CC BY
142
АНАЛИЗ ПОЛИМОРФИЗМА ГЕНОВ ACE И BDKR82 У СПОРТСМЕНОВ
А.М. ВЕДЯКОВ, ФГУЗ «МСЧ № 143» ФМБА России; П.И. ЛИДОВ, ММА им. И.М. Сеченова; Д.А. ГАВРИЛОВ, ХК «Спартак»; Е.А. ТАБАКЯН, ФГУЗ «МСЧ № 143» ФМБА России; А.Г. ТОНЕВИЦКИЙ, ВНИИФК
Аннотация
Физические качества детерминируется генетическими факторами. Один из таких факторов локализован в гене ангиотензин-превращающего фермента (АСЕ), который встречается в двух полиморфных вариантах, связанных с инсерцией/делецией (I/D). Вариант I ассоциируется с низким уровнем АСЕ по сравнению с вариантом D гена. Кардиопротективный пептид брадикинин разрушается АСЕ и I-аллель АСЕ ассоциируется с высокой активностью брадикинина.
Существует полиморфные варианты гена В2 рецептора брадикинина (BDKRB2) связанные с вставкой/делецией 9 нуклеотидов в первом экзоне. Аллель —9 ассоциируется с более высоким уровнем экспрессии мРНК рецептора, по сравнению с вариантом +9 гена. В настоящей статье мы проанализировали эти генетические факторы у российских спортсменов: 60 хоккеистов, 50 синхронисток и 15 футболистов (125 кавказоидов). Выявлена высокая частота генотипов «низкой активности брадикинина» у синхронисток и хоккеистов, реализованных различными генетическими механизмами. У синхронисток — за счет высокой часты DD генотипа АСЕ, у хоккеистов — за счет высокой частоты встречаемости +9/+9 генотипа BDKRB2. Результаты свидетельствуют об особой роли каждого из анализированных генетических факторов в формировании физических качеств. Требуется дальнейшее изучение вопроса на больших выборках с исследованием скоростных, выносливостных и силовых характеристик спортсменов
Abstract
Human physical performance is influenced by genetic factors. One such locus of influence is the gene for angiotensin-I converting enzyme (ACE), which exhibits a common variant — ACE insertion (I)/deletion (D).
The I variant is associated with lower ACE levels than the D variant of gene. Bradykinin is a cardioprotective peptide metabolized by the ACE and ACE I allele is associated with higher kinin activity. A common gene variant in the bradykinin B2 receptor (BDKRB2) exists: the —9 as opposed to +9 allele is associated with higher receptor mRNA expression. We now examine this genotypes distribution in Russian athletes: 60 hockey players, 60 players of synchronised swimming players and 50 football-player (125 Caucasians). High genotype frequency hockey players and synchronised swimming players of “low bradykinin activity" was discovered. It was realized by different genetic mechanisms: due to high genotype frequency DD of ACE genotype of synchronised swimming players, due to high genotype frequency +9/+9 of BDKRB2 genotype of hockey players. Results testify to particular role each from analyzed genetic factors to create of physical qualities. Further study this question on larger excerption with investigation of rapid, ability of staying power and power description of sportsmen was demeaned
Ключевые слова: физические качества, полиморфизм генов, ACE, BDKRB2
Физические качества детерминируется генетическими факторами [10]. Один из таких факторов локализован в гене ангиотензин-превращающего фермента (АСЕ), который встречается в двух полиморфных вариантах, связанных с инсерцией/делецией (I/D) 287 нуклеотидов Alu повтора в 16 интроне гена. Вариант D гена ассоциируется с более высоким уровнем АСЕ в тканях по сравнению с вариантом I (на 14-50%). В европейской популяции генотипы II, DD и ID встречаются с частотой 0,23, 0,28 и 0,49 соответственно [6]. Показано, что I-аллель ассоциируется с выносливостью, а D - с физической силой [7]. В процессе занятия спортом происходит естественный отбор генетически наиболее приспособленных к достижению высо-
ких результатов. На примере бегунов, пловцов и гребцов установлено, что 1-аллель чаще встречается у стайеров, а D-аллель - у спринтеров [4, 8].
АСЕ - цинксодержащая протеаза, которая катализирует образование вазоконстриктора ангиотензина-11 и разрушение вазодилататора брадикинина. Следовательно, ассоциации АСЕ с физическими качествами могут быть опосредованы через эти компоненты ренин-ангиотезино-вой и калликреин-кининовой системы. Большинство эффектов брадикинина реализуются через В2 рецепторы, которые экспрессируются в различных тканях. Существует полиморфные варианты гена В2 рецептора брадикинина (BDKRB2) связанные с вставкой/делецией 9 нуклеотидов в
(ШИ
первом экзоне [1]. В европейской популяции частота встречаемости генотипов +9/+9, -9/-9 и +9/-9 соответственно
0,26, 0,24 и 0,5 [3]. Известно, что аллель -9 ассоциируется с более высоким уровнем экспрессии мРНК рецептора и с гипертрофией левого желудочка сердца [2, 5]. Если ассоциации полиморфизма гена АСЕ с физическими качествами опосредованы метаболизмом брадикинина, аналогичные эффекты могут быть ассоциированы и с полиморфизмом гена BDKRB2 [9].
В настоящей работе проведен анализ полиморфизма генов АСЕ и BDKRB2 в трех группах высококвалифицированных спортсменов: синхронисток, хоккеистов и футболистов для изучения вклада каждого генетического фактора в формировании физических качеств.
Материалы и методы
В качестве материала для исследования служили образцы венозной крови 125 элитных спортсменов. Обследовано 60 хоккеистов (высшая лига чемпионата России), 15 футболистов (высшая лига чемпионата России) и 50 синхрони-сток - кандидатов в мастера спорта, мастеров спорта и мастеров спорта международного класса.
Анализ полиморфизма генов проводили методом полимеразной цепной реакции (ПЦР). ДНК выделяли из 100 мкл цельной крови с помощью наборов «ДНК-сорб Б» производства ЦНИИЭ (Россия). Реакцию проводили в объеме 25 мкл. Стандартная реакционная смесь включала: 67 мМ Трис-НС1 (рН 8,4), 16 мМ сульфата аммония, 2,5 мМ MgQ2 0,125 мг/мл бычьего сывороточного альбумина, 8% глицерин, 0,001% ксиленцианол, 2,5 Ед Taq-ДНК-поли-меразы (ЦНИИЭ, Россия), 0,2 мМ каждого из четырех дез-оксинуклеозидтрифосфатов и по 8 пмоль праймеров.
Полиморфизм генов АСЕ и
Для детекции полиморфизма генов использовали праймеры, фланкирующие полиморфные участки генов:
- АСЕ F - CTGGAGACCACTCCCAГCCTTTCT;
- АСЕ R - GATGTGGCCATCACATCCGTCAGAT.
Ожидаемые продукты амплификации 477 п.о и 190 п.о
для аллелей I и D гена АСЕ соответственно.
- RB2F - TCTGGCTTCTGGGCTCCGAG;
- RB2R-AGCGGCATGGGCACTTCAGT.
Ожидаемые продукты амплификации 100 и 91 п.о. для
+9 и -9 аллелей гена BDKRB2 соответственно.
Технику «горячий старт» обеспечивали разделением нуклеотидов с праймерами и Taq-полимеразы прослойкой воска.
ПЦР проводили на амплификаторе «Терцик» (ДНК-тех-нология, Россия) по следующей программе:
1. 1 цикл: 94°С, 1 мин;
2. 35 циклов: 94°С / 30 с, 62°С/ 1 мин, 72°С / 30 с;
3. Хранение: +10°С.
Детекцию продуктов проводили с помощью электрофореза в 2% агарозном геле в присутствии 0,00001% бромистого этидия.
Результаты и обсуждение
В таблице 1 представлены результаты анализа генотипов АСЕ и BDKRB2 у 125 спортсменов. Совокупная частота встречаемости аллелей I и D составила 0,46 и 0,54. Среди синхронисток аллели I и D выявлены с частотой 0,38 и 0,62 соответственно. Совокупная частота аллелей -9 и +9 гена BDKRB2 среди всех обследованных спортсменов составила 0,44 и 0,56 соответственно. Аллель +9 представлен чаще у хоккеистов и реже у футболистов, а аллель -9 - чаще у футболистов и реже у хоккеистов.
Таблица 1
BDKRB2 у 125 спортсменов
№ АСЕ bdkrb2
генотипы частота аллели генотипы частота аллели
DD II ID I D -9/-9 +9/+9 +9/-9 +9 -9
Синхр. пл. SO 21 9 2O 0,ЗВ 0,62 7 12 З1 0,SS 0,4S
Хоккей 6O 1S 1S 30 0,S0 0,S0 12 21 27 0,S8 0,4З
Футбол 1S 2 S В 0,60 0,40 2 З 10 0^З 0,47
Всего 125 38 29 58 0,46 0,54 21 36 68 0,56 0,44
Ш рисунке 1 показаны результаты анализа I/D полиморфизма АСЕ гена у 125 элитных спортсменов. Совокупная частота встречаемости генотипов II, DD и ID была 25%, З0% и 45% соответственно, что соответствует их встречаемости в европейской популяции. Выявлена особенность частоты встречаемости генотипов среди спортсменов различной специализации. Доля спортсменов с генотипом DD была наиболее высокой среди синхронисток (42%) и минимальной среди футболистов (1З%). Совершенно противоположная картина выявлена по частоте встречаемости генотипа II. Максимальная доля спортсменов с генотипом II выявлено среди футболистов (ЗЗ%), а минимальная среди синхронисток (18%).
На рисунке 2 представлены результаты анализа +9/-9 полиморфизма гена BDKRB2. По сравнению с данными популяционных исследований [3], в группе обследованных спортсменов был представлен чаще генотип +9/+9 (0,29) и реже генотип -9/-9 (0,17). Максимальная частота генотипа +/9/+9 была выявлена у хоккеистов (0,35), а минимальная (0,2) - у футболистов.
На рисунке 3 представлено распределение различных генотипов полиморфизма (+9/-9) гена BDKRВ2 у спортсменов с генотипами II и DD АСЕ гена. Наиболее выраженные особенности встречаемости сочетаний генотипов +9/+9 (BDKRB2) и DD (АСЕ) выявлены среди хоккеистов
и синхронисток, причем, среди хоккеистов частота такого сочетания была максимальной (0,53), а среди синхронисток - минимальной (0,19).
Особенности изученных генотипов у спортсменов различной специализации могут быть обусловлены различным характером физических нагрузок для этих видов спорта.
Для игры в футбол характерные длительные нагрузки. Игра в хоккей характеризуется кратковременными высокоинтенсивными нагрузками. Синхронное плавание сопровождается интенсивными нагрузками в условиях длительной задержки дыхания. Соответственно, для футболистов характерен аэробный путь энергообеспечения, а для хоккеистов и синхронисток - анаэробный.
Рис 1. I/D полиморфизм гена АСЕ у элитных спортсменов различной специализации
Рис. 2. Полиморфизм гена BDKRB (+9/-9) у элитных спортсменов различной специализации
Рис. 3. Распределение различных генотипов +9/-9 полиморфизма гена BDKRB2 среди спортсменов
с генотипами DD и II полиморфизма гена АСЕ
Анализ полиморфизма генов АСЕ и BDKRB2 выявил генотипы «низкой активности брадикинина» у синхронисток и хоккеистов, которые реализуются с помощью различных генетических механизмов. У синхронисток это обеспечивается за счет высокой часты генотипа DD АСЕ, а у хоккеистов за счет высокой частоты встречаемости генотипа +9/+9 BDKRB2. Выявленные особенности генетического профиля у обследованных групп спортсменов могут свидетельствовать о различных механизмах отбора по полиморфизмам генов АСЕ и BDKRB2. По всей видимости, для занятия синхронным плаванием более предпочтительна высокая активность ангиотензина II, а для игры в хоккей - низкая актив-
ность брадикинина. Полученные результаты свидетельствуют об особой роли каждого из анализированных генетических факторов в формировании физических качеств. Вероятно, влияние полиморфизма генов АСЕ и BDKRB2 на физические качества не ограничивается регуляцией тонуса кровеносных сосудов. Показано, что ангиотензин II влияет на метаболизм и гипертрофию скелетной мускулатуры в ответ на физические упражнения. Брадикинин участвует в регуляции кровоснабжения обмена глюкозы скелетной мускулатуры [9]. Требуется дальнейшее изучение вопроса на больших выборках с исследованием скоростных, вынос-ливостных и силовых характеристик спортсменов.
Литература
1. Braun A., Kammerer S., Maier E., et. al. Polymorphisms in the gene for the human B2-bradykinin receptor. New tools in assessing a genetic risk for bradykinin-associated diseases // Immunopharmacology. - 1996. -V 33. - P. 32-35.
2. Brull D., Dhamrait S., Myerson S., et. al. Bradykinin B2BKR receptor polymorphism and left-ventricular growth response // Lancet. - 2001. - V. 358. - P. 1155-1156.
3. Dhamrait S.S., Payne J.R., Li P., et. al. Variation in bra-dykinin receptor genes increases the cardiovascular risk associated with hypertension // Eur Heart J. - 2003. - V. 24(18). -P. 1672-80.
4. Gayagay G., Yu B., Hambly B., Boston T., et. al. Elite endurance athletes and the ACE I allele - the role of genes in athletic performance // Hum Genet. - 1998. - V. 103(1). - P. 48-50.
5. Lung C.C., Chan E.K., and Zuraw B.L. Analysis of an exon 1 polymorphism ofthe B2 bradykinin receptor gene and i’ts transcript in normal subj ects and patients with C1 inhibitor deficiency // J. Allergy Clin Immunol. - 1997. - V. 99. - P. 134-146.
6. Montgomery H., Clarkson P., Hemingway H., et. al. Human gene for physical performance // Nature. - 1998. -V 393. - P. 221.
7. Montgomery H., Clarkson C., Dollery K., et al. Association of angiotensin-converting enzyme gene I/D polymorphism with change in left ventricular mass in response to physical training // Circulation. - 1997. - V. 96. - P. 741-747.
8. Myerson S., Hemingway H., Budget R. et. al. Human angiotensin I - converting enzyme gene and endurance performance // J. Appl. Physiol. - 1999. - V 87(4). - P. 1313-1316.
9. Williams A.G., Dhamrait S.S., Wootton P.T., et. al. Bradykinin receptor gene variant and human physical performance // J. Appl. Physiol. - 2004. - V. 96(3). - P. 938-42.
10. Wolfarth B., Bray M.S., Hagberg J.M., Perusse L., RauramaaR., RiveraM.A., Roth S.M., Rankinen T., Bouchard C. The human gene map for performance and health-related fitness phenotypes: the 2004 update // Med Sci Sports Exerc. -2005. - V. 37(6). - P. 881-903. Review.
