Hvordan træning beskytter musklens energifabrikker

Sundhed og velvære 12. jan 2025 5 min Associate Professor Lykke Sylow, PhD fellow Tang Cam Phung Pham Skrevet af Morten Busch

Når vi bliver ældre eller står over for sygdomme som type 2-diabetes eller kræft, begynder de små energifabrikker i vores muskler – mitokondrier – at svigte, hvilket fører til svækkelse og nedsat mobilitet. Motion har dog vist sig at stimulere proteiner, der hjælper med at opretholde mitokondriefunktionen, hvilket giver en lovende strategi til at bevare muskelens sundhed. Ny forskning afslører, at fysisk aktivitet kan forbedre mitokondriernes effektivitet og reparere skader på celleniveau, hvilket åbner op for mulige behandlinger af aldersrelateret muskelsvækkelse.

Muskler er afhængige af små energifabrikker kaldet mitokondrier. Når vi ældes eller udvikler sygdomme som type 2-diabetes, bryder disse cellulære kraftværker sammen, hvilket efterlader os svagere og mindre mobile. Selv simple opgaver bliver sværere. Nøglen er at bevare disse mitokondrier for at opretholde styrken. Nu har forskere fundet ud af, hvordan motion og visse proteiner kan beskytte mitokondrier, hvilket giver nye måder at hjælpe muskler med at forblive stærke og sunde, mens vi bliver ældre eller syge.

"Ved at studere specielt avlede mus og endda bananfluer undersøgte vi, hvordan motion påvirker proteiner, der holder mitokondrier stærke. Vi fandt ud af, at motion styrkede disse kraftværker, forbedrede deres proteinproduktionsmaskineri og reducerede skadelige signaler. Det betyder, at motion kan hjælpe muskler med at komme sig, hvilket baner vejen for behandlinger, der efterligner disse effekter og forbedrer muskelens sundhed i alderdommen eller ved sygdom," forklarer medforfatter Lykke Sylow, lektor i molekylær metabolisme i kræft og aldring, Institut for Biomedicinske Videnskaber, Københavns Universitet.

Kraftværkerne bag muskelstyrke

Mitokondrier, ofte kaldet cellernes kraftværker, omdanner den mad, vi spiser, til brugbar energi. I skeletmuskulatur spiller disse små organeller en nøglerolle i at opretholde styrke og udholdenhed. Når vi ældes eller udvikler tilstande som sarkopeni eller type 2-diabetes, falder mitokondriernes effektivitet, hvilket fører til svagere muskler og nedsat mobilitet.

"Muskelens sundhed er tæt forbundet med mitokondriefunktionen, og vi ved, at når disse energiproducerende organeller ikke fungerer korrekt, mærkes effekterne i hele kroppen – især når vi bliver ældre eller ved tilstedeværelsen af metaboliske sygdomme," kommenterer Lykke Sylow.

En kritisk faktor i mitokondriesundheden er stabiliteten af mitokondrielt RNA, som fungerer som en sæt instruktioner til at producere de proteiner, mitokondrierne har brug for. Denne proces understøttes af proteiner som steroid receptor RNA aktivator protein (SLIRP), der sikrer, at disse instruktioner bevares og bruges korrekt i muskelceller.

"Vores celler har to genomer. Det nukleare genom er til stede i cellekernen og arves fra både moderen og faderen. Derimod er det mitokondrielle genom kun til stede i mitokondrierne og arves udelukkende fra moderen," forklarer medforfatter Tang Cam Phung Pham, postdoktoral forsker i molekylær metabolisme i kræft og aldring.

Det faktum, at mitokondrier har deres eget genom, gør dem særligt modtagelige for genetiske mutationer, der kan påvirke deres funktion. Denne forståelse understreger vigtigheden af at opdage, hvordan faktorer som motion kan påvirke både det nukleare og det mitokondrielle genom for at forbedre mitokondriernes sundhed.

"Da vi begyndte at undersøge motionens molekylære påvirkning på muskler, indså vi, at visse proteiner, som SLIRP, spiller en langt vigtigere rolle i at opretholde mitokondriefunktionen, end vi tidligere forstod. Dette var en spændende opdagelse, der åbnede nye forskningsveje," udtaler Tang Cam Phung Pham.

En nøgle til vitalitet

En af de mest lovende opdagelser i de seneste år er den dybtgående effekt, som regelmæssig motion har på mitokondrier. Motion styrker ikke kun musklerne, men forbedrer også antallet og effektiviteten af mitokondrier, hvilket hjælper med at modvirke den naturlige nedgang, der opstår med alderen eller kroniske tilstande. Denne forbindelse mellem fysisk aktivitet og mitokondriesundhed er blevet et vigtigt fokus for forskning i sund aldring.

"Vi var fascinerede af, hvordan motion i det væsentlige kunne forynge mitokondrier i skeletmuskulatur. Fysisk aktivitet forbedrede tydeligvis ikke kun muskelstyrken, men påvirkede også direkte de organeller, der driver vores muskler," siger Tang Cam Phung Pham.

Ved at forstå, hvordan motion interagerer med proteiner som SLIRP for at stabilisere mitokondrielt RNA, håber forskere at finde nye måder at forbedre mitokondriernes sundhed. Disse indsigter kunne føre til innovative behandlinger, der bevarer muskelens funktion og overordnede vitalitet, mens vi ældes.

"For at bestemme, hvordan motion påvirker de proteiner, der holder vores musklers energifabrikker fungerende, studerede vi mus med højere eller lavere niveauer af to nøgleproteiner, SLIRP og leucine-rig pentatricopeptid gentagelsesholdigt protein," tilføjer Tang Cam Phung Pham.

SLIRP's rolle i motion

Studiet fokuserede på udholdenhedsøvelser som løb for at observere, hvordan mitokondrier tilpassede sig forskellige proteinniveauer, og hvordan muskelens restitution fandt sted efter afslutningen af øvelserne.

"For at forstå proteinernes rolle var det første skridt at slå dem ud i visse modeller, herunder mus og bananfluer. Dette gjorde det muligt for os at observere, hvad der sker, når proteinet er helt fraværende," påpeger Lykke Sylow.

Af etiske grunde kan menneskets gener ikke slås ud. Dog blev muskelprøver fra mennesker analyseret for at validere resultaterne i en virkelighedskontekst. Denne tilgang sikrede, at observationerne ikke var begrænset til en enkelt art, men afspejlede bredere biologiske principper.

"Mitokondriernes struktur blev stærkt forvrænget i fraværet af SLIRP, hvilket afslørede dets kritiske rolle i at opretholde både funktion og integritet under fysisk aktivitet," bemærker Lykke Sylow.

Motion modvirker mitokondrieskader

Avancerede billedteknikker gav detaljerede billeder af mitokondriernes struktur under forskellige forhold. Specialiseret udstyr blev brugt til at måle energiproduktionen, hvilket fremhævede, hvordan motion påvirkede mitokondriernes effektivitet og overordnede funktion, når niveauerne af SLIRP og leucine-rig pentatricopeptid gentagelsesholdigt protein blev ændret.

"Hvad der stod klart, var koordineringen mellem det mitokondrielle og nukleare genom. Når det ene fejlede, blev det andet forstyrret, hvilket viser, hvor dybt forbundne de er," forklarer Lykke Sylow.

Kombinationen af data fra flere arter og forskellige teknikker gav en omfattende forståelse af, hvordan disse proteiner understøtter mitokondriernes sundhed og understregede deres betydning for at opretholde muskelfunktionen gennem fysisk aktivitet.

"Motion kan gøre mere end bare at gøre dig stærkere; det kan faktisk hjælpe med at reparere dine muskler på celleniveau," bemærker Lykke Sylow.

Studiet afslørede, at SLIRP er afgørende for at holde mitokondrierne sunde. Regelmæssig motion øger niveauerne af SLIRP, hvilket hjælper mitokondrierne til at fungere bedre og understøtter den overordnede muskelpræstation.

"Hvad vi troede – og vi tog meget fejl – var, at hvis vi trænede disse mus, ville de ikke være i stand til at styrke deres mitokondrier, deres sundhed eller deres funktioner. Men det viste sig, at de kunne," tilføjer Lykke Sylow.

Forbedring af fabrikken

Overraskende nok, selv når SLIRP-niveauerne var lave eller manglede, hjalp motion musklerne med at tilpasse sig og forbedre sig. Antallet og effektiviteten af mitokondrier steg, og skadelige signaler i muskelcellerne blev reduceret. Denne tilpasning skete selv i genetisk modificerede mus, hvilket tyder på, at motion kan overvinde nogle genetiske barrierer for muskelens sundhed.

"Hvad der sker med motion, er, at du får flere mitokondrier, de fungerer bedre, og de sender færre skadelige signaler til muskelcellerne," siger Lykke Sylow.

En bemærkelsesværdig opdagelse var, hvor dramatisk produktionen af mitoribosomer – strukturerne, der hjælper mitokondrierne med at producere proteiner – steg med motion. Denne opdagelse viser, at selv når visse processer er svækkede, kan fysisk aktivitet fremdrive kraftfulde kompensationsmekanismer for at genoprette muskelfunktionen.

"Antallet af mitoribosomer fordobles – det stiger massivt. Men vi forstår endnu ikke, hvilke specifikke signaler der forårsager dette," forklarer Lykke Sylow.

Ikke kun et træningsredskab

Resultaternes implikationer rækker ud over fitness. Forbedring af mitokondriernes funktion gennem motion kunne hjælpe med at behandle eller håndtere personer med sygdomme som type 2-diabetes og aldersrelateret muskeltab. Det åbner også døren for terapier, der retter sig mod proteiner som SLIRP for at øge energiproduktionen og opretholde muskelens sundhed.

"Hvis du kan booste fabrikken, der producerer proteiner fra det mitokondrielle RNA, kan du overvinde nogle meget alvorlige genetiske lidelser," bemærker Lykke Sylow.

Studiet viser, at regelmæssig aktivitet forstærker SLIRP's rolle, et nøgleprotein til at opretholde sunde mitokondrier. Med andre ord er motion ikke kun forebyggende, men kan også hjælpe med at genoprette muskelens sundhed.

"Det er fascinerende, at muskler kan tilpasse sig på denne måde, selv når essentielle gener, der normalt kontrollerer disse processer, mangler. Det ultimative mål er at finde ud af, hvad der booster mitokondrier, selv når genetikken fejler. Og hvis vi kan forstå det, ville det være ret betydningsfuldt," bemærker Lykke Sylow.

Dermed åbner studiet en spændende grænse, hvor fysisk aktivitet ikke kun er et træningsredskab, men en hjørnesten for biologisk reparation og modstandsdygtighed.

"Udfordringen ligger nu i at afkode de præcise mekanismer og oversætte disse fund til anvendelige terapier for de mennesker, der har mest brug for dem," konkluderer Lykke Sylow.

Her groups research focuses on delineating the molecular causes of muscle wasting and associated metabolic dysfunctions. We are trying to identify mec...

Research is carried out from ‘molecule to man’, and uses molecular biological techniques, genetically modified animals and healthy and health-compromi...

Udforsk emner

Spændende emner

Dansk
© All rights reserved, Sciencenews 2020