Author:

Abstract:

Dit project kadert binnen het onderzoek naar de erfelijkheid van spierkr acht en de genetische basis van inter-individuele variabiliteit in de re spons op een trainingsprikkel. De literatuur rapporteert heritabiliteits coëfficiënten tussen 30 en 90% voor verschillende krachtfenotypes. De pr ecieze genen die aan de basis liggen van deze heritabiliteit zijn tot op de dag van vandaag echter nauwelijks bekend. Recente genetisch-epidemio logische gegevens tonen aan dat het α-actinine-3 gen (ACTN3) m ogelijks een belangrijke rol speelt in de ontwikkeling van spierkracht. Het ACTN3 gen (11q13-q14) codeert voor het eiwit α-actinine-3 dat betrokken is bij het ankerproces van myofibrillaire actine filamente n ter hoogte van de Z-lijn in type II (snelle) spiervezels. Uit de liter atuur is gebleken dat dit eiwit in alle type IIx (snelle glycolytische) vezels en in 50% van type IIa (snelle aerobe) vezels tot expressie komt. Ongeveer 18% van de Westerse Europese bevolking maakt dit eiwit echter niet aan ten gevolge van een homozygote stopcodonmutatie (R577X). Dit po lymorfisme (Chr.11 pos.66084671, C→T, rs1815739) veroorzaakt geen pathologie. Nochtans is het gen bewaard gebleven doorheen de evolutie, w at aangeeft dat het wel degelijk een functie heeft. Verscheidene associa tie studies hebben aangetoond dat het R-allel in ACTN3, dat codeert voor het volwaardig functioneel α-actinine-3 eiwit, samengaat met meer explosieve kracht. Het tegendeel blijkt waar voor het X-allel. Er w ordt vooropgesteld dat ongeveer 45% van de variatie in spiervezelproport ies bepaald wordt door genetische factoren. Het ACTN3-R577X polymorfisme zou deels deze genetische variabiliteit kunnen verklaren. Er werd immer s aangetoond dat α-actinine-3 ter hoogte van de Z-lijn onder a ndere interageert met calsarcine eiwitten. Calsarcines kunnen binden aan het Ca2+- en calmoduline afhankelijk calcineurine, een proteïnefosfatas e dat een belangrijke signaalfunctie vervult in spiercellen met betrekki ng tot spierdifferentiatie en spiervezelhypertrofie. Naast directe ‘stru cturele’ voordelen van de aanwezigheid van het α-actinine-3 ei wit, is er dus ook een mogelijke interactie van het polymorfisme via het calcineurine-gelinkte pathway met de aansturing van spiervezeldifferent iatie. Recent werd aangetoond dat de prestatie en karakteristieken van s nelle spieren in ACTN3 knock-out muizen aerobe adaptaties vertonen in ve rgelijking met muizen van het ‘wild type’. Deze bevindingen bevestigen d e eerder gestelde hypothesen naar een verhoogde spieruithouding bij XX h omozygoten ten koste van krachtgeneratie. In dit doctoraat werd onderzoc ht welke invloed het ACTN3 R577X polymorfisme heeft op spiervezelkenmerk en en spierkracht enerzijds, en op de expressie van genen die een rol sp elen in het proteïnemetabolisme als antwoord op een excentrische trainin gsprikkel in de spier anderzijds. Verder werd een mogelijke invloed van het R577X polymorfisme op het aeroob spiermetabolisme nagegaan. In een eerste studie (Hoofdstuk 1) werden 90 jonge, gezonde mannen tusse n 18-30 jaar gescreend voor het ACTN3-R577X polymorfisme. De subjecten w erden gerekruteerd door middel van aankondigingen bij de lokale studente npopulatie. Van alle subjecten werden lichaamsmetingen, functionele en a nalytische krachtmetingen afgenomen. Een subgroep van 22 RR en 22 XX ACT N3 homozygoten ondergingen vervolgens een bioptname van de rechter vastu s lateralis spier tijdens rust. Dit spierstaal werd gebruikt om de assoc iatie tussen het R577X polymorfisme en vezeltypekarakteristieken na te g aan. Op deze spierstalen werden ook semikwantitatieve eiwitbepalingen va n α-actinine-2/3 vezelspecifiek uitgevoerd. De resultaten van de eerste studie tonen aan dat de aanwezigheid van α-actinine- 3 in de snelle spiervezels een voordeel biedt bij het uitvoeren van snel le spiercontracties (300°/s) wanneer relatief uitgedrukt ten opzichte va n de isometrische kracht (p=0.04). Verder werd aangetoond dat ACTN3 R577 X mee de aansturing van spiervezeldifferentiatie lijkt te bepalen. 577RR homozygoten hadden ongeveer 5% meer type IIx spiervezels (p=0.04), verg eleken met 577XX dragers. Tot slot bleek α-actinine-3 eiwitexp ressie in type IIx vezels 17% hoger te zijn dan in type IIa vezels (p=0. 04). In studie 2 (Hoofdstuk 2) werd in een subgroep van 19 proefpersonen (RR= 9 en XX=10), onderzocht of de aanwezigheid van α-actinine-3 in de Z-lijn van snelle spiervezels een mechanisch hogere weerstand tegen spierschade kan bieden. Verder werd nagegaan of het eiwit via interactie met calsarcines een andere aansturing van calcineurine gemedieerde reac ties kan induceren. De resultaten van deze studie geven aan dat er een t rend is voor hogere CK waarden in het bloed (p=0.09) en meer spierstijfh eid (p=0.04) bij mensen met α-actinine-3 deficiëntie na een ee nmalige excentrische trainingssessie. Er werd een trend naar hogere MyoD 1 expressie (p=0.08) na training gevonden bij RR individuen, echter in d e activatie van andere anabole/katabole genen werden geen genotype-afhan kelijke verschillen gevonden. Ondanks gelijkaardige satelliet cel aantal len, werd basaal een ~50% hogere MyoD1 expressie gevonden bij XX dragers (p=0.01). Verder werden trends gevonden voor een verhoogde basale expre ssie van calcineurine (p=0.08) en MURF1 (p=0.10) bij XX dragers. In een derde studie (Hoofdstuk 3) werd onderzocht of snelle spiervezels van ACTN3 577XX dragers meer oxidatieve kenmerken vertonen dan deze van RR dragers. Deze studie had als doel het toetsen van de bevindingen in A CTN3 knock-out muizen, in onze menselijke proefgroep. Hiervoor werden de 44 basale spierstalen afkomstig uit studie 1 gebruikt om merkers van he t aeroob metabolisme (succinaat dehydrogenase en cytochroom c oxidase) t e kleuren. Wij konden geen metabole aanpassingen vinden in de snelle spi ervezels van mensen zonder α-actinine-3. Een trend naar compen satoir verhoogde oxidatieve capaciteit in trage vezels van XX dragers to ont mogelijks aan dat adaptaties aan α-actinine-3 deficiëntie bij mensen anders verloopt dan bij dieren. De resultaten van dit doctoraatsonderzoek tonen aan dat het 577R allel i n ACTN3 samengaat met meer relatieve knie-extensie kracht bij 300°/s en meer snelle glycolytische spiervezels bij jonge gezonde mannen. In de re spons op een beschadigende trainingsprikkel, werden beperkte bewijzen ge vonden voor een beschermende rol van het α-actinine-3 eiwit. T egen onze verwachtingen in bleken er ook in rust verschillen in genexpre ssie te bestaan tussen de twee groepen. Metabole adaptaties in de snelle spiervezels die werden gevonden in ACTN3 knock-out muizen, blijken niet terug gevonden te worden in humane snelle vezels. In deze functioneel-g enomische studie werden beperkte bewijzen voor zowel mechanische als fys iologische functies van het α-actinine-3 eiwit aangetoond.