Onderzoekers hebben een nieuwe vorm van spiergeheugen ontdekt, in het DNA. Eerdere spiergroei zou in de genen ‘onthouden’ worden en daarmee latere groei versnellen.
Spiergeheugen
We hebben eerder artikelen geschreven over spiergeheugen. Dat is echter alweer zes jaar geleden dus deze nieuwste ontdekking is een mooie aanleiding voor een opfriscursus. Wanneer gesproken werd over ‘spiergeheugen’ dan maakten we onderscheid in twee processen:
- ‘Onthouden’ verbeteringen in de aansturing van de spieren
- ‘Onthouden’ verbeteringen in de spiercel zelf
Ik zal deze hier eerst kort beschrijven om vervolgens in te gaan op het derde proces dat onlangs is gevonden door Britse onderzoekers:
- ‘Onthouden’ van eerdere groei in het DNA
Spiergeheugen en motorisch geheugen
Wanneer mensen beginnen met krachttraining wordt de eerste toename in kracht niet veroorzaakt door spiergroei. We zien de kracht namelijk altijd toenemen voordat de spiermassa toeneemt. De eerste verhoging in kracht is het resultaat van een effectievere, getrainde aansturing van de spieren door de hersenen. Zie het als chiptuning waarbij je meer uit het vermogen van een motor haalt zonder de motor zelf te veranderen.
Denk aan de onwennigheid waarmee je voor het eerst een squat uitvoerde. Die eerste weken van training waarin je iedere week een zwaarder gewicht aankon. Je zenuwstelsel werd steeds efficiënter in het aansturen van de betrokken spieren. Iedere keer dat je de oefening doet werden de verbinding versterkt en leerde je de betrokken spieren te coördineren [1].
Spiergeheugen en celkernen
Een ander proces dat spiergeheugen genoemd kan worden, gebeurt in de spiercel zelf. De kern van een spiercel kan maar een bepaalde hoeveelheid cytoplasma in de cel ondersteunen. De groei van een spiervezel zou hierdoor gemaximaliseerd worden, ware het niet dat deze meer spiercelkernen kan aanmaken. Dit gebeurt door rekrutering van satellietcellen. Hiermee kan meer cytoplasma worden onderhouden en kan de spier verder groeien. De aanname was lange tijd dat deze extra kernen weer verdwijnen door middel van atrofie wanneer de spier niet meer wordt getraind (of gevoed). Onderzoek uit 2010 heeft echter aangetoond dat deze extra spiercelkernen 3 maanden na beëindiging van een training nog aanwezig zijn [2].
In dat onderzoek werd onder andere vastgesteld dat de stijging van het aantal spiercelkernen voorafgaat aan de spiergroei. Drie maanden na beëindiging van de training was de extra spiermassa voor 23% verdwenen. Het aantal celkernen was echter niet significant gedaald sinds de stijging (54% in 21 dagen training). De lichte afname van celkernen was vergelijkbaar met die in de niet getrainde spieren.
In de grafiek rechts zie je dat omvang van de spiercel veel sneller afneemt dan het aantal celkernen. Dat betekent dat de verhoogde potentie van de spiercel om cytoplasma te onderhouden langer behouden blijft dan de extra spiermassa. Volgens de toenmalige onderzoekers kan dit belangrijke informatie zijn voor bijvoorbeeld ouderen. In ouderen is de rekrutering van satellietcellen verslechterd en daarmee de mogelijke aanmaak van nieuwe celkernen. Door deze aan te maken voorafgaand aan deze veroudering zou spiermassa makkelijker behouden kunnen worden.
Om dezelfde reden worden gebruikers van anabole steroïden aangehaald, vooral in verband met sporten met een doping verbod. Heeft het zin om iemand een jaar te schorsen als er mogelijk een permanent voordeel behaald is door eerder doping gebruik?
Spiergeheugen in de genen
Die laatste vraag wordt nu opnieuw gesteld door onderzoekers die een derde type spiergeheugen gevonden hebben [3].
De Britten, aangestuurd door onderzoekers van Keele University hebben aangetoond dat menselijke spieren eerdere groei kunnen onthouden op het niveau van DNA. Perioden van spiergroei zouden onthouden worden in de spieren waardoor latere spiergroei versneld wordt.
Door gebruik te maken van de nieuwste ‘genoom-wijd’ technieken bestudeerden de onderzoekers meer dan 850.000 locaties (‘CpG sites’) op menselijk DNA. Hierbij ontdekten ze de genen die ‘gemarkeerd’ of ‘ongemarkeerd’ worden door een chemische ’tag’ wanneer spiergeheugen plaatsvindt.
Nu is DNA niet mij forte, maar als ik het goed begrepen heb dan kan je zo’n onderzoek hiermee vergelijken:
Er zijn zo’n 28 miljoen van die mogelijk CpG sites. Zie het als een keyboard met 28 miljoen toetsen met een lampje er op. Van die 28 miljoen ga je er 850.000 in de gaten houden. Vervolgens laat je een spier groeien door training, weer kleiner worden door een tijd niet te trainen en dan weer groeien door opnieuw te trainen. Nu de taak om te zien bij welke van de 850.000 toetsen het lichtje aangaat.
Of beter gezegd: Het lichtje dat uitgaat. Deze ‘markers’ of ’tags’, epigenetische modificatie genoemd, vertellen het gen of deze actief of inactief moet zijn. Op deze manier kan het gen uitgeschakeld worden zonder het DNA zelf te veranderen. In dit geval bleek juist de ongemarkeerde genen betrokken waren spiergeheugen.
In this study, we’ve demonstrated the genes in muscle become more untagged with this epigenetic information when it grows following exercise in earlier life, importantly these genes remain untagged even when we lose muscle again, but this untagging helps ‘switch’ the gene on to a greater extent and is associated with greater muscle growth in response to exercise in later life — demonstrating an epigenetic memory of earlier life muscle growth!
Adam Sharples, Keele University
Muscle memory training?
Ook de Britten vragen zich daarom af wat dat betekent voor een korte schorsing voor een op doping betrapte atleet. Hoe lang behoudt deze voordeel van het valsspelen? Hiervoor zouden ze volgens hen ook onderzoek moeten doen naar geheugen van spiergroei verkregen door doping.
De onderzoekers kunnen gelukkig ook op positieve implicaties wijzen. Hoe meer ze weten van de genen die betrokken zijn bij het spiergeheugen hoe groter de mogelijkheid dat deze specifiek kunnen worden beïnvloed door gerichte oefeningen.
“In mijn DNA!”
De nieuwe bevindingen zijn op zijn minst interessant te noemen. Alsof het menselijk lichaam weer op het punt staan een geheim te verklappen. Daarachter zal echter genoeg nieuwe mysterie verschijnen.
Mochten mensen echter weer eens zeuren dat je obsessief bezig bent met training dan kan je trots verkondigen:”Het zit in mijn DNA!”
Referenties
- Rutherford OM, Jones DA. The role of learning and coordination in strength training. Eur J Appl Physiol Occup Physiol. 1986;55(1):100-5. PubMed PMID: 3698983.
- Bruusgaard JC, Johansen IB, Egner IM, Rana ZA, Gundersen K. Myonuclei acquired by overload exercise precede hypertrophy and are not lost on detraining. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2010;107(34):15111-15116. doi:10.1073/pnas.0913935107.
- Robert A. Seaborne, Juliette Strauss, Matthew Cocks, Sam Shepherd, Thomas D. O’Brien, Ken A. van Someren, Phillip G. Bell, Christopher Murgatroyd, James P. Morton, Claire E. Stewart, Adam P. Sharples. Human Skeletal Muscle Possesses an Epigenetic Memory of Hypertrophy. Scientific Reports, 2018; 8 (1)
- stevens M, Cheng J, Li D, Xi M, Hong C, Maire C, Ligon K, Hirst M, Marra M, Costello J, Wang T (2013). “Estimating absolute methylation levels at single-CpG resolution from methylation enrichment and restriction enzyme sequencing methods”. Genome Research. 23: 1541–1553.
