Mogelijk synergetisch effect beweging en PQQ op mitochondriale biogenese

Zowel duursport als PQQ worden in onderzoeken geassocieerd met mitochondriale biogenese. Het is aannemelijk dat PQQ en duursport samen een synergetisch effect zouden kunnen hebben. Is dat ook zo? In deze literatuurreview is samengebracht wat we nu hierover weten.

Uit wetenschappelijke studies weten we dat endurance training (duursport) de spieren aanzet tot mitochondriale biogenese en het functioneren van de mitochondriën en de oxidatieve capaciteit verbetert. PQQ wordt sinds kort genoemd als een nieuw supplement dat betrokken is bij diverse fysiologische processen: het stimuleert celgroei, -ontwikkeling, -differentiatie en -overleving, is een krachtige antioxidant en verhoogt bovendien ook de mitochondriale biogenese.

Dit laatste is uiteraard interessant in het kader van dit artikel. Want als zowel duursport als PQQ worden geassocieerd met mitochondriale biogenese, dan is het aannemelijk dat een ander toegevoegd voordeel (synergetisch effect) kan worden bereikt door PQQ en duursport samen. Echter: hier is weinig onderzoek naar gedaan. In deze literatuurreview hebben de onderzoekers een overzicht gemaakt van de beschikbare kennis over PQQ en de veronderstelde mechanismen die onderliggend zijn aan mitochondriale biogenenese. [1]

De belangrijkste lessen samengevat:

• Beweging en PQQ delen de biochemische pathways voor mitochondriale biogenese: beide verhogen PGC-1alpha, de masterregulator, wat leidt tot activatie van NRF-1, NRF-2 en de mitochondriale transcriptie factor A. Dit maakt vervolgens weer de expansie van de grootte van de mitochondriën mogelijk en de transcriptie van mitochondriaal DNA, en hiermee ook mitochondriale biogenese (ofwel vorming van nieuwe mitochondriën).
• Duursport zorgt voor aanpassing van de skeletspieren die verhoging van mitochondriale biogenese kan stimuleren, de oxidatieve capaciteit kan verbeteren, het aantal mitochondriën kan verhogen en de mitochondriale functie kan verbeteren.
• PQQ is betrokken bij fysiologische processen, zoals redox modulatie, energiemetabolisme van de cel en mitochondriale biogenese. Bovendien is PQQ een belangrijke antioxidant.
• Er is steeds meer onderzoek dat aangeeft dat PQQ-suppletie de moleculaire signaalreacties kan stimuleren die wijzen op mitochondriale biogenese in de skeletspieren.
• Als zowel duursport als PQQ-suppletie verhoging kan uitlokken in de moleculaire reacties die wijzen op mitochondriale biogenese, dan is het mogelijk dat zowel PQQ als duursport een synergetische reactie kunnen uitlokken, zo concluderen de onderzoekers.

Er is echter zoals aangegeven een schaarste aan onderzoek dat de mogelijke rol onderzoekt van PQQ-suppletie met gelijktijdige duurtraining. De onderzoekers zijn voorzichtig en concluderen dat het aannemelijk is dat er een synergetisch effect is, maar dat er meer onderzoek nodig is voor definitieve conclusies.

cAMP en CREB: twee ingangen

Bovendien is het zo, ook al delen beweging en PQQ de beschreven biochemische pathways, voor zover bekend is de ingang bij beide verschillend. Bij beweging is dit cAMP (Cyclisch adenosinemonofosfaat): een cyclische nucleotide die een belangrijke rol speelt in verscheidene biochemische processen en wordt getriggerd door energietekort in de cel. Bij PQQ gaat de ingang via (cAMP response element-binding protein): een cellulaire transcriptiefactor. Het is wel zo dat CREB wordt gestimuleerd door cAMP. Dus beweging zorgt voor meer cAMP, cAMP stimuleert vervolgens CREB, die weer zorgt voor de groeifactoren, en dus ook de mitochondriale biogenese. PQQ op zijn beurt stimuleert rechtstreeks CREB. Dus: alhoewel beweging en PQQ verschillende ingangen hebben in de biochemische pathways, het feit dat beiden CREB – direct of indirect – stimuleren doet vermoeden dat suppletie van PQQ mét gelijktijdige beweging een synergetisch effect hebben.

In dit verband geven we hierbij nog de resultaten van twee interessante onderzoeken:

PQQ-suppletie en biogenese mitochondriën door CREB

Eerdere studies hebben laten zien dat muizen en ratten op een dieet zonder PQQ minder mitochondriale inhoud hebben. In dit onderzoek is de hypothese onderzocht dat PQQ mitochondriale biogenese in de levercellen van muizen kan uitlokken. [2] Uit het onderzoek bleek dat muizen die 1 tot 2 dagen PQQ kregen een verhoogde activiteit van allerlei mitochondriale functies, hadden, zoals citraatsynthese en cytochrome c-oxidase activiteit, mitochondriale DNA-inhoud en cellulaire zuurstofademhaling. De uitlokking van dit proces vond plaats door de activatie van CREB (cAMP response element-binding protein) en PGC1-alpha, een pathway waarvan hierboven is beschreven hoe het mitochondriale biogenese reguleert. PQQ-blootstelling stimuleerde de fosforalisatie van CREB op serine 133, activeerde de promotor van PGC1-alpha en verhoogde PGC1-alpha mRNA en eiwitexpressie. Om zeker te zijn van dit resultaat, voerden de onderzoekers een controle-onderzoek uit: PQQ bleek de mitochondriale biogenese niet te stimuleren na een kleine RNA-gemedieerde vermindering in ofwel PGC1-alpha of de CREB-expressie. Consistent met de activatie van de PGC1-alpha pathway verhoogde PQQ ondermeer NRF-1 en NRF-2. Het vermogen van PQQ om mitochondriale biogenese te stimuleren komt voor een deel hierdoor en suggereert volgens de onderzoekers dat PQQ gunstig kan zijn in ziekten die worden geassocieerd met mitochondriale disfunctie.

Beweging en biogenese mitochondriën

Van duursport is bekend dat het metabole aanpassingen in de skeletspieren uitlokt via de activatie van PGC-1alpha. Dit stofje reguleert mitochondriale biogenenese via de transcriptie van nucleair gecodeerde mitochondriale genen (genen die in de celkern zitten, dus niet in het mitochondriaal DNA). Recent is gebleken dat PGC-1alpha in de mitochondriën zit, echter de fysiologische consequenties hiervan zijn onbekend. In deze studie is onderzocht of een acute stevige sportsessie een verhoging van mitochondriaal PGC-1 alpha kan stimuleren en tegelijkertijd ook de mitochondriale transcriptie factor A kan activeren om mtDNA transcriptie te bevorderen. [3] Bij muizen leidde een flinke training, en dus een acute veranderde energievraag, ertoe dat PGC-1alpha relocaliseerde naar nucleaire en mitochondriale DNA transcriptiefactoren. Het resultaat uit dit onderzoek suggereert dat PGC-1alpha actief crosstalk tussen nucleair en mitochondriaal DNA kan faciliteren om de mitochondriale biogenese te bevorderen.

Meer over mitochondriale disfunctie

Mitochondriën zijn essentieel voor de energieproductie in vrijwel alle lichaamscellen. Een suboptimale functie kan allerlei oorzaken hebben. Een belangrijke is uiteraard een te laag aantal mitochondriën om aan de energievraag te voldoen. Mitochondriale disfunctie heeft verstrekkende gevolgen en kan tot vele uiteenlopende ziektebeelden leiden, zoals het chronisch vermoeidheidssyndroom, fibromyalgie, Alzheimer, Parkinson en cardiovasculaire aandoeningen. Dit komt omdat de energievoorziening in de cellen essentieel is voor alle levensprocessen. Vandaar dat het zo belangrijk is, zeker als we ouder worden (en dit speelt al vanaf ons twintigste), om te blijven bewegen, want dit stimuleert de aanmaak van mitochondriën. Bovendien kan een voldoende beschikbaarheid van PQQ – in de voeding of als supplement – de mitochondriale biogenese stimuleren. En, zoals in bovenstaande literatuurreview werd aangegeven, hebben ze vermoedelijk samen dus nog meer effect, en dat is een goed idee, gezien het groot aantal klachten dat met mitochondriale disfunctie samenhangt.

Lees meer hierover in ons artikel Mitochondriale disfunctie:

Bronnen

[1] Hwang P., Willoughby D.S. et al.,  Mechanisms Behind Pyrroloquinoline Quinone Supplementation on Skeletal Muscle Mitochondrial Biogenesis: Possible Synergistic Effects with Exercise.., J Am Coll Nutr. 2018 May 1:1-11. doi: 10.1080/07315724.2018.1461146

[2] Chowanadisai, W., Pyrroloquinoline quinone stimulates mitochondrial biogenesis through cAMP,  J Biol Chem. 2010 Jan 1;285(1):142-52. doi: 10.1074/jbc.M109.030130. Epub 2009 Oct 27. PMID: 19861415  

 [3] Safdar A. et al.,  Exercise increases mitochondrial PGC-1alpha content and promotes nuclear-mitochondrial cross-talk to coordinate mitochondrial biogenesis., J Biol Chem. 2011 Mar 25;286(12):10605-17. doi: 10.1074/jbc.M110.211466. Epub 2011 Jan 18