Einflüsse von Ausdauertraining auf die Expression von Hitzeschockproteinen und induzierbarer NO-Synthase : eine Analyse auf mRNA-Ebene

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurden Einflüsse umfangreichen und intensiven Ausdauertrainings auf Funktionen des Immunsystems und zwar speziell auf die Expression von Hitzeschockproteinen (HSP) und induzierbarar NO-Synthase (iNOS) in peripheren mononukleäre Blutzellen (PBMC) untersucht. Die Expression der HSP wird in verschiedenen Geweben durch thermische, mechanische und chemische Stressreize induziert. HSP dienen intrazellulär als molekulare Chaperone. Sie sorgen in ATP-abhängigen Reaktionen für die korrekte Faltung, Transport, Stabilisierung oder Abbau neu synthetisierter oder denaturierter Proteine [Fehrenbach et al 1999; Locke 1995; Morimoto et al 1994; Zugel et al 1999;]. Die iNOS kann außerdem insbesondere durch Zytokine und bakterielle Antigene induziert werden. Ihre vorwiegende Funktion liegt in der Immunabwehr. Periphere mononukleäre Zellen ausdauertrainierter, männlicher Personen (TR) wurden in vitro bezüglich ihrer Induzierbarkeit von HSP und iNOS mit Zellen untrainierter Probanden verglichen. Im Falle der Hitzeschockreaktion zeigte sich bei semiquantitativem Vergleich der mRNA-Expression ein Unterschied zwischen den beiden Gruppen TR und UT bezüglich der reaktiven Expression der Hitzeschockproteine. Die beobachtete, vergleichsweise geringere HSP-Expression bei TR lässt auf eine erworbene Toleranz der Zellen schließen. Repetitive Ausdauerbelastungen hatten möglicherweise unter anderem durch die, damit verbundenen erhöhten Körpertemperaturen zu langfristigen, intrazellulären Veränderungen geführt, wodurch der Hyperthermiereiz an Potential und stressendem Einfluss auf Zellen der trainierten Gruppe verlor. Statistisch signifikant (p<0,05) war in vorliegender Studie die, mittels semiquantitativer RT-PCR festgestellte, geringere Expression von HSP27, HSP72, und HO-1 in PBMC ausdauertrainierter Probanden. Bei Stimulation der mononukleären Zellen mittels Lipopolysaccharid (LPS), TNF-alpha und INF-beta zeigten die Zellen von UT und TR bezüglich der iNOS-Expression auf mRNA-Ebene ebenfalls signifikante Unterschiede im Expressionsverhalten. Applikation von Phorbolmyristatazetat (PMA) oder Hitzeschock jedoch vermochten in PBMC keine signifikante Steigerung der iNOS-Expression zu induzieren. Ganz zu schweigen von signifikanten, gruppenspezifischen Differenzen. Für die, bei TR signifikant gesteigerte, mittels semiquantitativer RT-PCR erfassbare Induktion der iNOS durch LPS und Zytokine kommen einige Ursachen infrage. Anders verteilte Reifegrade, beziehungsweise unterschiedliche Rezeptorausstattung besonders der Monozyten oder eine Konditionierung der Zellen durch trainingsbedingte Zytokin-Exposition können hier unter anderem eine kausale Rolle spielen. Die zeitgleich durchgeführte Expressionsanalyse auf Proteinebene zeigte sowohl für Hitzeschockproteine, als auch für die induzierbare NO-Synthase weitaus geringere Unterschiede zwischen TR und UT. Deshalb muss außerdem die Funktion weiterer, die Regulation von sowohl Transkription als auch Translation betreffender Feedback-Mechanismen vorhanden sein.

The purpose of this study was to investigate the influence of extensive and intensive endurance exercise on the expression of heat-shock-proteins (HSP) and inducible NO-synthasis (iNOS) in peripheral blood mononuclear cells (PBMC). The expression of HSP can be induced in various tissues by thermical, mechanical and chemical stress. An induction by thermical stress is also called heat-shock-reaction. The iNOS is additionally induced by cytokines and bacterial antigens. Its major function is immune defense. Inside the cells HSP are functioning as molecular chaperones serving in ATP dependent reactions the purpose of correct folding, transport, stabilization or decomposition of both newly produced and damaged proteins [Fehrenbach et al 1999; Locke 1995; Morimoto et al 1994; Zugel et al 1999;]. PBMC of endurance trained (TR) and untrained (UT) male subjects were compared concerning the inducibility of mRNA-expression of HSP and iNOS by heat-shock and lipopolysaccharid (LSP) plus cytokines respectively. Both, the heat-shock-reaction and the inducibility of iNOS by LPS plus cytokines differed in TR and UT as analyzed on mRNA-level. Trained subjects’ PBMC showed less HSP-expression which was statistically significant (p<0,05) for the expression of HSP27, HSP72 and HO-1. The expression of iNOS on the other hand was significantly higher in TR if induced by LPS plus cytokines. Heat-shock or the application of phorbole-myristic-acid could not induce iNOS expression neither in TR nor in UT. The lesser HSP-expression in TR may permit the assumption of acquired heat tolerance of TRs PBMC. Repeated exposure to exercise induced elevated temperature may have lead to intracellular changes, finally attenuating the heat-shocks stressing potential. Reasons for significantly higher iNOS-mRNA induction by LPS plus cytokines may be a certain PBMC-conditioning by training-related cytokine exposition, different receptor-expression or even different maturity-grades of PBMC. Besides the presence of different feed-back-mechanisms for the regulation of protein synthesis from mRNA must be assumed.