direkt zu testen, ob die DNA-Methylierung im Gehirn die Energiebilanz beeinflusst. Sie konzentrierten sich auf den Hypothalamus, eine Gehirnregion, die eine zentrale Rolle bei der Energiebilanz spielt, und untersuchten insbesondere eine spezielle Untergruppe von hypothalamischen Neuronen, die AgRP-Neuronen genannt werden, die für ihre Rolle bei der Regulierung der Nahrungsaufnahme bekannt sind.

Die Forscher störten die DNA-Methylierung in AgRP-Neuronen, indem sie das Dnmt3a-Gen deaktivierten. Dnmt3a ist verantwortlich für die Zugabe von Methylgruppen zur DNA, insbesondere im Gehirn während des frühen postnatalen Lebens. Die Ergebnisse zeigten, dass die DNA-Methylierung in den AgRP-Neuronen dieser Mäuse tatsächlich dramatisch reduziert wurde. Die Forscher untersuchten dann, ob diese Tiere im Vergleich zu normalen Mäusen zugenommen oder abgenommen haben.

"Wir haben erwartet, dass eine Beeinträchtigung der DNA-Methylierung in AgRP-Neuronen zu großen Gewichtsveränderungen bei den Tieren führen würde", sagte Harry MacKay, PhD, Postdoc im Waterland-Labor und Erstautor der Studie. "Etwas enttäuschend, aber die Dnmt3a-defizienten Mäuse waren nur etwas dicker als die, die nicht mangelhaft waren."

Als die Forscher die Ursache für diese Veränderung der Energiebilanz erforschten, erwarteten sie, Unterschiede in der Nahrungsaufnahme zwischen normalen und Dnmt3a-defizienten Mäusen zu finden. Aber es gab keine. Stattdessen fanden sie einen großen Unterschied in der spontanen körperlichen Betätigung.

Acht Wochen lang legten die Forscher Laufräder in die Käfige der Tiere und maßen, wie viel sie jede Nacht liefen. Normale männliche Mäuse liefen jede Nacht etwa 6 km (3,7 Meilen), aber die Dnmt3a-defizienten Mäuse liefen nur halb so viel und verloren entsprechend weniger Fett. Wichtig war, dass detaillierte Laufbandstudien zeigten, dass die Dnmt3a-defizienten Mäuse, obwohl sie nur halb so viel wie normale Mäuse liefen, genauso gut laufen konnten. Sie hatten die Fähigkeit, schienen aber den Wunsch zu verlieren.

"Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass epigenetische Mechanismen, wie die DNA-Methylierung, die während des fetalen oder frühen postnatalen Lebens im Gehirn etabliert werden, eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der individuellen Neigung zur Bewegung spielen", sagte Waterland. "Heutzutage, da der Rückgang der körperlichen Aktivität zur weltweiten Adipositas-Epidemie beiträgt, wird es immer wichtiger zu verstehen, wie das alles funktioniert."