CC BY
122
УДК 575.22:577.29 DOI: 10.33396/1728-0862-8-50-58
ГЕНЕТИЧЕСКИЙ ПОЛИМОРФИЗМ СПОРТСМЕНОВ С РАЗНЫМ СПОРТИВНЫМ СТАЖЕМ
© 2019 г. С. В. Боронникова, Ю. С. Васильева, М. Ю. Бурлуцкая, *Е. П. Гаврикова
ФГБОУ ВО «Пермский государственный национальный исследовательский университет», г. Пермь;
*ООО «ИНВИТРО-УРАЛ», г. Челябинск
Цель исследования - выявление взаимосвязи полиморфных вариантов генов ACTN3, PPARG, NOS3, PPARGC1A, ассоциированных с выносливостью и со скоростно-силовыми качествами, у занимающихся единоборствами спортсменов с разной длительностью спортивного стажа. Методы. Лабораторным методом исследования с использованием полимеразной цепной реакции выявлены полиморфизмы четырех генов: R577X гена ACTN3, Pro12^Ala гена PPARG, G894T гена NОS3, Gly482Ser гена PPARGC1A у 98 спортсменов-единоборцев в возрасте от 9 до 20 лет. Изучена взаимосвязь генетического профиля у спортсменов с функционированием скелетных мышц, сердечно-сосудистой системы и липидным обменом. Результаты. В зависимости от спортивного стажа единоборцы распределены на три группы. Установлено, что в группе с высоким спортивным стажем от 9 до 12 лет преобладают благоприятные генотипы R/R (0,17; p = 0,001) гена ACTN3, Ala/Ala (0,17; p = 0,007) гена PPARG и Gly/Gly (0,14; p = 0,012) гена PPARGC1A. Корреляционный анализ с использованием критерия Спирмена показал, что взаимосвязь между спортивным стажем и генотипом спортсмена положительная, слабая у трех генов: ACTN3 (rs = 0,426), PPARG (rs = 0,280), PPARGC1A (rs = 0,180), а также очень слабая у гена NOS3 (rs = 0,082). Выводы. Полученные результаты отражают процесс спортивного отбора: у спортсменов с большим спортивным стажем благоприятствующие генотипы и аллели выявлены статистически значимо чаще, чем у спортсменов с небольшим спортивным стажем. Наличие благоприятных генотипов необходимо учитывать наряду с другими факторами, влияющими на достижения единоборцев в спортивной карьере.
Ключевые слова: ДНК, полиморфизм генов, генотипирование, спортсмены-единоборцы, спортивный стаж
GENETIC POLYMORPHISM OF SPORTSMENS WITH DIFFERENT SPORT EXPERIENCE
S. V. Boronnikova, Yu. S. Vasilyeva, M. Y. Burlutskaya, *E. P. Gavrikov
Perm State University, Perm, Russia; *INVITRO-Ural, Chelyabinsk, Russia
The aim of the study was to identify the interconnection between polymorphic genes ACTN3, PPARG, NOS3 and PPARGC1A, associated with endurance and speed-physical skills in athletes practicing martial arts with different duration of the sport experience. Methods: 98 athletes aged from 9 to 20 years practicing martial arts participated in the study. Polymorphisms of four genes: R577X of gene ACTN3, Pro12^Ala of gene PPARG, G894T of gene NОS3, Gly482Ser of gene PPARGC1A were identified by laboratory methods using polymerase chain reaction. The interconnection between the genetic profile and functioning of skeletal muscles, cardiovascular system and lipid metabolism was studied. Results: The athletes were divided into three groups according to sport experience. It was stated that in the group with long sport experience (9 to 12 years) favorable genotypes R/R (0,17, p = 0,001) of gene ACTN3, Ala/Ala (0,17, p = 0,007) of gene PPARG and Gly/Gly (0,14, p = 0,012) of gene PPARGC1A prevailed. Spearman's correlation analysis showed that interconnection between sport experience and genotype of athletes practicing martial arts was positive, but weak in three genes ACTN3 (rs = 0,426), PPARG (rs = 0,280), PPARGC1A (rs = 0,180), and very weak in NOS3 (rs = 0,082) gene. Conclusions: The obtained results reflected the process of sport selection: in athletes with a longer sport experience, favorable genotypes and alleles were detected with a significantly higher frequency than athletes with short sport experience. Presence of favorable genotypes should be considered along with other factors that influence the progress of athletes in sport career.
Key words: DNA, genes polymorphism, genotyping, combat athletes, sport experience
Библиографическая ссылка:
Боронникова С. В., Васильева Ю. С., Бурлуцкая М. Ю., Гаврикова Е. П. Генетический полиморфизм спортсменов с разным спортивным стажем // Экология человека. 2019. № 8. С. 50-58.
Boronnikova S. V., Vasilyeva Yu. S., Burlutskaya M. Y., Gavrikov E. P. Genetic Polymorphism of Sportsmens with Different Sport Experience. Ekologiya cheloveka [Human Ecology]. 2019, 8, pp. 50-58.
Проблема изучения полиморфизма генов-кандидатов, ответственных за функционирование различных систем организма, а также физическую работоспособность спортсменов в целом, является одной из актуальнейших в современной медицинской генетике. Список возможных генов-кандидатов довольно обширен и включает гены ренин-ангиотензиновой системы, эндотелиальной системы, антиоксидантной и детоксикационной систем, гены системы липидного метаболизма и другие. В настоящее время эти гены активно исследуют с целью выявления их сочетаний, которые либо предрасполагают к развитию физиче-
ских качеств, либо препятствуют ему [16]. В связи с этим интенсивно увеличивается число исследований, связанных с анализом генетической предрасположенности развития физических качеств спортсменов. На основании аллельного профиля генов-кандидатов возможно выявлять наследственные особенности у конкретного спортсмена, а следовательно, определять предрасположенность человека в том числе и к развитию патологий [11].
Взаимосвязь генетического профиля с длительностью спортивной карьеры изучена еще недостаточно, возможности тренировки не беспредельны, их грани-
цы определены генотипом данного индивидуума [3, 4]. К числу наиболее значимых факторов, определяющих физическую работоспособность, обычно относят скоростно-силовую подготовленность, а также выносливость спортсмена, уровень развития его биоэнергетических возможностей (аэробных и анаэробных), технику выполнения упражнений, тактику ведения спортивного поединка и психологическую подготовку [13]. Раскрытие всего потенциала у спортсмена не может основываться только на применении стандартной системы подготовки, которая ориентирована на средние значения показателей и ведется без учета в должной мере их индивидуальных способностей [20].
Наиболее вероятными кандидатами на роль генетических маркеров в спорте являются гены, определяющие функции сердечно-сосудистой системы, такие как (AGT2R1) — рецептор 1-го типа к ангиотензину II, Ь2-рецептор брадикинина (b2BKR) и эндотелиальной (eNOS) NO-синтазы [19]. В число претендентов включены гены, ассоциированные с функционированием скелетных мышц, а именно гены, определяющие изоформы альфа-актинин-3 (ACTN3, a-actinin-3), аденозинмонофосфатдезами-назы (AMPD1) и креатинфосфокиназы (СКММ); а также гены, ответственные за регуляцию системы транспорта липидного обмена: гамма-рецептор, активирующий пролифеацию пероксисом (PPARG — peroxisome proliferator- activated receptor gamma) и (PPARGC1A - peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1-alpha) [26].
К сожалению, генетический полиморфизм генов-кандидатов ACTN3, PPARG, NOS3 PPARGC1A изучен в основном у спортсменов, занимающихся циклическими видами спорта, — гребцов-академистов, лыжников, пловцов, легкоатлетов, конькобежцев [2, 8, 12, 18, 19]. Особенности генетического профиля у единоборцев с разной продолжительностью спортивной подготовки практически не изучены.
Цель работы — изучение полиморфных вариантов генов ACTN3, PPARG, NOS3 и PPARGC1A, ассоциированных с выносливостью и со скоростно-силовыми качествами, у занимающихся единоборствами спортсменов с разной длительностью спортивного стажа.
Методы
Молекулярно-генетический анализ проведен у 98 спортсменов-единоборцев, занимающихся ациклическими видами спорта (карате, самбо). Возраст испытуемых варьировал от 9 до 20 лет, а спортивный стаж — от 0,5 до 12 лет. Установлено [22], что полиморфизм избранных для изучения генов не сцеплен с полом.
Тип исследования — обсервационное (продольное). Способ создания выборки — нерандомизированный. Сформированы три группы единоборцев в зависимости от спортивного стажа: первая группа, обозначенная как (I), включает единоборцев со стажем от 0,5 до 4 лет, вторая группа (II) — от 5 до 8 лет, третья группа (III) — от 9 до 12 лет. Применялся лабораторный метод исследований с использованием
полимеразной цепной реакции (ПЦР), который включал в себя определение полиморфизма четырех генов: R577X гена ACTN3 (alpha-actinin-3), Pro12^Ala гена PPARG (peroxisome proliferator-activated receptor gamma), а также полиморфизм G894T гена NOS3 (nitric oxide synthase 3) и Gly482Ser полиморфизм гена PPARGC1A (peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1-alpha). Забор биологического материала для генетического анализа проводили с помощью соскоба эпителиальных клеток ротовой полости одноразовыми цитологическими щетками, в утреннее время, перед тренировкой. От каждого спортсмена было получено добровольное согласие на забор материала и использование некоторых данных в научных обобщениях в соответствии с Хельсинкской декларацией 1975 и 1983 годов.
ДНК выделяли сорбентным методом с помощью набора «Проба ГС», изготовленного компанией ООО «ДНК-Технология» (г. Протвино). Концентрацию проб ДНК определяли с помощью спектрофотометра Spectrofotometr™ NanoDrop 2000 «Thermo scientific» (USA). Концентрацию проб ДНК выравнивали до 5 нг/мкл. Препараты ДНК имели соотношение экстинкций 260 нм/280 нм, близкое к 1,8, то есть являлись пригодными для ПЦР.
Последовательности праймеров для амплификации полиморфных локусов четырех избранных для изучения генов (табл. 1) взяты из литературных источников и синтезированы в ООО «Синтол» (г. Москва). Реакционная смесь для ПЦР объемом 25 мкл содержала: 1 единицу Taq-полимеразы ООО «Силекс М» (г. Москва), 2,5 мкл 10-кратного буфера для ПЦР ООО «Силекс М» (г. Москва), 25 пМ прай-мера, 2,5 мМ Mg2+, 0,25 мМ dNTP. К реакционной смеси добавляли 5 мкл ДНК индивидуально каждого спортсмена. Амплификация ДНК была проведена на термоциклере Gene Amp PCR System 9700 «Applied Biosystems» (USA). В качестве отрицательного контроля (К-) в реакционную смесь добавляли вместо ДНК 5 мкл деионизированной воды.
Полиморфизм генов ACTN3, PPARG, NOS3 и PPARGC1A определяли, применяя для ПЦР соответствующую программу амплификации [24, 23, 27]. В результате ПЦР получаются ампликоны различной длины. Для выявления полиморфизма четырех генов продукт ПЦР дополнительно инкубировали вместе с эндонуклеазой рестрикции (табл. 1). Продукты рестрикции полиморфных позиций четырех анализируемых генов ACTN3 и PPARG, NOS3 и PPARGC1A фракционировали при помощи электрофореза в 2 % агарозном геле с окраской бромистым этидием и фотографированием в системе гель-документации GelDoc XR «Bio-Rad» (USA) в проходящем ультрафиолетовом свете. ПЦР и электрофорезы повторяли не менее трех раз. Определение длин фрагментов ДНК проводилось при помощи программы Quantity One 4.6.2 «Bio-Rad», (USA) с использованием маркера молекулярной массы (500 bp + 1,5 + 3 КЬ DNA Ladder; ООО «СибЭнзим-М», г. Москва).
гена ACTN3 получены следующие данные: генотип R/R, при котором наблюдается высокая функциональная активность a-актина-З [2, 18], отмечен у 48 спортсменов из общей выборки (98 человек), то есть с частотой 0,49. Генотип R/X, характеризующийся средней функциональной активностью a-актина-З, был обнаружен у 21 спортсмена с частотой 0,21. Самый же неблагоприятный генотип X/X, при котором a-актин-З заменяется на a-актин-2, что приводит к снижению скоростно-силовых показателей физической работоспособности человека, выявлен у 29 спортсменов с частотой 0,30 (табл. 2).
В результате анализа распределения генотипов полиморфного локуса Pro12^Ala гена PPARG были получены следующие показатели: генотип Ala/Ala выявлен у 5З человек из 98 обследованных, то есть c частотой 0,54. При этом генотипе в организме наблюдается снижение активности PPARy2, следствием чего является подавление липолиза в адипоцитах и снижение уровня циркулирующих свободных жирных кислот. Мышцы в большей степени утилизируют глюкозу, благодаря повышенной чувствительности к инсулину, который обладает анаболическим действием на скелетные мышцы [5, 8]. Генотип Ala/Pro наблюдался у 44 спортсменов, то есть в общей выборке с частотой 0,45. У спортсменов с этим генотипом активность рецептора 12Ala понижена, это приводит к снижению мышечной деятельности. Генотип Pro/Pro обнаружен только у 1 спортсмена (частота 0,01). У спортсменов с таким генотипом отмечается пониженная чувствительность к инсулину в медленных и быстрых мышечных волокнах, его анаболическое действие выражено слабо, что ассоциируются с пониженной физической работоспособностью [9].
Во вторую очередь были проанализированы полиморфизмы генов, ассоциированные с развитием выносливости. Распределение генотипов полиморфного локуса G894T гена NOS3 следующее: генотип G/G, при котором наблюдается высокая активность
Таблица 2
Полиморф изм четырех генов у спортсменов с разным спортивным стажем (n = 98)
Ген Генотип/аллель Частота встречаемости генотипов (число спортсменов) Частоты генотипа на общую выборку (число спортсменов) p rs
Группа I (0,5-4 года) Группа II (5-8 лет) Группа III (9-12 лет)
ACTN3 R/R 0,15 (15) 0,16 (16) 0,17 (17) 0,49 (48) 0,001 0,426
R/X 0,13 (13) 0,05 (5) 0,03 (3) 0,21 (21)
X/X 0,22 (21) 0,08 (8) 0 0,30 (29)
PPARG Ala/Ala 0,21 (21) 0,15 (15) 0,17 (17) 0,54 (53) 0,007 0,280
Ala/Pro 0,29 (28) 0,13 (13) 0,03(3) 0,45 (44)
Pro/Pro 0 0,01 (1) 0 0,01 (1)
NOS3 G/G 0,02 (2) 0,02 (2) 0,04 (4) 0,08 (8) 0,475 0,082
G/T 0,13 (13) 0,06 (6) 0,04 (4) 0,24 (23)
T/T 0,35 (34) 0,22 (21) 0,12 (12) 0,68 (67)
PRARGC1A Gly/Gly 0,29 (28) 0,27 (26) 0,14 (14) 0,69 (68) 0,012 0,180
Gly/Ser 0,18 (18) 0,03 (3) 0,03 (3) 0,25 (24)
Ser/Ser 0,03 (3) 0 0,03 (3) 0,06 (6)
Примечание. Сравнение несвязанных выборок (генотипы спортсменов) осуществлялось непараметрическим критерием Краскела — Уоллиса при р < 0,05. Оценка взаимосвязи между двумя переменными (спортивный стаж и генотип) осуществлялась с помощью корреляционного анализа Спирмена (г)
Таблица l
Праймеры для амплификации полиморфных позиций четырех генов
Ген / полиморфный локус Последовательность праймеров (прямой и обратный) Литературный источник
ACTN3/ R577X 5'-CTGTTGCCTGTGGTAAGTGGG-3' 5'-TGGTCACAGTAT GCAGGAGGG-3' [24]
PPARG/ Pro12^Ala 5'-GCCAATTCAAGCCCAGTC-3' 5'-GATATGTTTGCAGACAGTGTATCAGT-GAAGGAATC GCTTTCCG-3' [23]
NОS3/ G894T 5'-AAGGCAGGAGACAGTGGATGGA-3' 5'-CCCAGTCAATCCCTTTGGTGCTCA-3' [27]
PPARGC1A/ Gly482Ser 5'-GAGCCGAGCTGAACAAGCAC-3' . 5'-GGAGACACATTGAACAATGAATAGG ATTG-3' [23]
Примечание. Ген ACTN3 - alpha-actinin-3 (полиморфизм R577X); ген PPARG — peroxisome proliferator-activated receptor gamma (полиморфизм Pro 12^Ala); ген NOS3 — nitric oxide synthase 3 (полиморфизм G894T); PPARGC1A — (полиморфизм Gly482Ser).
Анализ полученных данных проводился с использованием программы STATISTICA 6.0 с определением нормальности распределения [6]. Для оценки статистической значимости различий между тремя независимыми выборками применялся непараметрический критерий Краскела — Уоллиса (при р < 0,05) (One-way ANalysis Of VAriance, ANOVA). Для изучения взаимосвязи между двумя переменными (спортивный стаж и генотип) использовали корреляционный анализ Спирмена (rs). За критический уровень значимости принимали значение p < 0,05.
Результаты
В результате исследования полиморфизма четырех генов, ассоциированных с качествами скорость/ сила (ACTN3 и PPARG) и выносливость (NOS3 и PPARGC1A), проанализирована частота встречаемости аллельных вариантов этих генов. По результатам распределения частот полиморфных позиций R577X
эндотелиальной NO-синтазы и высокий уровень продукции монооксида азота, что не нарушает баланса продукции эндотелиальных вазоактивных факторов [19], обнаружен у 8 спортсменов, то есть в общей выборке с частотой 0,08. Генотип G/T, которому соответствуют средняя активность эндотелиальной NO-синтазы и средний уровень продукции монооксида азота, вследствие чего нарушается баланс продукции эндотелиальных вазоактивных факторов [19], был детектирован у 23 спортсменов (частота 0,24). Самый неблагоприятный генотип T/T был выявлен у большинства испытуемых, а именно у 67 спортсменов-единоборцев, то есть частота в общей выборке составила 0,68. Обладатели генотипа T/T имеют низкую активность эндотелиальной NO-синтазы, и у них снижена продукция монооксида азота [19], вследствие чего нарушается баланс продукции эндотелиальных вазоактивных факторов и снижается работоспособность.
Анализ полиморфной позиции Gly482Ser гена PPARGC1A выявил благоприятный для спортсменов генотип Gly/Gly у 68 человек, что характеризуется высокой в общей выборке частотой 0,69. При данном генотипе в организме спортсмена наблюдается увеличенное число митохондрий в клетках и усиление окисления жирных кислот [18]. Генотип Gly/Ser был выявлен у 24 спортсменов (частота 0,25). У носителя генотипа Gly/Ser формируется среднее число митохондрий в клетках, и в соответствии с этим ему присуща средняя степень окисления жирных кислот [18]. Генотип Ser/Ser, при котором отмечается пониженное число митохондрий в клетках и низкая же степень окисления жирных кислот, был определен лишь у 6 единоборцев, то есть найден с минимальной частотой (0,06).
После оценки на нормальность распределения установлено, что полученные частоты генотипов относятся к непараметрическим показателям связи между переменными, измеренными в ранговой шкале. Результаты статистической оценки различий с использованием критерия Краскела — Уоллиса (p) между генотипами в трех группах по каждому из генов отображены в табл. 2.
Анализ полиморфизма R577X гена ACTN3 в трех группах по длительности спортивного стажа единоборцев выявил, что характеристики трех экспериментальных групп значимо отличаются друг от друга (p = 0,001). Корреляционный анализ (по критерию Спирмена) зависимости исследуемых показателей спортивного стажа и генотипа спортсмена выявил наличие положительной, хотя и слабой связи (rs = 0,426) между этими двумя переменными (см. табл. 2). Статистические различия между тремя группами спортсменов по длительности занятий единоборствами установлены и по полиморфизму Pro12Ala гена PPARG (p = 0,007). Связь между двумя переменными по коэффициенту Спирмена (rs = 0,280) слабая, но тем не менее положительная (см. табл. 2).
При анализе полиморфизма G894T гена NOS3 в трех группах единоборцев, выделенных по спортивному стажу (см. табл. 2), различия оказались несущественными (p = 0,475). Отмечена очень слабая связь между этими двумя переменными по коэффициенту Спирмена (rs = 0,082). При анализе полиморфизма Gly482Ser гена PPARGClA было установлено, что различия в трех группах единоборцев статистически значимы (p = 0,012). С помощью критерия Спирмена обнаружена слабая корреляция, связь положительная (rs = 0,180).
В целом при анализе показателей генетического полиморфизма было установлено, что в группе I (спортивный стаж от 0,5 до 4 лет) у гена ACTN3 наблюдается низкая частота благоприятного генотипа R/R — 0,15, а преобладают генотипы с низкой и средней скоростно-силовой активностью: генотип R/X — 0,13; генотип X/X — 0,22. В группа II (спортивный стаж от 5 до 8 лет) отмечается сходное значение частоты благоприятного генотипа R/R (0,16); у обладателей генотипа R/X и X/X частота значительно ниже, по сравнению с первой группой 0,05 и 0,08 соответственно. В группе III (стаж спортивной карьеры от 9 и до 12 лет) отмечено, что наиболее высокая частота у благоприятного для спортсменов генотипа R/R — 0,17, а у генотипа со средней физической активностью R/X частота низкая (0,03). Генотип же X/X, который ассоциирован с низкой физической активностью, у спортсменов обследованной выборки не выявлен. Четко прослеживается тенденция спортивного отбора единоборцев с благоприятным генотипом R/R.
При анализе распределения генетического полиморфизма гена PPARG в группе I было обнаружено, что генотипы, для носителей которых характерна высокая и средняя физическая активность, имеют высокие частоты, а именно генотип Ala/Ala встречается с частотой 0,21; генотип Ala/Pro 0,29 соответственно. В группе I спортсменов не обнаружен генотип Pro/ Pro. В группе II выявлена более низкая частота генотипов, которые определяют у их обладателей высокую и среднюю физическую активность, до 0,15 у Ala/ Ala, до 0,13 у Ala/Pro. Генотип Pro/Pro, ассоциированный с низкой физической активностью, отмечен с невысокой частотой (0,01). В группе III преобладал благоприятный генотип Ala/Ala (частота 0,17), связанный с высокой скоростно-силовой активностью. Генотип же Ala/Pro отмечен с очень низкой частотой (0,03). Как и в случае с ранее рассмотренным геном ACTN3, самый неблагоприятный для спортсменов генотип Pro/Pro гена PPARG не отмечен в группе III с самым длительным спортивным стажем.
Иная картина распределения наблюдалась при анализе генетического профиля гена NOS3. Так, в группе I отмечено, что самая высокая частота встречаемости у неблагоприятного генотипа T/T (0,35). Вместе с тем ниже частоты у благоприятного аллельного варианта G/G (0,02), а средний показатель частоты
установлен у генотипа G/T, а именно 0,13. В группе II обнаружена низкая частота неблагоприятного генотипа T/T (0,22), также низкая частота выявлена у гетерозиготного генотипа G/T (0,06). Частота благоприятного генотипа осталась на прежнем уровне G/G — 0,02. Анализ частоты генотипов в группе III показал, что частота неблагоприятного генотипа T/T снижается до 0,12. В то же время частоты генотипов, способствующих усиленным физическим нагрузкам, остались на одном уровне (у G/G частота 0,04, а у G/T — частота 0,04).
Анализ распределения генетического профиля у гена PPARGClA в группе I выявил, что благоприятный аллельный вариант Gly/Gly отмечен у большинства спортсменов с частотой 0,29; спортсмены с генотипом Gly/Ser обнаружены с частотой 0,18. Неблагоприятный же генотип Ser/Ser встречается с минимальной частотой 0,03. Сравнительный анализ полиморфных вариантов генов, определяющих физические параметры выносливости, в группе II показал, что преобладает частота генотипа, способствующего выносливости Gly/Gly (0,27). Низкий показатель частоты в группе II имеет гетерозиготный генотип Gly/ Ser (0,03), характеризующийся средней физической активностью. Неблагоприятный генотип Ser/Ser в этой группе не отмечен. И наконец, в группе III преобладал генотип с высоким потенциалом к физической выносливости Gly/Gly (0,14); у генотипа Gly/Ser частота минимальна (0,03), так же как и у неблагоприятного генотипа Ser/Ser (0,03).
Обсуждение результатов
Проявление физических качеств человека зависит от различного соотношения генетических и средовых факторов. Чем больше генетические факторы влияют на развитие тех или иных физических качеств, тем менее эти качества тренируемы. Такие признаки характеризуются высокой наследуемостью [17, 25].
Результаты данного исследования показали, что у спортсменов-единоборцев частоты генотипов гена ACTN3 распределяются следующим образом: R/R - (0,49), R/X - (0,21), X/X - (0,30). Тестирование R/R генотипа, равно как и анализ на наличие генотипа Х/Х гена, можно рекомендовать в качестве прогностического теста на выявление предрасположенности к скоростно-силовой работе циклических видов спорта [9, 18]. По результатам наших исследований, прогностический тест на основании полиморфного локуса R577X гена ACTN3 можно рекомендовать и для ациклических видов спорта, таких как единоборства.
Молекулярно-генетический анализ полиморфизма гена PPARG выявил следующее соотношение генотипов: Ala/Ala (0,54), Ala/Pro (0,45), Pro/Pro (0,01). Для спортсменов, занимающихся видами спорта с преимущественным проявлением силы, выносливости и скорости, выявление генотипа Ala/Ala рекомендовано в качестве критерия при отборе в циклический вид спорта [2, 14]. Наши исследования показали,
что генотип Ala/Ala может служить молекулярным маркером при отборе спортсменов и для такого ациклического вида спорта, как единоборства.
При анализе полиморфизма гена NOS3, влияющего на проявление качества выносливость, выявлены следующие генотипы: G/G (0,08), G/T (0,24), T/T (0,68). Ряд исследований выявил, что у людей с генотипом Т/Т более высок риск ишемической болезни сердца, инфаркта миокарда и ишемического инсульта [1, 21]. Отмечено, что полиморфизм G894T может быть маркером предрасположенности к заболеваниям сердечно-сосудистой системы и только в некоторой степени оценивает физическую выносливость спортсмена [1, 7].
С выносливостью также связан полиморфизм Gly482Ser гена PPARGC1A. В результате исследования было установлено следующее соотношение генотипов: Gly/Gly (0,69); Gly/Ser (0,25); Ser/Ser (0,06). У носителей 482Ser-аллеля гена PPARGC1A был выявлен низкий прирост аэробной работоспособности по сравнению с гомозиготами (Gly/Gly) в результате 9-месячной тренировки, направленной на развитие выносливости [26]. Полученные нами данные позволяют рассматривать Ser-аллель гена PPARGC1A как генетический маркер, ограничивающий развитие и проявление выносливости.
Обнаружено, что в группе III с высоким спортивным стажем преобладают благоприятные генотипы R/R (0,17, p = 0,001) гена ACTN3, Ala/Ala (0,17, p = 0,007) гена PPARG и Gly/Gly (0,14, p = 0,012) гена PPARGC1A. Показания критерия Краскела — Уоллиса (р) свидетельствуют о значимости различий между генотипами в трех группах по трем генам. Корреляционная связь слабая между спортивным стажем и генотипом у следующих генов: ACTN3 (r = 0,426) и PPARG (rs = 0,280), PPARGC1A (rs = 0,180) и очень слабая у NOS3 (rs = 0,082). Ранее корреляция генотипа и спортивного стажа была установлена только для спортсменов, занимающихся циклическими видами спорта [12, 15]. В данной работе показана взаимосвязь генотипа и спортивного стажа для спортсменов, занимающихся единоборствами, которые относятся к более сложным ациклическим видам спорта.
Важно отметить, что в области спортивной генетики все больше приходят к заключению, что основным направлением исследований должно быть не столько изучение генетических основ развития и проявления физических качеств спортсменов, молекулярных механизмов их наследования, сколько изучение способности сохранения здоровья спортсменом в процессе адаптации его организма к длительным высокоинтенсивным физическим нагрузкам [7, 10].
На основании проведенного молекулярно-гене-тического анализа полиморфных вариантов генов, ассоциированных с физическими качествами у спортсменов, занимающихся единоборствами, для каждого спортсмена были составлены Индивидуальные отчеты по генотипированию, которые были переданы спортсменам и их тренерам. Индивидуальные реко-
мендации могут быть использованы для повышения эффективности и качества процесса подготовки, для индивидуализации и коррекции тренировочного процесса.
Заключение
В результате проведенного исследования было установлено, что генетический профиль и функциональные составляющие организма у спортсменов-единоборцев имеют определенную взаимосвязь с их спортивным стажем. Так, в группе спортсменов с небольшим спортивным стажем (группа I) была выявлена большая частота генотипов, обуславливающих низкую физическую активность (X/X, T/T). Частота генотипов, обуславливающих среднюю физическую активность (R/X, Ala/Pro, G/T, Gly/Ser), была выше, чем у группы II и группы III. У спортсменов со средним стажем спортивной карьеры (группа II) прослеживалась низкая частота у неблагоприятных генотипов (X/X, T/T). У благоприятных для физической активности генотипов (R/R, Ala/Ala, Gly/ Gly) частота снижалась, но в меньшей степени, либо оставалась на прежнем уровне (G/G). У спортсменов же с большим стажем занятий (группа III) выявлена большая частота генотипов, благоприятствующих физической работоспособности (R/R, Ala/Ala, Gly/Gly), а реже был отмечен генотип (T/T), ассоциированный с низкой активностью NO-синтазы.
Полученные данные свидетельствует о том, что в процессе отбора отсеиваются спортсмены с неблагоприятными генотипами по многим причинам, одной из которых является их генетически обусловленная низкая работоспособность, выявляемая в том числе и аллельными вариантами их генотипов по полиморфным локусам изученных четырех генов. Следовательно, данные генетического анализа могут использоваться в процессе подготовки спортсменов-единоборцев в спортивных школах. Разработка тренировочных программ с учетом индивидуальных особенностей спортсмена или группы спортсменов с учетом данных их генотипирования может привести к росту спортивных достижений при сохранении здоровья и увеличения спортивного долголетия.
Таким образом, полученные результаты исследования показали, что изучение генетического профиля позволяет выявить перспективных спортсменов, положительно реагирующих на физические нагрузки, в отличие от спортсменов, для которых такие нагрузки нежелательны. Наличие благоприятных генотипов необходимо учитывать наряду с другими факторами, влияющими на достижения единоборцев в спортивной карьере.
Благодарности
Выражаем искреннюю благодарность за возможность выполнения молекулярно-генетического анализа тренерам, медицинским работникам, спортсменам из школ МБОУ ДОД «СДЮШОР по карате»; КГБУ ДО «СДЮСШОР по дзюдо и самбо»; МАУ ДО «СДЮСШОР по дзюдо и самбо» г. Перми.
Авторство
Боронникова С. В. внесла существенный вклад в концепцию и дизайн исследования, получение, анализ и интерпретацию данных, подготовила первый вариант статьи, существенно переработала его на предмет важного интеллектуального содержания, окончательно утвердила присланную в редакцию рукопись; Васильева Ю. С. внесла существенный вклад в концепцию и дизайн исследования, получение, анализ и интерпретацию данных, существенно переработала на предмет важного интеллектуального содержания; Бурлуцкая М. Ю. внесла существенный вклад в концепцию и дизайн исследования, получение, анализ и интерпретацию данных; Гаврикова Е. П. подготовила первый вариант статьи
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Боронникова Светлана Витальевна — ORCID 0000-00025498-8160; SPIN 9222-6266
Васильева Юлия Сергеевна - ORCID 0000-0002-22552434; SPIN 5847-4882
Бурлуцкая Мария Юрьевна - ORCID 0000-0003-31679872; SPIN 8304-5056
Гаврикова Екатерина Петровна - ORCID 0000-0002-88014436; SPIN 4035-9920
Список литературы
1. Астратенкова И. В. Полиморфизм гена эндотелиаль-ной NO-синтазы и физическая активность // Генетические, психофизические и педагогические технологии подготовки спортсменов: сб. науч. трудов. СПб., 2006. C. 45-57.
2. Ахметов И. И., Попов Д. В., Можайская И. А., Миссина С. С., Астратенкова И. В., Виноградова О. Л., Рогозкин В. А. Ассоциация полиморфизмов генов-регуляторов с аэробной и анаэробной работоспособностью спортсменов // Российский физиологический журнал им. И. М. Сеченова. 2007. № 8. С. 837-843.
3. Ахметов И. И. Молекулярная генетика спорта: монография. М.,: Советский спорт, 2009. 268 с.
4. Баранов B. C. Геном человека и гены «предрасположенности» (Введение в предиктивную медицину). СПб.: Интермедика. 2000. C. 263.
5. Баранов В. С. Генетический паспорт - основа индивидуальной и предиктивной медицины. СПб., 2009. C. 528.
6. Боровиков В. Statistica. Искусство анализа данных на компьютере. Спб.: Питер, 2003. C. 688.
7. Глотов О. С., Глотов А. С., Пакин В. С., Баранов В. С. Мониторинг здоровья человека - возможности современной генетики // Вестник Санкт-Петербургского университета. 2013. № 2. С. 95-107.
8. Дроздовская С. Б. Боровик О. А., Досенко В. Е., Ильин В. Н. Полиморфизм Гена у-рецептора, активирующего пролиферацию пероксисом (PPARG) как маркер предрасположенности к занятиям спортом // Педагогика, психология и медико-биологические проблемы физического воспитания и спорта. 2012. № 4. C. 52-57.
9. Дружевская А. М. Полиморфизм гена ACTN3 у спортсменов // Генетические, психофизические и педагогические технологии подготовки спортсменов: сб. науч. трудов. СПб., 2006. C. 58-67.
10. Дятлов Д. А., Янбаев Ю. А., Худяков Л. М., Григорьева Н. М. Достижения современной спортивной генетики // Теория и практика физической культуры. 2008. № 4. С. 3-5.
11. Комарова Л. Н., Ляпунова Е. Р., Котляров А. А., Витковская Е. И. Определение липидного профиля и склонности к ожирению у студентов // Международный
журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2016. № 1. С. 32-36.
12. Масленникова Ю. Л. Генетический профиль и длительность спортивной карьеры у высококвалифицированных спортсменов видов спорта аэробной направленности // Вопросы функциональной подготовки в спорте высших достижений (Омск). 2013. № 1. С. 85-90.
13. Макарова Г. А. Спортивная медицина. М.: Советский спорт. 2003. C. 9.
14. Моссэ И. Б. Молекулярно-генетические технологии в спорте высших достижений // Наука в олимпийском спорте. 2015. № 1. С. 45-51.
15. Моссэ И. Б., Кильчевский А. В., Кундас Л. А., Гончар А. Л., Минин С. Л., Жур К. В. Некоторые аспекты ассоциации генов с высокими спортивными достижениями // Физиологическая генетика. 2017. № 21. С. 296-303.
16. Носиков В. В. Геномика сахарного диабета первого типа и его поздних осложнений // Молекулярная биология. 2004. № 1. С. 150-164.
17. Пушкарёв Б. С., Страмбовская Н. Н., Четве-ряков А. В., Ляпунов А. К. Генетический полиморфизм, ассоциированный со спортивной успешностью, и его взаимосвязь с некоторыми фенотипическими признаками у спортсменов-любителей в Забайкальском крае // Забайкальский медицинский вестник. 2015. № 2. С. 81-88.
18. Рогозкин В. А., Астратенкова И. В., Дружев-ская А. М., Федотовская О. Н. Гены-маркеры предрасположенности к скоростно-силовым видам спота // Теория и практика физической культуры. 2005. № 1. C. 2-4.
19. Рогозкин В. А., Назаров И. Б., Казаков В. И. Генетические маркеры физической работоспособности человека // Теория и практика физической культуры. 2000. № 12. С. 34-36.
20. Сальников В. А. Индивидуальные различия в системе спортивной деятельности: монография. Омск, 2003. 262 с.
21. Berger K., Stogbauer F., Stoll M., Wellmann J., Huge A., Cheng S., Kessler C., John U., Assmann G., Ringelstein E. B., Funke H. The Glu298Asp polymorphism in the nitric oxide synthase 3 gene is associated with the risk of ischemic stroke in two large independent case-control studies // Hum. Genet. 2007. Vol. 121. P. 169-178.
22. Charbonneau D. E. ACE genotype and the muscle hypertrophic and strength responses to strength training // Med. and Sci. in Sports and Exercise. 2008. Vol. 40. P. 677-683.
23. Eynon N., Meckel Y., Alves A. J., Yamin C., Sagiv M., Goldhammer E., Sagiv M. Is there an interaction between PPARD T294C PPARGC1A Gly482Ser polymorphisms and endurance performance? // Exp. Physiol. 2009. Vol. 94 (11). P. 1 147-1 152.
24. Rasmussen M. The genome of a Late Pleistocene human from a Clovis burial site in western Montana // Nature. 2014. Vol. 506. P. 225-229.
25. Rankinen T., Bray M. S., Bouchard C. The human gene map for performance and health-related fitness phenotypes: the 2005 update // Med. Sci. Sports Exerc. 2006. Vol. 38. P. 1863-1888.
26. Stefan N., Thamer C., Staiger H. Genetic variations in PPARG and PPARGC1A determine mito chondrial function and change in aerobic physical fit ness and insulin sensitivity during lifestyle interventionl // Metab. 2007. Vol. 92. P. 1827.
27. Gоmez-Gallego F., Ruiz J. R,. Buxens A., et al. The -786 T/C polymorphism of the NOS3 gene is associated with elite performance in power sports // Eur. J. Appl. Physiol. 2009. Vol. 107. P. 565-569.
References
1. Astratenkova I. V. Polimorfizm gena endotelial'noy NO-sintazy i fizicheskaya aktivnost' [Polymorphism of a gene endotelian NO-synthase and physical activity]. Geneticheskiye, psikhofizicheskiye i pedagogicheskiye tekhnologii podgotovki sportsmenov [Genetic, psychophysical and pedagogical technologies of preparation of sportsmen]. Saint Petersburg. 2006. P. 45-58.
2. Akhmetov I. I., Popov D. V., Mozhayskaya I. A., Missina S. S., Astratenkova I. V., Vinogradova O. L., Rogozkin V. A. Association of polymorphisms of generegulators with aerobic and anaerobic work capacity of athletes. Rossiiskii fiziologicheskii zhurnal imeni I. M. Sechenova / Rossiiskaia akademiia nauk. 2007, 8, pp. 837-843. [In Russian]
3. Akhmetov I. I. Molekulyarnaya genetika sporta [Molecular genetics of sport]. Moscow, Soviet sport Publ., 2009, p. 268.
4. Baranov B. C. Genom cheloveka i geny «predraspol-ozhennosti» (Vvedeniye v prediktivnuyu meditsinu) [The human genome and the genes of "predisposition" (introduction to Predictive Medicine)]. Saint Petersburg, Intermedika Publ., 2000, 263 p.
5. Baranov V. S. Geneticheskiy pasport - osnova individual'noy i prediktivnoy meditsiny [The genetic passport is the basis of individual and predictive medicine]. Saint Petersburg, 2009, p. 528.
6. Borovikov V. P. Statistica. Iskusstvo analiza dannykh na komp'yutere [Statistica. The art of analyzing data on acomputer], Saint Petersburg, 2003, 688 p.
7. Glotov O. S., Glotov A. S., Pakin V. S., Baranov V. S. Monitoring of human health - the possibilities of modern genetics. Vestnik Sankt-Peterburgskogo universiteta [Bulletin of Saint Petersburg University]. 2013, 2, pp. 95-107. [In Russian]
8. Drozdovskaya S. B. Borovik O. A, Dosenko V. E, Ilyin V. N. Gene polymorphism of the y-receptor, which activates peroxisome proliferation (pparg) as a marker of predisposition to sports. Pedagogika, psikhologiya i mediko-biologicheskiye problemy fizicheskogo vospitaniya i sporta [Pedagogy, Psychology and Medical and Biological Problems of Physical Education and Sports]. 2012, 4, pp. 52-57. [In Russian]
9. Druzhevskaya A. M. Polimorfizm gena ACTN3 u sportsmenov. Geneticheskiye, psikhofizicheskiye i pedagogicheskiye tekhnologii podgotovki sportsmenov [Polymorphism of the ACTN3 gene in athletes. Genetic, psychophysical and pedagogical technologies of training athletes]. Geneticheskiye, psikhofizicheskiye i pedagogicheskiye tekhnologiipodgotovki sportsmenov: Sb. nauch. trudov [Genetic, psychophysical and pedagogical technologies for the training of athletes: a collection of scientific papers]. Saint Petersburg, 2006, pp. 58-67.
10. Dyatlov D. A., Yanbaev Yu. A., Khudyakov L. M., Grigorieva N. M. Achievements of modern sports genetics. Teoriya i praktika fizicheskoy kul'tury [Theory and practice of physical culture]. 2008, 4, pp. 3-5. [In Russian]
11. Komarova L. N., Lyapunova E. R., Kotlyarov A. A., Vitkovskaya E. I. Determination of lipid profile and propensity to obesity in students. Mezhdunarodnyy zhurnal prikladnykh i fundamental'nykh issledovaniy [International Journal of Applied and Fundamental Research]. 2016, 1, pp. 32-36. [In Russian]
12. Maslennikova Yu. L. Genetic profile and duration of a sports career among highly qualified sportsmen of kinds of sports of an aerobic orientation. Voprosy funktsional'noy
podgotovki v sporte vysshikh dostizheniy [The questions of functional preparation in sports of the maximum achievements]. Omsk. 2013, 1, pp. 85-90. [In Russian]
13. Makarova G. A. Sportivnaya meditsina [Sports medicine]. Moscow, Soviet sport Publ., 2002, p. 9.
14. Mosse I. B. Molecular genetic technologies in the sport of higher achievements. Nauka v olimpiyskom sporte [Science in the Olympic sport]. 2015, 1, pp. 45-51. [In Russian]
15. Mosse I. B., Kilchevsky A. V., Kundas L. A., Gonchar A. L., Minin S. L., Zhur K. V. Some aspects of the association of genes with high athletic achievements. Fiziologicheskaya genetika [Physiological Genetics]. 2017, 21, pp. 296-303. [In Russian]
16. Nosikov V. V. Genomics of type 1 diabetes mellitus and its late complications. Molekulyarnaya biologiya [Molecular biology]. 2004, 1, pp. 150-164. [In Russian]
17. Pushkarev B. S., Strambovskaya N. N., Chet-veriakov A. V., Lyapunov A. K. Genetic polymorphism associated with athletic success, and its relationship with some phenotypic traits in amateur athletes in the Trans-Baikal Territory. Zabaykal'skiy meditsinskiy vestnik [Zabaikalsky Medical Herald]. 2015, 2, pp. 81-88. [In Russian]
18. Rogozkin V A., Astratenkova I. V, Druzhevskaya A. M., Fedotovskaya O. N. Genes-markers of predisposition to speed-power types of spotr. Teoriya i praktika fizicheskoy kul'tury [Theory and practice of physical culture]. 2005, 1, pp. 2-4. [In Russian]
19. Rogozkin V. A., Nazarov I. B., Kazakov V. I. Genetic markers of a person's physical working capacity. Teoriya i praktika fizicheskoy kul'tury [Theory and practice of physical culture]. 2000, 12, pp. 34-36. [In Russian]
20. Salnikov V A. Individual'nyye razlichiya v sisteme sportivnoy deyatel'nosti [Individual differences in the system of sports activities]. Omsk, 2003, p. 262.
21. Berger K., Stogbauer F., Stoll M., Wellmann J., Huge A., Cheng S., Kessler C., John U., Assmann G.,
Ringelstein E. B., Funke H. The glu298asp polymorphism in the nitric oxide synthase 3 gene is associated with the risk of ischemic stroke in two large independent case-control studies. Hum. Genet. 2007, 121, pp. 169-178.
22. Charbonneau D. E. ACE genotype and the muscle hypertrophic and strength responses to strength training. Med. and Sci. in Sports and Exercise. 2008, 40, pp. 677-683.
23. Eynon N., Meckel Y., Alves A. J., Yamin C., Sagiv M., Goldhammer E., Sagiv M. Is there an interaction between PPARG T294C PPARGC1A Gly482Ser polymorphisms and endurance performance? Exp. Physiol. 2009, 94 (11), pp. 1 147-52.
24. Rasmussen M. The genome of a Late Pleistocene human from a Clovis burial site in western Montana. Nature. 2014, 506, pp. 225-229.
25. Rankinen T., Bray M. S., Bouchard C. The human gene map for performance and health-related fitness phenotypes: the 2005 update. Med. Sci. SportsExerc. 2006, 38, pp. 18631888.
26. Stefan N., Thamer C., Staiger H. Genetic variations in PPARG and PPARGC1A determine mito chondrial function and change in aerobic physical fit ness and insulin sensitivity during lifestyle interventionl. Metab. 2007, 92, p. 1827.
27. Gоmez-Gallego F., Ruiz J. R,. Buxens A., et al. The -786 T/C polymorphism of the NOS3 gene is associated with elite performance in power sports. Eur. J. Appl. Physiol. 2009, 107, pp. 565-569.
Контактная информация:
Боронникова Светлана Витальевна - доктор биологических наук, профессор, заведующий кафедрой ботаники и генетики растений ФГБОУ ВО «Пермский государственный национальный исследовательский университет»
Адрес: 614990, г. Пермь, ул. Букирева, д. 15
E-mail: [email protected]
