sports and nutrigenomics

1. REGULATION OF METABOLIC GENES
IN HUMAN SKELETAL MUSCLE
BY SHORT-TERM EXERCISE AND DIET
MANIPULATION
Melissa J. Arkinstall, Rebecca J. Tunstall, David Cameron-
Smith and John A. Hawley
Am J Physiol Endocrinol Metab 287:E25-E31, 2004. First published 3 February
2004;

2. EINFÜHRUNG
 Human Research Ethics Committee of the Royal
Melbourne Institute of Technology (RMIT)
University, Australia
 American Journal of Physiology - Endocrinology
and Metabolism, Februar 2004
 Ziel: Ausmaß der Effekte einer Bewegungs und
Ernährungsintervention auf die Expression
metabolisch relevanter Gene des CHO und
Fettstoffwechsels

3. METHODIK IM ÜBERBLICK
 Sieben männliche Probanden, im Schnitt 33 Jahre
und 80kg schwer
 moderat trainierte Radsportler
 Vor Experiment: individuelle VO2max ermittelt; Blut
und Muskelbioptate entnommen
 intensives Intervall Training  Glykogenarmut im
Muskel
 Danach Ernährungsintervention für 48h
 Randomisierte Interventionsstudie
 Gesamte Dauer: sieben Tage

4. TRAINING
 Fünfminütiges warm up
 zweiminütiges Intervall bei 95% VO2max
 zweiminütige Ruheperiode mit 55% VO2max
 bei Erschöpfung während Intervall bei 95%
VO2max Umstellung auf 85,75 % der VO2max
 fortschreitender Erschöpfung: Drosselung auf 65%
VO2max
 auch dieses Intervall nicht mehr
beendbarTrainingsende
 Ruheintervalle wurden gleichbleibend beibehalten

5. ERNÄHRUNGSINTERVENTION
 Zwei Diätstrategien
 Low CHO und High Fat:
 0,7g CHO/kg KG
 4,4g Fett/kg KG
 4,0g EW/kg KG
 High CHO und Low Fat:
 10g CHO/kg KG
 1g Fett/kg KG
 1g EW/kg KG
o Beide Diäten isokalorisch: 235 KJ/kg KG

6. LABORANALYTISCHE UND STATISTISCHE
METHODEN
 Blut:
 Glukosekonzentration: Glukoseoxidase-System
 Insulinkonzentration: radioimmunoassay
 FFA-Konzentration: enzymatische colorimetrische
Methode
o Muskel:
 Glykogengehalt: Hydrolyse
 Genexpression: mRNA
 RNA Isolation und reverse Transkription
 mRNA Quantifikation  real time PCR
 Statistik: t-Test für gepaarte Stichproben

7. PARAMETER UND ERGEBNISSE
 Plasma Glukose, Insulin und FFA Konzentration
 FFA-Konzentration in Low CHO/High Fett – Gruppe: doppelt
so hoch als bei High CHO/Low Fett
 Glu und Ins- Konzentartion: Unterschiede gering

8. PARAMETER UND ERGEBNISSE
 Glykogengehalt im ruhenden Muskel
 High CHO/Low Fett:
 Signifikant höherer
Muskelglykogengehalt als
bei Low CHO
 300 %

9. PARAMETER UND ERGEBNISSE
Fokus auf folgende metabolisch relevante Gene
 pyruvate dehydrogenase kinase-4 (PDK-4)
 fatty acid translocase (FAT/CD36),
 carnitine palmitoyltransferase I (CPT I),
 hormone-sensitive lipase (HSL),
 ß-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase (ß-HAD)
 uncoupling binding protein-3 (UCP3)

10. PARAMETER UND ERGEBNISSE
 Einfluss der Interventionen auf Gentranskription

11. PARAMETER UND ERGEBNISSE
 CHO-SW relevanten Gene: GLUT4 und glycogenin:
signifikante Effektstärke in beiden Gruppen

12. PARAMETER UND ERGEBNISSE
 Fett-SW relevante Gene: nur bei PDK-4, FAT/CD36
und UCP-3 signifikante Effektstärke

13. AUSSAGEN UND SCHLUSSFOLGERUNGEN DER
STUDIENAUTOREN
 verschiedene Studiendesigns um Auswirkungen der
Substratverfügbarkeit auf die Genaktivität zu
untersuchen
 72h Fasten: Intervention beeinflusst zwar relevante
Paramenter wie Plasma FFA, Glu,Ins.-Konzentartion 
Substratverfügbatkeit im Muskel bleibt weitgehend
unberührt
 Messungen während der Ruhephase (1-4 h nach
Training) schwierige Interpretation
  Muskelkontraktion selbst hat Einfluss auf
Genexpression
 Vorteil dieser Studie: vor Ernährungsintervention 
Glykogenentleerung
 Outcome: CHO Gene reagieren sensitiver als Fett-SW
Gene
 PDK-4 Gen: sensibel auf Verfügbarkeit der
Muskelglykogenspeicher

14. EIGENE INTERPRETATION
 Studie wurde gut geplant und sehr genau durchgeführt
 Bis 2004 erste Studie die CHO und Fett –SW Gene
untersuchte
 wenig Probanden
 nur ein Geschlecht
 mRNA-Spiegel sind zwar gute metabolische
Messgrößen für die nachfolgende Proteinsynthese,
jedoch keine lineare Beziehung
 mRNA: kurze HWZ im Vergleich zu Proteinen
 Erhöhung der mRNA-Spiegel kann auch Resultat von
Neueinstellung des steady state sein
 Allein auf Basis der mRNA-Spiegel keine genaue
Aussage über die Genaktivität möglich