Ajankohtaista

Väitös: 22.1.2016 Perimä, rasvainen ruoka ja liikunta vaikuttavat lihaksen hapenottokykyyn (Silvennoinen)

Alkamisaika: perjantai 22. tammikuuta 2016, 12.00

Päättymisaika: perjantai 22. tammikuuta 2016, 15.00

Paikka: Seminaarinmäki, S212 (Vanha juhlasali/Old Festival Hall)

Mika Silvennoinen
Mika Silvennoinen, kuvaaja: Sanna Pajunen

LitM Mika Silvennoisen liikuntafysiologian väitöskirjan ”The Oxidative Capacity of Skeletal Muscle: Effects of Genotype, High-Fat Diet and Physical Activity”( Lihaksen hapenottokyky: perimän, rasvaisen ruokavalion ja fyysisen aktiivisuuden vaikutukset) tarkastustilaisuus. Vastaväittäjä professori Phil J. Atherton (University of Nottingham, UK) ja kustoksena toimii professori Heikki Kainulainen (Jyväskylän yliopisto). Väitöstilaisuus pidetään englanniksi.

Lihasten hapenottokyky vaikuttaa lihasten kestävyyteen ja heikko hapenottokyky lisää riskiä sairastua metabolisiin sairauksiin kuten tyypin 2 diabetekseen. Silvennoinen selvitti, millaisia vaikutuksia perimällä, rasvaisella ruokavaliolla ja fyysisellä aktiivisuudella on raajalihaksen hapenottokykyyn.  

Perimän vaikutusta lihasten hapenottokykyyn tutkittiin käyttäen apuna kahta rottalinjaa, joilla on synnynnäisesti erilainen kestävyysjuoksukyky. LCR (low-capacity runner)-rotilla on synnynnäisesti huonompi kestävyysjuoksukyky ja koko kehon hapenottokyky kuin HCR (high-capacity runner)-rotilla. Lisäksi LCR-rotilla on suurentunut riski sairastua metabolisiin sairauksiin. Kyseisten rottien raajalihaksia tutkittaessa havaittiin, että LCR-rotilla oli lihaksissaan harvempi verkosto verta kuljettavia hiussuonia sekä vähemmän hapen avulla energiaa tuottavia mitokondrioita kuin HCR-rotilla. Nämä rakenteelliset erot sekä havaitut laajamittaiset erot hapellisiin energiantuottoreitteihin liittyvien geenien aktiivisuuksissa selittävät osaltaan rottalinjojen välisiä perinnöllisiä eroja kestävyydessä ja hapenottokyvyssä. Lisäksi selvisi, että hapelliseen energiantuottoon liittyvien geenien aktiivisuus lihassoluissa oli yhteydessä rottien glukoositasapainoon. Mitä aktiivisempia kyseiset geenit olivat lihaksissa, sitä parempi oli rottien glukoositasapaino.

Toisessa osakokeessa selvitettiin hiirimallin avulla rasvaisen ruokavalion ja fyysisen aktiivisuuden vaikutusta raajalihaksen hapenottokykyyn. Tutkimuksessa havaittiin ensi kertaa, että rasvainen ruokavalio lisää fyysisen aktiivisuuden tavoin hiirten lihasten hiussuoniverkoston tiheyttä, joka saattaa liittyä verisuonten uudismuodostusta säätelevien HIF-1α:n and VEGF-A:n geenien lisääntyneeseen aktiivisuuteen hiussuonissa. Koska rasvainen ruokavalio lisäsi hiussuoniverkoston tiheyttä, se saattaa parantuneen hapenkuljetuskyvyn kautta mahdollistaa tehokkaamman energiantuoton rasvoista. Silvennoinen kehitti myös uuden menetelmän, jolla voidaan mitata vertailukelpoisesti hiirten fyysistä aktiivisuutta käytettäessä sekä tavallisia että juoksupyörällä varustettuja häkkejä.

Kestävyysharjoittelu parantaa tehokkaasti lihaksen hapenottokykyä, kun taas voimaharjoittelu kasvattaa lihaksia ja lisää voimaa. Ihmisten akuutteja voima- ja kestävyysharjoitusvasteita selvittävässä osakokeessa havaittiin, että kyseiset harjoitukset aiheuttavat merkittäviä muutoksia PGC-1α:n eri lähetti-RNA-isoformien määrissä, jotka osaltaan selittävät, miten erilaiset harjoitukset aiheuttavat niille tyypilliset lihasadaptaatiot.   

Tutkimuksen tulokset lisäävät ymmärrystä lihaksen hapenottokykyyn vaikuttavista tekijöistä ja niiden vaikutusmekanismeista, mikä auttaa ymmärtämään niiden sairauksien kehittymistä, jotka liittyvät lihasten hapenottokykyyn ja liikunnan määrään. Jatkotutkimuksia tarvitaan osoittamaan eläinkokeissa havaitut ilmiöt myös ihmisessä ja mekanistiset tutkimukset ovat tarpeen syyseuraussuhteiden vahvistamiseksi.

Lisätietoja:
Mika Silvennoinen, mika.m.silvennoinen@jyu.fi, puh. 044-9123991

Viestintäharjoittelija Hanna Koskinen, hanna.ka.koskinen@jyu.fi, puh. 040-8054483

Mika Silvennoinen kirjoitti ylioppilaaksi Turun Lyseon lukiosta vuonna 1995. Hän valmistui liikuntatieteiden maisteriksi Jyväskylän yliopistosta vuonna 2004 pääaineenaan liikuntafysiologia. Tämän jälkeen hän on työskennellyt projektitutkijana LIKES-tutkimuskeskuksessa sekä liikuntafysiologian assistenttina ja tohtorikoulutettavana liikuntabiologian laitoksella.

Väitöskirja on julkaistu sarjassa: Studies in Sport, Physical education and Health (Nro 232). ISSN 0356-1070, ISBN 978-951-39-6519-8 (PDF), ISBN 978-951-39-6518-1 (nid.). Teos on saatavilla Jyväskylän yliopiston kirjaston julkaisuyksiköstä, puh. 040 805  3825, myynti@library.jyu.fi.

Abstract

The primary purpose of the current dissertation was to investigate the effects of genotype, high-fat diet and physical activity on constituents of skeletal muscle oxidative capacity. More specifically we aimed to: 1) determine the characteristics of inherited oxidative capacity in rat skeletal muscle and investigate the gene expression profiles that could connect aerobic exercise capacity with metabolic disease risk factors; 2) investigate the effects of high-fat diet (HFD) and voluntary running on capillarization in skeletal muscle of mice; 3) to develop a system that is able to quantify the physical activity of sedentary and voluntary running mice; 4) to study skeletal muscle adaptation mechanisms after resistance exercise (RE) or endurance exercise (EE) by investigating acute gene expression responses of PGC-1 isoforms in humans. The rats with low inherited oxidative capacity (LCRs) had higher levels of metabolic disease risk factors. The rats with high inherited oxidative capacity (HCRs) had higher resting metabolic rate and levels of voluntary activity, as well as higher capillarization and mitochondrial area in their skeletal muscles. In addition, HCRs had higher expression of genes related to aerobic energy production pathways and branched chain amino acid degradation. Furthermore, the analyses showed that the expression of genes related to oxidative phosphorylation and lipid metabolism was associated with whole-body glucose balance. Both HFD and voluntary running induced capillarization in the skeletal muscle of mice. HFD increased protein level of angiogenic factor VEGF-A in muscle tissue and mRNA levels of VEGF-A and HIF-1α in endothelial cells. Calibration measurements and long-term activity measurements of mice showed that the developed activity measurement system is valid for its intended purpose. The assay of PGC-1 mRNA expression responses in human skeletal muscle confirmed that the alternative promoter originated transcripts are vastly upregulated after both EE and RE, whereas the proximal promoter originated transcripts are less inducible and were upregulated only after EE. Truncated PGC-1α transcripts were upregulated after both EE and RE. In conclusion, the current dissertation described the characteristics of inherited oxidative capacity in skeletal muscle and supported the significant role of aerobic metabolism in the development of metabolic diseases. Furthermore, HFD induces angiogenesis in skeletal muscle, which may be linked to increased expression of HIF-1α and VEGF-A in endothelial cells. The current dissertation supported the idea that PGC-1α isoforms may have an important role in exercise mode-specific muscle adaptations. The current results increase our knowledge of factors affecting the oxidative capacity of skeletal muscles, which may help to understand the pathogenic processes of physical inactivity-mediated disorders, as well as helping to develop new treatments or preventive therapies. 

Keywords: exercise, high-fat diet, adaptation, angiogenesis, mitochondrial biogenesis, gene expression

 

 

 

Lisätietoja

Mika Silvennoinen
mika.m.silvennoinen@jyu.fi
044-9123991
kuuluu seuraaviin kategorioihin: ,