Wie sich körperliche Aktivität auf die Epigenetik auswirkt

Eineiige Zwillinge haben nahezu identische Gene. Trotzdem weisen sie Unterschiede im Phänotyp auf; beispielsweise kann ein Zwilling anfälliger für Stoffwechselerkrankungen sein. Grund dafür sind epigenetische Unterschiede, die ohne Änderung der DNA-Sequenz die Ablesebereitschaft und damit die Aktivität von Genen beeinflussen können. Zu den epigenetischen Prozessen gehören DNA-Methylierung, Histonmodifikation und Geschwindigkeitsanpassung des Telomerabbaus.

In einer genomweiten Assoziationsstudie aus den USA mit eineiigen Zwillingspaaren wies der körperlich aktivere Zwilling im Vergleich zum weniger aktiven Zwillingsgeschwister einen geringeren Body-Mass-Index (BMI), einen geringeren Taillenumfang sowie epigenetische Merkmale auf, die mit einem erniedrigten Risiko für das metabolische Syndrom assoziiert sind. Letzteres geht etwa mit einem erhöhten Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen oder Diabetes einher. Das Team um Professor Dr. Glen Duncan von der Washington State University veröffentlichte die Ergebnisse seiner Studie kürzlich im Fachjournal »Scientific Reports« (DOI: 10.1038/s41598-022-24642-3).

Das Team analysierte Wangenabstriche von 70 Zwillingspaaren, die an einer Sportstudie im Rahmen des Washington State Twin Registry teilnahmen. Die körperliche Aktivität wurde mithilfe von Fitnesstrackern bestimmt. Der BMI und der Taillenumfang wurden zu unterschiedlichen Zeitpunkten gemessen. Per Fragebogen machten die Teilnehmerinnen und Teilnehmer zudem Angaben zu Lebensstil und Wohnumgebung. Der Untersuchungszeitraum erstreckte sich über acht Jahre.

Mittels einer direkten, vergleichenden Analyse ermittelten die Forschenden DNA-Methylierungsregionen bei den Zwillingspaaren, die sich hinsichtlich ihrer äußeren Umgebung (Wohnumfeld, Lebensstil) sowie ihres Phänotyps unterschieden (BMI, Taillenumfang). Mittels einer Genexpressionsanalyse untersuchte das Team außerdem die Assoziation von DNA-Methylierungsstellen mit den physiologischen Parametern. Dabei analysierten sie die eineiigen Zwillingspaare getrennt nach Geschlecht, da epigenetische Eigenschaften große geschlechtsspezifische Unterschiede aufweisen können. Körperlich aktive Zwillinge wiesen positive Veränderungen in DNA-Methylierungsregionen auf, die mit Gewicht, Taillenumfang und dem Risiko für Stoffwechselerkrankungen in Verbindung stehen.

»Die Ergebnisse liefern einen molekularen Mechanismus für den Zusammenhang zwischen körperlicher Aktivität und Stoffwechselkrankheiten«, sagte der korrespondierende Studienautor Professor Dr. Michael Skinner in einer Pressemitteilung. »Es ist bekannt, dass körperliche Betätigung die Anfälligkeit für Fettleibigkeit verringert, aber jetzt sieht es so aus, als ob körperliche Betätigung durch Epigenetik viele Zelltypen beeinflusst, von denen viele an Stoffwechselkrankheiten beteiligt sind«, schlussfolgerte der Biologe.