Гены-маркеры предрасположенности к скоростно-силовым видам спорта
Гены-маркеры предрасположенности к скоростно-силовым
видам спорта
Доктор биологических наук, профессор В.А. Рогозкин
Кандидат биологических наук И.В. Астратенкова Бакалавры А.М. Дружевская , О.Н.
Федоровская, Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт физической
культуры, Санкт-Петербург
Успешная
реализация многолетней международной программы "Геном человека"
оказала огромное влияние на фундаментальную и прикладную медико-биологическую
науку, на многие социальные аспекты жизни. Она позволила выявить специфические
гены, тесно связанные с развитием и проявлением наследственных болезней, а
также определить гены, ответственные за выполнение нормальных физиологических и
метаболических функций человека. В частности, возникла возможность выявить
генетические маркеры, или гены предрасположенности, тесно ассоциированные с
развитием и проявлением различных физических качеств [1, 2]. Основным
генетическим маркером, связь которого со спортивными результатами в разных
видах спорта убедительно доказана в исследованиях последних лет, остается ген
ангиотензин превращающего фермента (ACE) [3, 6]. Наряду с этим наиболее
вероятными кандидатами на роль генетических маркеров в спорте являются гены,
определяющие функции сердечно-сосудистой системы: ангиотензиногена (AGT),
ангиотензин-II -рецептора 1-го типа (AGT2R1), b2-рецептора брадикинина (b2BKR)
и эндотелиальной NO-синтазы (eNOS). Определенные генотипы этих генов в той или
иной степени ассоциированы с проявлением качества выносливости и указывают на
предрасположенность к выполнению длительной физической работы. В то же время
поиск генетических маркеров, определяющих предрасположенность человека к
выполнению скоростно-силовых физических нагрузок, пока не привел к убедительным
и достоверным результатам.
Цель
исследования состояла в выявлении и анализе полиморфизма трех генов:
a-актинина-3, АМФ-дезаминазы и ангиотензин превращающего фермента у
представителей скоростно-силовых видов спорта
Методика
. Работа выполнена на образцах геномной ДНК 97 учащихся ГУСПО СПбУОР № 2,
специализирующихся в пяти скоростно-силовых видах спорта: дзюдо, вольной
борьбе, греко-римской борьбе, боксе, тяжелой атлетике, а также
конькобежцев-спринтеров и гребцов на короткие дистанции. ДНК выделяли из клеток
букального эпителия ротовой полости. Полученную ДНК использовали в качестве
матрицы в полимеразной цепной реакции (ПЦР) в присутствии двух-трех праймеров.
После амплификации генов продукты ПЦР подвергали расщеплению эндонуклеазами
рестрикции. Затем проводили разделение фрагментов ДНК с использованием
вертикального электрофореза в полиакриламидном геле в присутствии маркерных
красителей. Для визуализации полученных фрагментов ДНК после электрофореза их
окрашивали флюоресцентным красителем - бромистым этидием и просматривали в
ультрафиолетовом свете в трансиллюминаторе. Регистрацию полученных результатов
проводили после фотографирования фрагментов ДНК. В качестве популяционного
контроля использовали образцы ДНК, полученные у 111 жителей Санкт-Петербурга.
Результаты
и обсуждение. Первым изученным геном у спортсменов был ген a-актинина-3
(ACTN3). Известно, что в скелетных мышцах существуют две изоформы белка
a-актинина: изоформа a-актинин-2 (ACTN2) и изоформа a-актинин-3 (ACTN3),
которые имеют высокую степень гомологичности, но различаются по локализации в
мышечных волокнах. Все мышечные волокна содержат a-актинин-2, тогда как белок
a-актинин-3 локализован только в быстросокращающихся волокнах скелетных мышц. Оба
гена a-актининов (ACTN2 и ACTN3) экспрессируются в скелетных мышцах человека.
Ген a-актинина-3 - ACTN3 находится в длинном плече 11-й хромосомы (11q13-q14).
Результаты
анализа показали, что в скелетной мышце a-актинины-2 и -3 относятся к главным
компонентам Z-дисков, где они связывают тонкие актиновые филаменты. Эти белки
выполняют статическую функцию в организации тонких филаментов и взаимодействии
между саркомерным цитоскелетом и саркоплазмой, тем самым обеспечивая
упорядочение массива миофибрилл. Изоформы a-актининов в скелетных мышцах кроме
статической выполняют и регуляторную функцию, принимая участие в регуляции
дифференциации и сокращении миофибрилл. Дефицит a-актинина-3 в
быстросокращающихся мышечных волокнах может снижать скоростно-силовые показатели
физической работоспособности человека. Причиной такого недостатка ACTN3 у
человека является однонуклеотидная замена цитозина на тимин в 577-м нуклеотиде
кодирующей последовательности, который находится в 16-й экзоне. В результате
этого кодон, кодирующий аминокислоту аргинин, превращается в стоп-кодон и
останавливается синтез полипептидной цепи белка a-актинина-3. Нуклеотидная
форма записи этой мутации - R577X. Наличие полиморфизма в гене ACTN3 позволяет
выявить три генотипа: RR-гомозиготы по нормальному аллелю, RX-гетерозиготы,
XX-гомозиготы по мутантному аллелю. Около 16% мировой популяции гомозиготны по
X-аллелю, и их мышцы не содержат белка a-актинин-3. Однако патологии мышц у
таких людей не наблюдается, так как a-актинин-2 компенсирует его отсутствие в
Z-дисках быстросокращающихся мышечных волокон. Вместе с тем наличие 577R
аллеля, свидетельствующего о присутствии в скелетных мышцах белка a-актинина-3,
дает индивидуумам преимущество в проявлении скоростно-силовых физических
качеств.
На
первой стадии настоящего исследования необходимо было получить информацию о
распределении полиморфизма гена АСТN3 в нормальной популяции жителей
г.Санкт-Петербурга и провести сравнение с популяцией жителей Европы. Как
показывают результаты исследований, частоты встречаемости полиморфизмов гена
АСТN3 у жителей Санкт-Петербурга распределились следующим образом: по Х-аллелю
- 40 %, по R-аллелю - 60%, а частоты встречаемости генотипа ХХ составляют 17%.
Как в российской, так и в европейской популяции доминирующим оказался R-аллель
(60%), что хорошо согласуется с аналогичными показателями для жителей других
стран [5]. Затем было проведено сравнение генотипов гена АСТN3 среди жителей
Санкт-Петербурга и спортсменов. Различия между частотой встречаемости R- и
Х-аллелей в популяции жителей Санкт-Петербурга и спортсменов оказались
недостоверными. Частота мутантного аллеля Х в контрольной группе составила 40%,
а в группе спортсменов - 37%. При рассмотрении трех вариантов генотипа гена
АСТN3 обнаружены отличия между группами. Среди спортсменов выявлено достоверное
снижение частоты встречаемости гомозигот генотипа ХХ (7%) по сравнению с
контрольной группой (17%) (р < 0,05). Смещение распределения генотипов в
сторону ХХ произошло не за счет увеличения частоты генотипов RR, указывающего
на наличие в мышечных волокнах II типа полноценного белка a-актинина 3, а
вследствие более высокой частоты встречаемости гетерозиготного генотипа RX
(60%). При сравнении этих данных с частотой обнаружения RX у жителей
Санкт-Петербурга (45%) также выявлено достоверное различие (p