CC BY
14УДК 577.21:796
АНАЛИЗ ЧАСТОТЫ ВСТРЕЧАЕМОСТИ СПЕЦИФИЧЕСКИХ ГЕНЕТИЧЕСКИХ МАРКЕРОВ У СПОРТСМЕНОВ БЕЛАРУСИ С УЧЕТОМ ПОЛА И КВАЛИФИКАЦИИ
Л. А. Кундас, Л. В. Кухтинская,
Государственное научное учреждение «Институт генетики и цитологии
Национальной академии наук Беларуси»;
С. Ю. Смирнов,
Государственное учреждение «Республиканский научно-практический центр
онкологии и медицинской радиологии им. Н. Н. Александрова»
Аннотация
Проведено сравнение молекулярно-генетических профилей профессиональных спортсменов и граждан Республики Беларусь по 12 полиморфным вариантам генов VEGF, UCP2, AMPD1, ACE, EPO, BDKRB2, ACTN3, MB, PPARG2, eNOS, PAI-1 с учетом пола и спортивного звания.. Установлено, что генотип Ala/Ala гена UCP2, аллель C гена AMPD1 и аллелъ 4G гена PAI-1 вносят наибольший вклад в достижение спортивного успеха в группе многоборья. Также нами обнаружены гендерные особенности в частотах встречаемости полиморфных: вариантов генов eNOS, BDKRB2 и PPARG2 в группе спортсменов. Результаты работы свидетельствуют о важности учета пола спортсменов при исследовании генов, регулирующих работу сердечнососудистой системы и липидного обмена.
ANALYSIS OF THE FREQUENCY OF SPECIFIC GENETIC MARKERS
IN BELARUSIAN ATHLETES ACCORDING TO GENDER AND QUALIFICATION
Abstract
Molecular-genetic profiles of elite athletes and citizens of Belarus were compared by twelve polymorphic variants of VEGF, UCP2, AMPD1, ACE, EPO, BDKRB2, ACTN3, MB, PPARG2, eNOS and PAI-1 genes according to gender and sport rank. It was discovered that the Ala/Ala genotype of the UCP2 gene, the C allele of the AMPD1 gene and the 4G allele of the PAI-1 gene make the most significant contribution to athletic success in the all-round group. In addition, we also identified gender peculiarities of polymorphic variant frequencies of eNOS, BDKRB2 and PPARG2 genes in the athlete group. The results obtained demonstrate the importance of taking into consideration the gender of athletes while studying the genes of cardiovascular and lipid metabolism systems.
Введение
Изучение уникальных особенностей генома человека в аспекте спортивной деятельности позволит грамотно планировать тренировочный процесс, что будет способствовать не только достижению высоких результатов, но ив сочетании со своевременной профилактикой дезадаптации поможет значительно снизить риски развития профессиональной патологии. Однако, несмотря на многочисленные научные исследования в области спортивной генетики, противоречивость полученных результатов пока не позволяет выявить универсальный «генотип чемпиона» [1, 2].
Наиболее вероятными причинами являются: многофакторная природа предрасположенности к высоким спортивным достижениям, незначительный вклад большинства отдельных взятых полиморфных вариантов в развитие физических качеств человека, малые размеры выборок высококвалифицированных спортсменов в рамках отдельно взятых исследований, а также отсутствие разделения испытуемых по полу в ранних научных работах.
Успех в спортивной деятельности связан как с определенным набором физических, генетических и психических качеств, так и с эффективностью системы
подготовки спортсменов и рядом социально-экономических факторов. Таким образом, национальные исследования, а также исследования, проводимые на базах отдельных спортивных школ, позволяют избежать влияния некоторых из этих факторов на результаты. В то же время локальные научные работы сталкиваются с проблемой малочисленности тестируемых выборок. Для решения данной проблемы можно использовать подход, заключающийся в объединении различных видов спорта в группы по каким-либо схожим признакам [3]. Однако широкое разнообразие имеющихся спортивных классификаций видов спорта и отсутствие в них единых критериев приводит к тому, что один и тот же вид спорта может быть отнесен в различные исследуемые группы. В связи с этим возникают затруднения при интерпретации результатов для отдельных видов спорта.
Цель работы заключается в выявлении специфических генетических маркеров, ассоциированных с предрасположенностью к профессиональной спортивной деятельности, у высококвалифицированных спортсменов олимпийских и национальных команд Республики Беларусь с учетом пола и квалификации.
Материалы и методы
Дизайн исследования. В рамках исследования проводили сравнение частот встречаемости полиморфных вариантов генов в различных группах видов спорта и популяционной выборке с учетом пола и уровня мастерства спортсменов (ЗМС+МСМК).
Характеристика исследуемых групп.. В рамках работы проведено генетическое тестирование 463 спортсменов олимпийских и национальных сборных команд Республики Беларуси и 552 человека, не занимающихся профессиональным спортом, вошедших в популяционную группу. Информация о половой принадлежности людей в обеих группах доступна для 459 и 546 человек соответственно.
В исследование включено 280 высококвалифицированных спортсмена (из них 16 - заслуженные мастера спорта (ЗМС), 85 - мастера спорта международного класса (МСМК), 151 - мастера спорта (МС), 28 - кандидаты в мастера спорта (КМС)), представители 22 видов спорта, объединенных в группы согласно классификации по особенностям проявления физических и технических способностей спортсменов [4]:
1) Многоборье (современное пятиборье, биатлон, ПСС).
2) Циклические виды спорта, требующие преимущественного проявления выносливости (академическая гребля, марафон, спортивная ходьба, велоспорт).
3) Скоростно-силовые виды спорта (метание, тяжелая атлетика, шорт-трек, бег без марафона, плавание, конькобежный спорт).
4) Сложнокоординационные виды спорта (спортивная акробатика, спортивная гимнастика, гребной слалом, стрельба из лука).
5) Спортивные игры как одиночные, так и командные (хоккей с шайбой, хоккей на траве, баскетбол, теннис, футбол).
Группа единоборств не рассматривалась в настоящем исследовании. Описание исследуемых групп представлено в таблице 1.
Таблица 1 - Характеристика исследуемых групп
Группы Количество чел. Пол Квалификация и пол
Мужчины (М) Женщины (Ж) ЗМС МСМК МС КМС
М Ж М Ж М Ж М Ж
Многоборье 76 53 (69,7 %) 22 (28,9 %) 3 - 16 4 21 4 2 2
Циклические 79 43 (54,4 %) 36 (45,6 %) 1 6 9 15 14 6 4 2
Скоростно-силовые 120 62 (51,7 %) 58 (48,3 %) 2 2 8 12 27 25 5 10
Сложнокоординационные 36 20 (55,6 %) 16 (44,4 %) - 6 4 10 7 2 1
Спортивные игры 152 112 (73,7 %) 37 (24,3 %) 2 - 8 3 37 - -
Все спортсмены 463 290 (62,6 %) 169 (36,5 %) 8 8 47 38 109 42 13 15
Популяционная выборка 552 323 (58,5 %) 223 (40,4 %) -
Генотипирование. В качестве биологического материала была использована ДНК, выделенная из лейкоцитов периферической крови либо клеток буккального
эпителия. Генотипирование образцов проводилось по 12 полиморфным вариантам 11 генов: G634C гена VEGF (rs2010963), Ala55Val гена UCP2 (rs660339), C34T гена AMPD1 (rs17602729), Alu Ins/Del гена ACE (rs4646994), -1125 G/T гена EPO (rs1617640), I/D гена BDKRB2 (rs5810761), R577X гена ACTN3 (rs1815739), G174A гена MB (rs7293), Pro12Ala гена PPARG (rs1801282), 4а/4b и G894T гена eNOS (rs61722009 и rs1799983), 4G/5G гена PAI-1 (rs1799762) методом ПЦР с детекцией результатов в режиме реального времени или с помощью гель-электрофореза. Последовательности праймеров и условия проведения ПЦР опубликованы нами ранее [5] и могут быть предоставлены по запросу.
Статистический анализ. Статистическая обработка данных проведена с использованием функции fisher.test (точный критерий Фишера) пакета Stats в программе RStudio (версии 4.0.2). Различия считали статистически достоверными при p<0,05.
Результаты
Анализ частот встречаемости полиморфных вариантов генов у спортсменов по группам спорта
При сравнении частот встречаемости аллельных вариантов между мужчинами и женщинами в популяционной группе статистически значимые различия обнаружены только для полиморфного варианта I/D гена BDKRB2, что необходимо учитывать при дальнейшей интерпретации результатов. Частота встречаемости аллеля D у мужчин (47,2 %) выше, чем у женщин (40,8 %) в популяционной выборке (p=0,04; OR=1,3; 95Cl 1,00-1,67).
Многоборье. В результате исследования обнаружены статистически значимые различия в частотах встречаемости вариантов C34T гена AMPD1 и 5G(-675)4G гена PAI-1 (SERPINE1) между спортсменами группы многоборья и популяционной выборкой. Частота встречаемости генотипа С/С (84,21 % и 71,51 %; p=0,019) и аллеля С (91,45 % и 84,57 %; p=0,027) гена AMPD1 выше у спортсменов. Также в группе спортсменов-многоборцев отмечена более высокая частота встречаемости генотипа 4G/4G гена PAI-1 (42,11 % и 30,64 %; р=0,05) и аллеля 4G (65,13 % и 55,41 %; p=0,02). Результаты представлены в таблице 2.
Таблица 2 - Частоты встречаемости аллельных вариантов ряда генов в группах спортсменов, спортсменов с высоким уровнем мастерства по сравнению с популяционной выборкой
Гены Генотипы, аллель, N СП, % ПГ, % p OR (95Cl) ЗМС и МСМК, % p OR (95Cl)
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Многоборье
AMPD1 СС 84,21 71,51 0,019 2,10 (1,10-4,44) 79,17 0,494 1,51 (0,53-5,28)
CT 14,47 26,13 0,033 0,48 (0,22-0,95) 20,83 0,643 0,74 (0,21-2,11)
TT 1,32 2,36 1,000 0,55 (0,01-3,78) 0,00 1,000 0,00 (0-7,87)
С 91,45 84,57 0,027 1,95 (1,07-3,84) 89,58 0,417 1,57 (0,61-5,15)
N 76 551 24
PAI-1 4G/4G 42,11 30,64 0,050 1,6 (0,97-2,76) 37,50 0,502 1,36 (0,51-3,39)
4G/5G 46,05 49,54 0,625 0,87 (0,52-1,45) 50,00 1,000 1,02 (0,41-2,53)
5G/5G 11,84 19,82 0,117 0,54 (0,23-1,14) 12,50 0,597 0,58 (0,11-1,99)
4G 65,13 55,41 0,023 1,50 (1,04-2,19) 62,50 0,375 1,34 (0,71-2,59)
N 76 545 24
UCP2 Ala/Ala 37,33 26,28 0,053 1,67 (0,97-2,84) 43,48 0,091 2,15 (0,83-5,45)
Val/Ala 44,00 54,01 0,110 0,67 (0,4-1,12) 34,78 0,088 0,45 (0,16-1,16)
Val/Val 18,67 19,71 1,000 0,94 (0,47-1,77) 21,74 0,791 1,13 (0,32-3,25)
Ala 59,33 53,28 0,190 1,28 (0,89-1,84) 60,87 0,366 1,36 (0,72-2,65)
N 74 548 23
Циклические виды спорта
PPARG2 Ala/Ala 5,63 1,76 0,065 3,32 (0,71-12,83) 13,33 0,004 8,51 (1,76-34,39)
Ala/Pro 19,72 27,03 0,244 0,66 (0,33-1,26) 20,00 0,523 0,68 (0,22-1,75)
Pro/Pro 74,65 71,21 0,671 1,19 (0,66-2,24) 66,67 0,678 0,81 (0,35-1,99)
Ala 15,49 15,27 0,901 1,02 (0,59-1,68) 23,33 0,101 1,69 (0,83-3,23)
N 71 455 30
Продолжение таблицы 2
1 2 3 4 5 6 7 8 9
ся m D/D 25,32 20,29 0,303 1,33 (0,73-2,35) 22,58 0,819 1,15 (0,41-2,83)
I/D 56,96 49,09 0,229 1,37 (0,83-2,28) 58,06 0,361 1,43 (0,65-3,25)
0i I/I 17,72 30,62 0,017 0,49 (0,25-0,91) 19,35 0,229 0,54 (0,18-1,39)
Q m D 53,80 44,84 0,040 1,43 (1,01-2,03) 51,61 0,298 1,31 (0,76-2,27)
N 79 552 31
G/G 45,07 53,51 0,203 0,71 (0,42-1,21) 50,00 0,711 0,87 (0,39-1,96)
m G/T 40,85 39,91 0,897 1,04 (0,6-1,78) 36,67 0,848 0,87 (0,37-1,98)
О Т/Т 14,08 6,58 0,049 2,32 (0,96-5,19) 13,33 0,149 2,18 (0,52-6,89)
<D Т 34,51 26,54 0,055 1,46 (0,98-2,15) 31,67 0,371 1,28 (0,69-2,31)
N 71 456 30
Скоростно- силовые виды спорта
4а/4а 7,63 3,10 0,032 2,58 (0,99-6,31) 18,18 0,006 6,90 (1,54-24,32)
т 4a/4b 33,05 28,23 0,315 1,25 (0,8-1,96) 31,82 0,81 1,19 (0,4-3,16)
О 4b/4b 59,32 68,67 0,053 0,67 (0,43-1,03) 50,00 0,100 0,46 (0,18-1,19)
(D 4a 24,15 17,21 0,016 1,53 (1,07-2,17) 34,09 0,008 2,49 (1,21-4,90)
N 118 549 22
С/С 66,67 71,51 0,320 0,80 (0,51-1,25) 41,67 0,005 0,29 (0,11-0,71)
Q C/T 30 26,13 0,426 1,21 (0,76-1,9) 58,33 0,002 3,95 (1,59-10,17)
Он % Т/Т 3,33 2,36 0,523 1,43 (0,33-4,73) 0,00 1,000 0,00 (0,00-7,87)
< С 81,67 84,57 0,284 0,81 (0,56-1,2) 70,83 0,016 0,44 (0,23-0,91)
N 120 551 24
G/G 21,01 19,62 0,705 1,09 (0,64-1,81) 21,74 0,790 1,14 (0,32-3,28)
EP0 G/Т 49,58 49,52 1,000 1,00 (0,66-1,52) 69,57 0,087 2,33 (0,89-6,8)
Т/Т 29,41 30,86 0,826 0,93 (0,58-1,47) 8,70 0,020 0,21 (0,02-0,89)
Т 54,2 55,62 0,718 0,94 (0,71-1,27) 43,48 0,129 0,61 (0,32-1,16)
N 119 525 23
Сложнокоординационные виды спорта
4а/4а 11,11 3,10 0,034 3,9 (0,90-12,94) 20,00 0,042 7,75 (0,75-43,27)
т 4a/4b 30,56 28,23 0,849 1,12 (0,48-2,42) 50,00 0,159 2,54 (0,58-11,19)
О 4b/4b 58,33 68,67 0,201 0,64 (0,31-1,37) 30,00 0,015 0,20 (0,03-0,87)
(D 4a 26,39 17,21 0,056 1,72 (0,94-3,04) 45,00 0,004 3,93 (1,42-10,59)
N 36 549 10
Примечание: N - размер выборки, СП - спортсмены, ПГ - популяционная группа. Жирным шрифтом выделены статистически значимые различия ^<0,05).
При разделении исследуемых групп по полу сохранились статистически значимые различия в частотах встречаемости вариантов С34Т гена AMPD1 и 5G(-675)4G гена PAI-1, а также были обнаружены дополнительные - Ala55Val гена UCP2 и I/D гена ACE.
Более высокая частота встречаемости генотипа С/С (88,68 % и 73,07 % соответственно, p=0,015; OR=2,9; 95Cl 1,17-8,54) и аллеля С (94,34 % и 85,14 %, p=0,009; OR=2,9; 95Cl 1,24-8,34) гена AMPD1 в группе спортсменов-многоборцев в сравнении с популяционной группой отмечена только для мужчин. В то же время статистически значимые различия в частотах встречаемости гена PAI обнаружены между женщинами: для генотипа 4G/4G (59,09 % и 32,73 %; р=0,019; 0R=3,0; 95C1 1,11-8,23), для аллеля 4G (75,0 % и 55,91 %; р=0,016; 0R=2,36; 95C1 1,13-5,32).
Для мужчин в группе многоборья характерна более высокая частота встречаемости генотипа Ala/Ala гена UCP2, чем у мужчин в популяционной группе (39,62 % и 24,69 %; p=0,029; 0R=2,0; 95C1 1,03-3,81). У женщин-многоборцев отмечена более низкая частота встречаемости генотипа I/I (4,76 % и 25,56 %; р=0,032; 0R=0,15; 95C1 0,003-0,957) и аллеля I (33,33 % и 50,67 % (р=0,036; 0R=0,49; 95C1 0,23-0,99) гена ACE в сравнении с женщинами популяционной выборки. Результаты представлены на рисунке 1.
мжмжмжмж
AMPD(CC) PAI (4G/4G) UCP2(Ala/Ala) ACE(I/I)
■ M ■ Ц Ск-с Сл-к ИИ ИПГ
м - мужчины, ж - женщины; Ц - циклические виды спорта, Ск-с - скоростно-силовые виды спорта, Сл-к - сложнокоординационные виды спорта, И - спортивные игры, М - многоборье, ПГ - популяционная группа; * - при p<0,05; ** - при p<0,01
Рисунок 1 - Частоты встречаемости полиморфных вариантов ряда генов с учетом пола в группе спортсменов по сравнению с популяционной группой
Статистически значимых различий в частотах встречаемости полиморфных вариантов в зависимости от уровня мастерства спортсменов группы многоборья не обнаружено.
Циклические виды спорта. При сравнении результатов генотипирования спортсменов группы циклических видов спорта и популяционной группы обнаружены статистически значимые различия в частотах встречаемости полиморфных вариантов -9/+9 гена BDKRB2, G894T гена ENOS. Частота встречаемости ниже генотипа I/I (17,72 % и 30,62 %; p=0,017), выше аллеля D (53,80 % и 44,84 %; р=0,04) гена BDKRB2 и выше генотипа T/T гена eNOS (14,08 % и 6,58 %; р=0,049) в группе спортсменов, в сравнении с популяционной группой (таблица 2).
При разделении исследуемых групп по полу обнаружены статистически значимые различия в частотах встречаемости полиморфных вариантов -9/+9 гена BDKRB2, G894T гена ENOS, I/D гена АСЕ и Pro12Ala гена PPARG. Установлено, что частота встречаемости генотипа D/D (33,33% и 16,14 %; p=0,020; OR=2,6; 95Cl 1,08-5,97) и аллеля D (59,72 % и 40,81 %; р=0,003, OR=2,1; 95Cl 1,26-3,71) гена BDKRB2 статистически значимо выше в группе спортсменок, занимающихся циклическими видами спорта, в сравнении с женщинами в популяционной группе. У женщин-спортсменок в данной группе отмечена более высокая частота встречаемости генотипа Т/Т гена eNOS (23,33 % и 7,41 %; р=0,012; OR=3,8; 95Cl 1,19-11,01) и алелля Т (40,0 % и 26,85 %; р=0,046; OR=0,55; 95Cl 0,31-1,01), а также обнаружено преобладание генотипа Ala/Ala гена PPARG (13,33 % и 0,90 %; р=0,002; OR=16,62; 95Cl 2,26-191,78) и аллеля Ala (26,67 % и 14,80 %; р=0,025; OR=2,09; 95Cl 1,04-4,05) в сравнении с популяционной группой. Результаты представлены на рисунке 2.
Среди мужчин частота встречаемости генотипа I/I (9,76 % и 26,62 %, р=0,019; OR=0,3; 95Cl 0,07-0,87) и аллеля I (35,37 % по сравнению с 49,83 %, р=0,018; OR=0,55; 95Cl 0,33-0,91) гена ACE была ниже в группе спортсменов, занимающихся циклическими видами спорта, чем в популяционной выборке (рисунок 1).
В зависимости от уровня мастерства спортсменов группы циклических видов спорта обнаружены статистически значимые различия в частоте встречаемости полиморфного варианта Pro12Ala гена PPARG. Частота встречаемости генотипа Ala/Ala гена PPARG (13,33 % и 1,76 %; р=0,004) выше у спортсменов со званием ЗМС-МСМК по сравнению с популяционной выборкой (таблица 2).
il Ii iL Lût J. Ü
мжмжмжмж
BDKRB2(D/D) eNOS (T/T) eNOS (4a/4a) PPARG (Ala/Ala)
■ M ■ Ц ■ Ск-с Сл-к I И I ПГ
м - мужчины, ж - женщин^1; Ц - циклические виды спорта, Ск-с - скоростно-силовые виды спорта, Сл-к - сложнокоординационные виды спорта, И - спортивные игры, М - многоборье, ПГ - популяционная группа; * - при p<0,05; ** - при p<0,01
Рисунок 2 - Частоты встречаемости полиморфных вариантов ряда генов с учетом пола в группе спортсменов по сравнению с популяционной группой
Скоростно-силовые виды спорта. При сравнительном анализе частот встречаемости исследуемых полиморфных вариантов в группе спортсменов, занимающихся скоростно-силовыми видами спорта и популяционной группе, обнаружены статистически значимые различия для варианта 4a/4b гена eNOS. Частота встречаемости генотипа 4а/4а гена eNOS (7,63 и 3,1 %, p=0,032) и аллеля 4a (24,15 и 17,21 %, p=0,016) выше в группе спортсменов (таблица 2).
При разделении исследуемых групп по полу обнаружены статистически значимые различия в частотах встречаемости полиморфных вариантов 4a/4b гена eNOS и -9/+9 гена BDKRB2. Указанные ранее различия в частоте встречаемости генотипа 4а/4а гена eNOS (10,53 % и 3,62 %; р=0,044; OR=3,12; 95C1 0,85-10,76) и аллеля 4а (31,58 % и 17,19 %, р=0,001; OR=2,22; 95C1 1,35-3,62) отмечены только среди женщин. Также у женщин-спортсменок обнаружена более высокая частота встречаемости аллеля D (51,72 и 40,81 %, p=0,036; OR=1,55; 95C1 1,01-2,39) и генотипа D/D гена BDKRB2 (27,59 и 16,14 %, р=0,057; 0R=2,0; 95C1 0,93-4,06). Результаты представлены на рисунке 2.
При стратификации данной группы спортсменов в зависимости от уровня мастерства обнаружено, что наибольшие различия в частоте встречаемости генотипа 4а/4а (18,18 % и 3,10 %, p=0,006) и аллеля 4а (34,09 % и 17,21 %, р=0,008) гена eNOS наблюдаются у спортсменов со званием ЗМС-МСМК. Также в подгруппе ЗМС-МСМК отмечена более низкая частота встречаемости генотипа С/С (41,67 % и 71,51 % p=0,005) и аллеля С гена AMPD (70,83 % и 84,57 %, p=0,016). Полученные результаты отражены в таблице 2.
Сложнокоординационные виды спорта. При сравнении результатов генотипирования спортсменов, занимающихся сложнокоординационными видами спорта, и популяционной группы обнаружены статистически значимые различия в частоте встречаемости варианта 4a/4b гена eNOS. Частота встречаемости генотипа 4а/4а гена eNOS среди спортсменов выше, чем в популяционной выборке (11,11 % и 3,10 %, p=0,034). Результаты представлены в таблице 2.
При разделении исследуемых групп по полу обнаружены статистически значимые различия в частотах встречаемости полиморфных вариантов 4a/4b гена eNOS и Ala/Ala гена PPARG. Отмеченные ранее различия в частоте встречаемости генотипа 4а/4а гена eNOS обнаружены только между женщинами исследуемых групп (25,00 % и 3,62 %, p=0,005; 0R=8,7; 95C1 1,68-38,66). Также среди женщин-спортсменок наблюдается более высокая частота встречаемости генотипа A1a/A1a гена PPARG (12,50 % и 0,90 %, р=0,023; 0R=15,30; 95C1 1,04-225,38). Результаты представлены на рисунке 2.
У спортсменов со званием ЗМС-МСМК в сравнении с популяционной группой преобладает генотип 4а/4а гена eNOS (соответственно 20,00 % и 3,10 %, p=0,042), а также аллель 4a (45,00 % и 17,21 %, р=0,004; OR=3,9; 95Cl 1,42-10,59). Полученные результаты отражены таблице 2.
Статистически значимых различий в частотах встречаемости исследуемых вариантов между популяционной группой и группой спортивных игр при общем анализе, а также при разделении по полу и уровню мастерства - не обнаружено.
Обсуждение результатов
Частоты встречаемости исследуемых аллельных вариантов соответствуют данным для европейской популяции [6].
В большинстве научных работ спортсменов, занимающихся многоборьем, относят в «группу выносливости». Однако выделение их в отдельную группу более точно отражает специфичность проявления физических качеств спортсменов и технических особенностей данного вида спорта [4]. Исходя из полученных нами результатов можно предположить, что у многоборцев значительный вклад в уникальный генетический профиль атлета вносят полиморфные варианты генов сигнальных путей, ответственных за энергообеспечение клеток.
В результате обрыва синтеза цепи белка при замене цитозина на тимин в 34-м нуклеотиде (C34T) второго экзона гена AMPD1 блокируется выработка ИМФ, что в свою очередь приводит к снижению уровня энергообеспечения мышечных клеток [7]. Данный эффект частично нивелируется за счет наличия альтернативного сплайсинга мРНК AMPD1 [8]. Согласно литературным данным люди с генотипом T/T гена AMPD1 медленно восстанавливаются после высокоинтенсивных физических нагрузок [9], а также характеризуются более низкими показателями VO2max [10]. Таким образом, более высокая частота встречаемости генотипа С/С в группе многоборья может быть следствием отсеивания спортсменов с неблагоприятным генотипом на этапе отбора.
Аллель 55Val гена UCP2 ассоциирован с высокой метаболической эффективностью мышечной деятельности, пониженным расходом энергии в покое, а также низким уровнем утилизации жирных кислот [11]. В настоящее время одной из основных функций UCP2 считается контроль выбора субстрата, включаемого в цикл Кребса [12]. Более высокая частота встречаемости генотипа Ala/Ala у спортсменов-многоборцев указывает на активное использование в качестве субстрата для синтеза АТФ жирных кислот вместо глюкозы.
Несмотря на то, что статистически значимые различия в частотах встречаемости вариантов Т/Т гена AMPD1 и Ala/Ala гена UCP2 обнаружены только среди мужчин, для женщин выявлена аналогичная ассоциация на уровне тенденции.
В сравнении с популяционной группой в группе многоборья также обнаружено преобладание генотипа 4G/4G гена PAI-1. Белковый продукт данного гена участвует в процессах ангиогенеза путем замедления фибринолиза во время гипоксии, которая появляется при тяжелых физических нагрузках. Установлено, что люди, имеющие однонуклеотидную делецию гуанина (генотип 4G/4G) в промоторной области гена PAI-1, характеризуются повышением содержания белка PAI в плазме крови в сравнении с людьми, имеющими генотип 5G/5G [13]. Согласно литературным данным существует связь уровня PAI-1 в плазме крови с полом [14]. Более высокая частота встречаемости генотипа 4G/4G только среди женщин-многоборцев, может быть связана со незначительным вкладом данного полиморфизма в общий уровень PAI-1 в плазме крови, который проявляется лишь в данной подгруппе спортсменов.
Среди женщин, занимающихся многоборьем, частота встречаемости генотипа I/I и аллеля I гена ACE была ниже по сравнению с популяционной группой. Данный факт является неожиданным, так как согласно литературным данным аллель I ассоциирован с повышенной выносливостью спортсменов [15]. Однако в некоторых научных работах получены схожие с нашими результаты [16]. Возможным объяснением этому является сдвиг в процентном соотношении мышечных волокон 1-го и 2-го типа, наблюдаемый у носителей генотипа I/I (повышением процента содержания мышечных волокон 1-го типа) [17]. Таким образом, люди с данным генотипом могут компенсировать снижение сократительной функции сердечной и скелетных мышц через повышение эффективности митохондриального окисления. В связи с более развитой мышечной
массой у мужчин, перераспределение процентного соотношения различных типов мышечных волокон может иметь большее значение у женщин-спортсменов.
Одной из специфичных особенностей многоборья является быстрое переключение между разными типами нагрузок (динамическая и статическая), к тому же сами соревнования достаточно продолжительны по времени. Чувство усталости должно наступать как можно позже, а спортсмен должен быть устойчив к боли после интенсивной физической нагрузки. Можно предположить, что полиморфные варианты в генах сигнальных путей энергообеспечения мышечных клеток могут быть ассоциированы с повышенной вероятностью достижения высоких результатов спортсменами-многоборцами
В отличие от многоборья у спортсменов, занимающихся циклическими видами спорта, генетический профиль группы формируют полиморфные варианты генов различных сигнальных путей.
Генотип T/T гена eNOS связан с меньшей активностью белка, вызванной проблемой его связывания с кальвеолином 1 [18]. Снижение уровня NO в крови при физических нагрузках влияет на вазодилятацию сосудов и ведет к уменьшению аэробного потенциала. Согласно литературным данным частота встречаемости генотипа Glu298Glu выше у спортсменов, занимающихся циклическими видами спорта [19]. Однако в нашем исследовании у женщин данной группы обнаружено преобладание аллеля Т. Возможной причиной противоречия наших данных и результатов исследований других авторов является малая численность женщин-спортсменок в ранних работах.
Стоит обратить внимание на то, что полиморфизм 298 GluAsp гена eNOS не влияет на количество образованной мРНК, а затрагивает способность белка взаимодействовать с кальвеолином 1 через нарушение связывания с ионами кальция. Известно, что недостаток кальция в крови ведет к активации паратгормона и вымыванию ионов кальция из костей, что увеличивает риск их травмирования [20]. Спортсмены, делающие упор на развитие выносливости, часто подвержены подобным травмам. У женщин эстроген является одним из ключевых факторов, влияющих на уровень всасывания Ca2+ в организме в кишечнике и почках. Однако женщины-спортсменки характеризуются снижением уровня эстрогенов в сравнении с популяционной группой. В связи с этим сохранение ионов Ca2+ в крови за счет снижения активности eNOS может оказывать благоприятное влияние у женщин-спортсменок с генотипом Т/Т. Для подтверждения данной гипотезы необходимы дополнительные исследования по изучению уровня Ca2+ в крови, полиморфизма Glu298 и риску травмирования спортсменок.
Также известно, что концентрация эндотелиальной NO-синтазы значительно увеличивается при динамической физической нагрузке [21]. Длительное увеличение уровня NO в крови может оказывать негативное влияние на организм из-за увеличения проницаемости сосудов. Именно поэтому факторы, сдерживающие чрезмерное увеличение уровня NO в крови данной группы спортсменов, также могут оказаться благоприятными.
В нашем исследовании у спортсменов подгруппы ЗМС_МСМК циклических видов спорта не обнаружено ни одного человека с генотипом 4а/4а, который ассоциирован с повышенной продукцией NO. Данные результаты согласуются с результатами других научных исследований [22].
Полиморфный вариант +9/-9 (I/D), находящийся в промоторном участке гена BDKRB2 и влияющий на степень вазодилятации сосудов, может быть связан с повышенной метаболической эффективностью скелетных мышц [23]. Однако в некоторых научных работах не было обнаружено связи между генотипом гена BDKRB2 и спортивной успешностью [10]. Противоречивость результатов исследований может быть вызвана вариацией частоты встречаемости аллеля D гена BDKRB2 в различных популяциях (0-100 %), а также половой структурой исследованных групп. Установлено, что одна из функций эстрогена - это вазодилятационный эффект, который он оказывает через взаимодействие с еNOS, тем самым влияя на уровень экспрессии NO [24]. Это является одной из причин более высокого уровня биосинтеза
NO у женщин в сравнении с мужчинами. Таким образом, BDKRB2 и эстроген, возможно, оказывают синэргичное действие на кровеносные сосуды.
В нашем исследовании обнаружено, что частота встречаемости генотипа D/D гена BDKRB2 в общей группе женщин-спортсменок значительно выше, чем в группе мужчин-атлетов и в популяционной группе. Таким образом, можно предположить, что генотип D/D гена BDKRB2 является предпочтительным именно для женщин-спортсменок. Стоит отметить, что в популяционной группе были обнаружены различия в частоте встречаемости аллеля D гена BDKRB2, однако для генотипов достоверных различий не обнаружено. Преобладание генотипа D/D в группе спортсменок циклических видов спорта может быть связано с высокими требованиями к выносливости спортсменов в данном виде спорта.
Аллель Ala гена PPARG ассоциирован со снижением активности соответствующего белка, что приводит к повышению чувствительности тканей к инсулину, а также усиливает анаболическое действие последнего на скелетные мышцы [25]. Возможно, именно данный эффект позволяет рассматривать вариант Pro12Ala в качестве маркера высоких спортивных достижений.
У женщин-спортсменок, занимающихся циклическими видами спорта, отмечена более высокая частота гомозиготного носительства варианта 12Ala и аллеля Ala гена PPARG. Похожие результаты были получены Сорокином и его коллегами [26]. Согласно данным Копытова и соавторов у здоровых женщин с генотипом Ala/Ala экспрессия гена PPARG в интраабдоминальной жировой ткани ниже, чем у женщин с генотипом Pro/Pro [27]. Возможно, пониженная активность белка PPARG у женщин носителей гомозиготы Ala 12 в сочетании со сниженным уровнем экспрессии мРНК PPARG в жировой ткани определяет более выраженный анаболический эффект и высокую частоту встречаемости данного генотипа именно у женщин-спортсменок.
Аналогично женщинам-спортсменкам в группе многоборья, у мужчин-атлетов в группе циклических видов спорта обнаружена более низкая частота встречаемости генотипа I/I и аллеля I гена ACE в сравнении с популяционной группой.
У спортсменов, занимающихся скоростно-силовыми видами спорта, обнаружены особенности частот встречаемости полиморфных вариантов генов, влияющих на процессы кровоснабжения мышечных волокон.
Преобладание полиморфизма 4a/4a гена eNOS, ассоциированного с увеличением продукции NO (окиси азота) и повышенной вазодилятацией сосудов ожидаемо в видах спорта, требующих большей мышечной силы. Наибольшая частота встречаемости генотипа 4а/4а и аллеля 4а обнаружена среди элитных спортсменов в звании ЗМС+МСМК.
У женщин данной группы видов спорта обнаружена повышенная частота встречаемости генотипа D/D гена BDKRB2. Сочетание действий эстрогена, BDKRB2 и eNOS может способствовать значительному повышению уровня NO в крови и, как следствие, сильному и длительному расслаблению кровеносных сосудов. Увеличение питания мышечной ткани во время тренировок может способствовать более эффективному росту мышц. По аналогии с генотипом I/I гена ACE, в связи с более развитой мышечной тканью у мужчин, данная генетическая особенность может иметь более выраженное значение у женщин-спортсменок.
Также у спортсменов в звании ЗМС-МСМК обнаружена более низкая частота встречаемости генотипа С/С и аллеля С гена AMPD1. В отличие от многоборцев спортсмены, занимающиеся скоростно-силовыми видами спорта, используют во время соревнований преимущественно один источник энергии - креатининфосфат мышечных волокон [28]. Таким образом, они в меньшей степени зависят от эффективности работы систем энергообеспечения клеток.
При блокировке образования ИМФ (инозин монофосфата) из АМФ (аденозинмонофосфата), вызванной вариантом С34Т, наблюдается увеличение уровня свободного аденозина. Данный нуклеозид способствует расширению сосудов и ускорению кровотока [29]. Нарушение синтеза ИМФ также приводит к снижению уровня образования аммиака во время физической нагрузки, что может способствовать более позднему наступлению болевого синдрома. У спортсменов скоростно-силовых видов спорта данные особенности могут играть благоприятную роль
во время этапа тренировки, способствуя увеличению ее продолжительности и, как следствие, большему росту мышц.
Спортсмены в группе сложнокоординационных видов спорта по генетическому профилю схожи со спортсменами группы скоростно-силовых и циклических видов спорта. Более высокая частота встречаемости полиморфизма 4а/4а гена eNOS у женщин-спортсменок может давать преимущество при тренировках, направленных на развитие мышечной силы. В то же время более высокая частота встречаемости генотипа Ala/Ala гена PPARG может указывать на важность анаболического эффекта, усиленного данным вариантом, при статической мышечной нагрузке. Особенно, если принять во внимание тот факт, что на соревнованиях атлетам в группе сложно-координационных видов спорта необходимо выступать несколько раз в течение дня.
Заключение
Результаты нашего исследования позволяют сделать предположение о важности учета пола спортсменов при исследовании генов, регулирующих работу сердечнососудистой системы и липидного обмена. В отличие от мужчин у женщин-спортсменок обнаружены особенности в частотах встречаемости полиморфных вариантов генов eNOS, BDKRB2 и PPARG в циклических (rs1799983, rs5810761, rs1801282), сложнокоординационных (rs61722009, rs1801282) и скоростно-силовых видах спорта (4a/4b гена eNOS, rs5810761).
В рамках нашего исследования установлено, что у многоборцев значительный вклад в уникальный генетический профиль атлета вносят полиморфные варианты генов сигнальных путей, ответственных за энергообеспечение мышечных клеток (C34T гена AMPD1, Ala55Val гена UCP2).
Полученные нами данные могут повлиять на общие взгляды о подходах к исследованиям в области спортивной генетики, а также могут быть использованы для выявления индивидуальной генетической предрасположенности к определенным группам видов спорта.
Список использованных источников
1. SGDB: A Sports Gene Database for Visualization of Sports Effects on Human Skeletal Muscle Gene Expression / C. Qinglei [et al.] / / IEEE Access. - 2020. - Vol. 8. - P. 2055720562. DOI: 10.1109/ACCESS.2020.2968514.
2. Genotype and metabolic profile associations in athletic adaptation to physical loads / D. A. Alaverdyan [et al.] / / Theory and practice of physical culture. - 2019. - № 8. - Mode of access: http://teoriya.ru/ru/node/10460. - Date of access: 18.08.2021.
3. Различные подходы к классификации видов спорта / А. В. Генералов [и др.] / / Теория и практика физической культуры. - 2019. - № 3. - С. 40-42.
4. Никитушкин, В. Г. Спорт высших достижений: теория и методика /
B. Г. Никитушкин, Ф. П. Суслов / / Спорт. - 2018. - 390 с.
5. Некоторые аспекты ассоциации генов с высокими спортивными достижениями / И. Б. Моссэ [и др.] / / Вавиловский журнал генетики и селекции. - 2017. - № 21(3) -
C. 296-303. DOI: 10.18699/VJ17.247.
6. База данных NCBI / National Center for Biotechnology Information [Electronic resource] - Mode of access: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/snp/rs660339#frequency_tab. -Date of access: 05.11.2017.
7. Effect of isolated AMP deaminase deficiency on skeletal muscle function / J. Cheng [et al.] // Molecular Genetics and Metabolism Reports. - 2014. - Vol. 1(1). -P. 51-59. DOI: 10.1016/j.ymgmr.2013.12.004.
8. Alternative splicing: a mechanism for phenotypic rescue of a common inherited defect/ H. Morisaki [et al.] // J Clin Invest. - 1993. - Vol. 91(5). - P. 2275-2280. DOI: 10.1172/JCI116455.
9. Collins, C. Resistance Training, Recovery and Genetics: AMPD1 the Gene for Recovery / C. Collins // JOAE. - 2017. - Vol. 6 - I.2. DOI:10.4172/2324-9080.1000256.
10. Polygenic Study of Endurance-Associated Genetic Markers NOS3 (Glu298Asp), BDKRB2 (-9/+9), UCP2 (Ala55Val), AMPD1 (Gln45Ter) and ACE (I/D) in Polish Male Half Marathoners / P. Gronek [et al.] // Journal of Human Kinetics. - 2018. - 64(1) - P. 87-98. DOI: https://doi.org/10.1515/hukin-2017-0204.
11. Ахметов, И. И. Молекулярная генетика спорта / И. И. Ахметов // М.: Советский спорт, 2009. - 268 с.
12. UCP2 Overexpression Redirects Glucose into Anabolic Metabolic Pathways / A. Sreedhar [et al.] // Proteomics. - 2019. - 19(4). - e1800353. D01:10.1002/-pmic.201800353.
13. Allele specific increase in basal transcription of the plasminogen activator inhibitor-1 gene is associated with myocardial infarction / R. Eriksson [et al.] // Proc Natl Acad Sci US A. -1995. - № 92. - P. 1851-1855.
14. Male-female differences in the genetic regulation of t-PA and PAI-1 levels in a Ghanaian population / A. Shoenhard [et al.] / / Human Genetics. - 2008. - Vol. 124. - P. 479-488.
15. The association between ace gene variation and aerobic capacity in winter endurance disciplines / J. Orysiak [et al.] // Biol Sport. - 2013. - Vol. 30(4). - P. 249-253. DOI: 10.5604/20831862.1077549.
16. Genetic variants associated with physical and mental characteristics of the elite athletes in the Polish population / B. Peplonska [et al.] // Scandinavian journal of Medicine and Science in sports. - 2017. - Vol. 27. - I.8. - P. 788-800. DOI: https://doi.org/-10.1111/ sms.12687.
17. The I allele of the angiotensin-converting enzyme gene is associated with an increased percentage of slow-twitch type I fibers in human skeletal muscle / B. Zhang [et al.] // Clin Genet - 2003. - Vol. 63, № 2. - P. 139-144.
18. Oliveira-Paula, G. H. Endothelial nitric oxide synthase: from biochemistry and gene structure to clinical implications of NOS3 polymorphisms / G. H. Oliveira-Paula, R. Lacchini, J. E. Tanus-Santos / Gene. - 2016. - 575(2Pt3). - P. 584-599. DOI:10.1016/-j.gene.2015.09.061.
19. Endothelial nitric oxide synthase G894T (rs1799983) gene polymorphism in polish athletes / J. Eider [et al.] // Central European Journal of Biology. - 2014. - Vol. 9. -P. 260-267. DOI: 10.2478/s11535-013-0254-1.
20. A Pilot Intervention to Increase Calcium Intake in Female Collegiate Athletes / S. Robyn [et al.] // International Journal of Sport Nutrition and Exercise Metabolism. -2004. - Vol. 14. - P. 18-29. DOI: https://doi.org/10.1123/ijsnem.14.1.18.
21. Содержание эндотелиальной синтазы оксида азота в плазме после физических нагрузок различного характера / Е. Ю. Дьякова [и др.] // Бюллетень сибирской медицины. - 2017. - Vol. 16(1). - C. 20-26.
22. The use of molecular genetic methods for prognosis of aerobic and anaerobic performance in athletes / I. Ahmetov [et al.] // Hum. Physiol. - 2008. - Vol. 34. - P. 338342. DOI: 10.1134/S0362119708030110.
23. BDKRB2 gene -9/+9 polymorphism and swimming performance / A. Grenda [et al.] // Biol Sport. - 2014. - Vol. 31(2). - P. 109.
24. Duckles, S. Hormonal modulation of endothelial NO production / S. Duckles, V. Miller // Pflugers Arch. - 2010. - Vol. 459, № 7. - P. 841-851.
25. An aPPARent Functional Consequence in Skeletal Muscle Physiology via Peroxisome Proliferator-Activated Receptors / W. W. T. Phua // Int J Mol Sci. - 2018. -Vol. 19(5). - 1425. DOI: 10.3390/ijms19051425.
26. Сорокина, Е. Ю. Изучение ассоциации полиморфизма генов со спортивной успешностью и риском развития алиментарно-зависимых заболеваний у спортсменов, представляющих циклические виды спорта / Е. Ю. Сорокина, Э. Э. Кешабянц, Н. Н. Денисова / / Спортивная медицина: наука и практика. - 2019. - № 9(3). - С. 41-48.
27. Ассоциация ОНП Pro12Ala (rs1801282) гена PPARG с уровнем мРНК в интраабдоминальной жировой ткани у женщин / А. Э. Копытова [и др.] // Медицинская генетика. - 2017. - № 16(2). - С. 26-29.
28. Тереньтев, А. A. Биохимия мышечных волокон: учебное пособие / А. А. Терентьев. - М.: ФГБОУ ВО РНИМУ им. Н. И. Пирогова Минздрава России, 2019. - 76 с.
29. Mechanism of vasodilation to adenosine in coronary arterioles from patients with heart disease / A. Sato [et al.] // Am J Physiol Heart Circ Physiol. - 2005. - Vol. 288. -P. 1633-1640.
23.09.2021
