で発表された最近の研究 自然 は、ラットの持久力トレーニングの時間的効果の生物全体の分子マップを発表しました。
勉強： 持久力運動トレーニングに対するマルチオミック反応の時間的ダイナミクス。 画像クレジット: Min C. Chiu/Shutterstock.com
背景
定期的な運動には、がん、神経疾患、心臓代謝疾患のリスクの低下、全死亡率の低下など、いくつかの利点があります。 運動はほぼすべての器官系に影響を及ぼし、組織や器官系全体および内部での分子/細胞の適応によって有益な効果が生じます。
これらの事象の研究には、エピゲノミクス、トランスクリプトミクス、メタボロミクス、プロテオミクスなどのいくつかのオミック プラットフォーム (omes) が活用されています。
それにもかかわらず、研究は多くの場合、1 つまたは 2 つのオームをカバーする単一の組織に焦点を当てており、偏っています。 運動効果についての包括的で生体全体のマルチオミックマップが必要です。
この目的を達成するために、動物のさまざまな組織と人間の血液、脂肪組織、骨格筋にわたる運動に対する反応の分子マップを構築するために、身体活動分子トランスデューサー コンソーシアムが設立されました。
研究と発見
本研究は、ラットの持久力トレーニング効果/反応の生物全体の分子マップを提示した。 まず、344 匹のラットに、1、2、4、または 8 週間、段階的なトレッドミル運動 (持久力トレーニング) を実施しました。 最後のトレーニング試合から 48 時間後に組織を収集しました。 性別を一致させ、訓練されていない、座りっぱなしのラットを対照として使用した。
訓練により表現型の強力な変化がもたらされ、8週目に雌ラットと雄ラットの有酸素能力がそれぞれ16%と18%増加した。
男性では8週目に体脂肪が5%減少したが、除脂肪体重には大きな変化はなかった。 女性の体脂肪率は、4週間または8週間のトレーニング後も変化しませんでした。
全血、18 の固形組織、血漿がマルチオミック技術を使用して分析されました。 分子アッセイは、生物学的関連性と（利用可能な）組織量によって優先順位が付けられました。
全体として、211 の組織の組み合わせと分子プラットフォームにわたって 9,466 のアッセイが実行され、60 万以上の非エピジェネティック測定と 1,430 万以上のエピジェネティック測定が行われました。
トレーニングによって調節される分子は、すべてのオームのほとんどの組織で観察されました。 トランスクリプトミクスの場合、大静脈、精巣、皮質、視床下部にはトレーニングによって調節される遺伝子が最も少なく、血液、結腸、副腎、脂肪組織には広範囲にわたる影響がありました。
プロテオミクスの場合、心臓、肝臓、腓腹筋では、タンパク質の存在量と翻訳後修飾において実質的な異なる制御が行われていました。
メタボロミクスの場合、すべての組織が一貫して最も異なる代謝物を示しました。 次に、トレーニング応答性遺伝子発現を評価するために、広範な分子プロファイリングが行われた 6 つの組織 (腎臓、肺、白色脂肪組織、腓腹筋、心臓、肝臓) が選択されました。
全体として、7,115 個の固有の遺伝子に対して 11,407 個の異なる特徴がマッピングされました。 トレーニング応答性の特徴が 1 つ以上ある遺伝子の約 67% は組織特異的でした。
さらに、2,359 個の遺伝子は 2 つ以上の組織で異なる特徴を有しており、白色脂肪組織と肺は主に免疫関連の最大の遺伝子セットを独自に共有していました。 6つの組織はすべて、特に熱ショック反応経路が豊富な、トレーニングによって調節される22個の遺伝子を共有していた。
造血関連転写因子は血液中に豊富に含まれていましたが、筋細胞増強因子 2 (メフ2) ファミリーの転写因子モチーフは骨格筋と心臓に豊富にありました。
いくつかの注目すべきキナーゼのリン酸化サインが、いくつかの組織にわたって変化した。 次に、組織全体のトレーニングに対するマルチオミクス反応を比較するために、完全な時間ごとの要約統計量を使用して差分特徴をクラスター化しました。 パスウェイエンリッチメント分析がいくつかのクラスターに対して実行され、トレーニングに関連する生物学的プロセスが検査されました。
肝臓は、他の組織と比較して、実質的なクロマチンアクセス制御を持っていました。 血液には、細胞小器官の生合成/維持および翻訳に関連する濃縮物が含まれていました。
腓腹筋では、脂質合成/分解およびペルオキシソーム増殖因子活性化受容体 (PPAR) シグナル伝達に関連する用語がタンパク質レベルで豊富でした。 対照的に、グリセロリン脂質代謝およびエーテル脂質に関連するものはメタボロームレベルで豊富でした。
特に、血漿と小腸では、トレーニングの 1 週間と 2 週間でより多くの変化が見られました。 さらに、トレーニングに対する反応の性差が多くの組織で観察され、トレーニングによって調節された特徴の 58% が 8 週間で性分化しました。
肺のリン酸化サイト、肝臓のアセチルサイト、副腎および白色脂肪組織の転写物では、男女間で反対の反応が認められました。 炎症誘発性サイトカインは、いくつかの組織で性差を示しました。
女性特有のサイトカインの大部分は、トレーニングの 1 週間目と 2 週間目で異なる制御を示しました。 逆に、ほとんどの男性特異的サイトカインの異なる調節は、トレーニングの 4 週間目と 8 週間目の間に観察されました。
さらに、副腎は、4,000 を超える異なって調節された遺伝子による大規模な転写リモデリングを示しました。 肺では、男性のトレーニングによりリン酸シグナル活性が低下した。
最後に、生物全体の代謝変化が要約されました。 肝臓、心臓、肺、海馬には最も豊富な代謝物クラスがありました。
アシルカルニチンのグループと個々の代謝産物をさらに調査したところ、トレーニングに応じた機能変化に関連する変化が明らかになりました。 腎臓のコルチゾールレベルが大幅に増加しました。
肝臓の代謝経路は、リピドーム、プロテオーム、アセチロームにわたって実質的に制御されており、12 種類の脂質および脂質関連化合物の代謝物が大幅に濃縮されています。
ほとんどの肝臓の特徴は、アミノ酸、ミトコンドリア、脂質代謝経路の変化に対応していました。 ホスファチジルコリンが上昇し、それに伴いトリアシルグリセロールが減少しました。
結論
この研究では、複数の組織で 25 の分子プラットフォームを使用し、ラットの持久力トレーニング反応の時間的ダイナミクスを報告しました。 トレーニングに応じた何千もの変化が、組織全体および組織内で mRNA 転写物、タンパク質、代謝産物において観察されました。
多くの変化は、心臓血管の健康や組織の損傷/回復など、人間の健康に関連していました。 全体として、この発見は、運動に関連した健康と病気の改善を理解するのに貢献します。
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#研究者らは慢性疾患と闘う可能性がある持久運動による重要な分子変化を特定する
2024-05-03 09:41:00