DNA-affald nøglen til udvikling af muskler
miRNA, som tidligere blev set som ubrugeligt DNA, viser sig at have afgørende betydning for muskelcellers udvikling. Forskere løfter sløret for de underliggende mekanismer bag muskeldannelse og alderdom, som åbner perspektiver for behandling af blandt andet ældre og muskelsvage.

Unge mennesker, der træner meget, udvikler større muskelmasse og har højere sandsynlighed for et sundt liv og sund aldring. Dette skyldes i høj grad niveauet af muskelspecifikke molekyler (miRNA'er), som tidligere blev kaldt DNA'ets 'junk'. (Foto: <a href="http://www.shutterstock.com/pic-110609294/stock-photo-image-of-dna-stran... target="_BLANK"> Shutterstock</a>)

 

Forskere fra Rigshospitalet og Københavns Universitet har tidligere vist, at unge mennesker, der træner meget, har højere sandsynlighed for et sundt liv og en sund aldring, og at denne forbedring kan skyldes niveauet af muskelspecifikke molekyler (miRNA'er), som tidligere blev kaldt DNA'ets 'junk'.

Molekylerne er med til at regulere – det vil sige hæmme eller fremme – proteindannelsen afhængigt af, hvor meget de kommer til udtryk. Og den balance i genudtrykket bliver påvirket positivt jo mere, man træner. 

Godt nyt for aktive ældre

I et nyt studie har vi nu vist, at udtrykket af tre af de fire muskelspecifikke miRNA'er – især hos mænd – er højere i muskulaturen hos ældre i forhold til den yngre befolkning, og at de med høj sandsynlighed har betydning for proteindannelsen og muskelstyrken hos den ældre befolkning.

Efter studiet i 2010 tænkte vi, at det ville være oplagt at se på, om der også er en sammenhæng mellem alderdom, muskelfunktion og udtrykket af de fire muskelspecifikke miRNA'er.

Fakta

Muskelbiopsier er blevet brugt til at undersøge om der var forskel på udtrykket af de muskelspecifikke miRNA'er. Her kunne det tydeligt måles og relateres til personernes konditionstilstand. Det blev også undersøgt, om testosteron var en faktor, der kunne regulere miRNA'erne, men det viste sig at fysisk træning overtrumfede miRNA. Læs mere om dette i sidehistorien under artiklen.

Vi satte os derfor for at undersøge, om det samme muskelfremmende forhold ville gøre sig gældende for den ældre befolkning, som ofte er svagere og med tiden kan blive ude af stand til at klare sig selv på grund af svindende muskelstyrke.

Og det viser sig faktisk, at ældre, med faldende konditionstilstand, har et højere udtryk af disse miRNA'er, som kan hæmme muskeldannelsen.

Manipulation og behandling

Det er lidt af en øjenåbner for os, at den fysiske træningstilstand er så tydeligt associeret med miRNA niveauerne hos både den unge og ældre befolkningsgruppe.

Det store spørgsmål er nu, om ændringerne med alderen er en direkte årsag til faldende muskelfunktion, eller om det er en konsekvens af aldring.

Søren Nielsen er ph.d. i molekylærbiolog ved Center for Inflammation og Metabolisme ved Rigshospitalet.

Hvis det er en årsagssammenhæng, vi ser i dette studie, så er det et utrolig vigtigt fund, der kan forklare de mange gavnlige effekter ved fysisk aktivitet hos ældre.

Derudover er det vigtig viden, at man ved træning kan være med til at nedregulere udtrykket af miRNA'erne og dermed tilføre en bedre balance i genudtrykket.

Håbet er selvfølgelig, at vi på sigt kan manipulere og regulere udtrykket af miRNA'er hos den ældre og svagelige befolkning, hvor svindende muskelfunktion og styrke ofte fører til invalidering af livskvalitet grundet drastiske begrænsninger i at kunne klare sig selv.

Vi er kun lige begyndt at forstå miRNA'ernes betydning for mulighederne for behandling med justering af genernes udtryk, men der hersker ingen tvivl om, at der er enorme perspektiver med denne nye forståelse af menneskets DNA og kodning - også inden for sygdomsområder, hvor man ønsker at regulere proteindannelse eller udvikling af celler.

Fakta

Man antog tidligere, at DNA kun producerede messenger RNA (mRNA), som koder for specifikke proteiner. Dr. Victor Ambros og hans forskningsgruppe fandt nogle ikke-kodende korte RNA sekvenser, kaldet miRNA. Man troede først at miRNA var 'junk' RNA, altså RNA, der blev produceret uden nogen funktion. Læs mere om dette i sidehistorien under artiklen.

Det kunne for eksempel være inden for kræftbehandling, hvor man kan forestille sig, at visse former for celleudvikling og proteindannelse vil være uønsket og med fordel kunne blive udraderet af mikroRNA'er, mens det hos ældre svagelige vil være ønsket at øge muskelmasse og styrke, som vil kunne hjælpes på vej ved at hæmme udtrykket af mikroRNA’erne og øge proteindannelsen.

 

Testoteron får baghjul af fysisk træning

Udover at sammenligne miRNA udtrykket i ældres muskler med udtrykket i unges muskler og sammenholde det med deres træningstilstand var vi også interesseret i at vide, om testosteron kunne påvirke udtrykket, fordi testosteronniveauerne falder med alderen og regulerer blandt andet muskelvækst.

Teoretisk ved vi, at det kan, fordi det er biologisk muligt, at receptorerne for testosteron kan binde til såkaldte promoterregioner i DNA'et og dermed starte produktionen af de muskelspecifikke miRNA'er.

Vores forsøgspersoner, hvoraf halvdelen havde blokeret testosteronproduktionen, trænede på en cykel i 12 uger for at se, om træning eller testosteron var den dominerende regulator af miRNA'erne.

Det var meget tydeligt, at effekten af testosteron forsvandt, når vi trænede vores forsøgspersoner. Så vores resultater tyder på, at så længe du holder dig i form, så er testosteron ikke en vigtig faktor for udtrykket af de muskelspecifikke miRNA'er.

Og det er overraskende og ny viden inden for muskelforskningen. 

Mikrobiopisier sladrer om miRNA'er
For at undersøge om der var forskel på udtrykket af de muskelspecifikke miRNA'er, blev der i studiet taget muskelbiopsier fra 18 ældre personer omkring 70 år og 18 yngre personer i begyndelsen af 20 års alderen.

Både mænd og kvinder var inkluderet i studiet for at identificere eventuelle kønsforskelle.

I biopsierne kunne det tydeligt måles, at ældre mænd har et højere udtryk af de muskelspecifikke miRNA'er sammenlignet med yngre mænd, og udtrykket kunne meget fint relateres til personernes konditionstilstand.

Fysisk træning trumfer testosteron

For at undersøge om testosteron også er en faktor, der kan regulere de muskelspecifikke miRNA'er, deltog en gruppe af forsøgspersoner med prostatacancer, der blev behandlet med en hormon-agonist, der stopper produktionen af testosteron i testiklerne.

Sammenholdt med en gruppe af kontrolpersoner, viste det sig, at to af de fire miRNA'er var positivt reguleret af testosteron, men at fysisk træning overtrumfede testosteron som en faktor i udtrykket af miRNA'er.

Et paradigmeskifte i molekylærbiologien
I midten af 90'erne skete der er et paradigmeskifte inden for molekylærbiologiens centrale dogme. Hvor man før havde antaget, at der fra DNA kun blev produceret det såkaldte messenger RNA (mRNA), som koder for specifikke proteiner, fandt Dr. Victor Ambros og hans forskningsgruppe nogle ikke-kodende korte RNA sekvenser, kaldet miRNA.

Yderligere undersøgelser viste, at miRNA, i stedet for at kode for protein, faktisk forhindrer, at mRNA producerer protein. Det sker ved, at miRNA binder til RNA og på den måde forhindrer, at proteinet laves.

Mekanismen går ud på, at RNA regulerer RNA, og man har efterfølgende fundet ud af, at miRNA er enormt vigtige for reguleringen af mange centrale cellulære processer.

Ikke tale om 'junk RNA'

Det interessante er, at denne type af RNA tidligere gik under betegnelsen 'Junk' RNA, fordi man troede, at det var RNA, der blev produceret uden nogen funktion.

I dag har man fundet lidt over 2000 forskellige miRNAer i mennesker, der regulerer de omkring 20.000 kodende gener.

Med den nye forståelse af mikroRNA'ernes betydning taler man om et paradigmeskifte i molekylærbiologien, som åbner en ny verden af muligheder inden for rehabilitering og behandling af sygdom, for eksempel inden for protein- og muskelfremmende behandling.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.