REGULATION OF METABOLIC GENES
IN HUMAN SKELETAL MUSCLE
BY SHORT-TERM EXERCISE AND DIET
MANIPULATION
Melissa J. Arkinstall,...
EINFÜHRUNG
 Human Research Ethics Committee of the Royal
Melbourne Institute of Technology (RMIT)
University, Australia
...
METHODIK IM ÜBERBLICK
 Sieben männliche Probanden, im Schnitt 33 Jahre
und 80kg schwer
 moderat trainierte Radsportler
...
TRAINING
 Fünfminütiges warm up
 zweiminütiges Intervall bei 95% VO2max
 zweiminütige Ruheperiode mit 55% VO2max
 bei ...
ERNÄHRUNGSINTERVENTION
 Zwei Diätstrategien
 Low CHO und High Fat:
 0,7g CHO/kg KG
 4,4g Fett/kg KG
 4,0g EW/kg KG
 ...
LABORANALYTISCHE UND STATISTISCHE
METHODEN
 Blut:
 Glukosekonzentration: Glukoseoxidase-System
 Insulinkonzentration: r...
PARAMETER UND ERGEBNISSE
 Plasma Glukose, Insulin und FFA Konzentration
 FFA-Konzentration in Low CHO/High Fett – Gruppe...
PARAMETER UND ERGEBNISSE
 Glykogengehalt im ruhenden Muskel
 High CHO/Low Fett:
 Signifikant höherer
Muskelglykogengeha...
PARAMETER UND ERGEBNISSE
Fokus auf folgende metabolisch relevante Gene
 pyruvate dehydrogenase kinase-4 (PDK-4)
 fatty a...
PARAMETER UND ERGEBNISSE
 Einfluss der Interventionen auf Gentranskription
PARAMETER UND ERGEBNISSE
 CHO-SW relevanten Gene: GLUT4 und glycogenin:
signifikante Effektstärke in beiden Gruppen
PARAMETER UND ERGEBNISSE
 Fett-SW relevante Gene: nur bei PDK-4, FAT/CD36
und UCP-3 signifikante Effektstärke
AUSSAGEN UND SCHLUSSFOLGERUNGEN DER
STUDIENAUTOREN
 verschiedene Studiendesigns um Auswirkungen der
Substratverfügbarkeit...
EIGENE INTERPRETATION
 Studie wurde gut geplant und sehr genau durchgeführt
 Bis 2004 erste Studie die CHO und Fett –SW ...
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Regulation of metabolic genes in human skeletal muscle, Diana Gessner

  1. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 8. PARAMETER UND ERGEBNISSE  Glykogengehalt im ruhenden Muskel  High CHO/Low Fett:  Signifikant höherer Muskelglykogengehalt als bei Low CHO  300 %
  9. 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. 10. PARAMETER UND ERGEBNISSE  Einfluss der Interventionen auf Gentranskription
  11. 11. PARAMETER UND ERGEBNISSE  CHO-SW relevanten Gene: GLUT4 und glycogenin: signifikante Effektstärke in beiden Gruppen
  12. 12. PARAMETER UND ERGEBNISSE  Fett-SW relevante Gene: nur bei PDK-4, FAT/CD36 und UCP-3 signifikante Effektstärke
  13. 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. 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

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