CC BY
62МИОСТАТИН («ГЕН БОДИБИЛДИНГА») - КРАТКИЙ ОБЗОР
УДК/UDC 796.01:61
Информация для связи с автором: aksenov.mo@rea.ru
Поступила в редакцию 20.06.2020 г.
Доктор педагогических наук, доцент М.О. Аксенов1, 2 Е.А. Крыласова2
Кандидат социологических наук И.И. Старкова2 Аспирант А.О. Зайцева2
1 Российский экономический университет им. Г.В. Плеханова, Москва
2 Бурятский государственный университет им. Д. Банзарова, Улан-Удэ
MY0STATIN AS "BODYBUILDING GENE" (BRiEF OVERViEW)
Dr. Hab., Associate Professor M.O. Aksenov1, 2 E.A. Krylasova2 PhD I.I. Starkova2
Postgraduate A.O. Zaitseva2
1 Plekhanov Russian University of Economics, Moscow
2 Banzarov Buryat State University, Ulan-Ude
Аннотация
Цель исследования - анализ научных исследований, направленных на изучение связи полиморфизма K153R гена миостатина (MSTN) (rs1805086) с гипертрофией скелетных мышц и силовыми показателями спортсменов. Методика и организация исследования. При проведении систематического обзора нами были взяты результаты научных исследований из следующих источников: базы данных PubMed, Web of Science, eLIBRARY.ru, Scopus. Для анализа и систематизации публикаций была использована компьютерная программа EndNote Viever X9.2. В систематический обзор вошла 81 публикация.
Результаты исследования и выводы. Варианты K/R гена миостатина (MSTN) (rs1805086) связаны с количеством мышечной массы у людей, ассоциируются с показателями силовых способностей скелетных мышц спортсменов и связаны с ответной реакцией организма человека во время силовых тренировок. Низкая частота встречаемости данного полиморфизма не позволяет получить данные с высоким уровнем значимости на одной выборке. Полученные данные в результате систематического обзора позволяют сделать заключение о наличии связи между полиморфизмом К153К MSTN, показателями силы и гипертрофией скелетных мышц спортсменов. Такие данные приводятся в исследованиях, выборки которых включают в себя тесты на силу скелетных мышц и сравнение данных с контрольной группой.
Ключевые слова: спорт, тренировка, систематический обзор, миостатин, скелетные мышцы, ген, сила, спортивная тренировка, гипертрофия, MSTN, K153R, rs1805086.
Abstract
Objective of the study was to analyze the latest scientific research to identify associations of the K153R polymorphism in the myostatin (MSTN) gene (rs1805086) with skeletal muscle hypertrophy and athletes' strength. Methods and structure of the study. The research articles to be analyzed were searched in the databases of PubMed, WebofScience, eLIBRARY.ru, SNPedia, Wiley Online Library, and Europe PMC resource. The following keywords were used during the search: myostatin, MSTN, GDF-8, K153R, rs1805086. We compiled a list of publications about myostatin, including 81 scientific papers published in the above databases before February 2020. We used Clarivate Analytics's EndNote Viever X9.2 software to analyze and systematize the publications.
Results and conclusions. It is only in the past 15 years that genetic polymorphisms controlling the skeletal muscle mass and function in athletes, and the mechanisms of their manifestation within the phenotype have begun to be clarified. It is not surprising that new mechanisms and associations of these genes continue to be discovered, and indeed, there has recently been considerable progress in this area. Besides, the discovery of genes that significantly improve the aptitude for sports, such as myostatin, will significantly enhance the quality of sports selection and orientation.
Keywords: sports, training, systematic review, myostatin, skeletal muscles, gene, strength, athletic training, hypertrophy, MSTN, K153R, rs1805086.
Введение. Наряду со спортивной тренировкой, влиянием окружающей среды, питанием и профессиональной деятельностью человека большое влияние на силовые показатели скелетных мышц спортсменов также оказывают генетические факторы. Изучение генетических основ развития силовых способностей спортсменов - полиморфизмов генов и их связи с резистентностью организма к физическим нагрузкам в целом - вполне обоснованно следует рассматривать как одну из важных и значимых областей современной науки о спорте (Мапдте et а1., 2015).
Значительным успехом в изучении генетических факторов развития силовых способностей можно считать обнаруженный в 1997 году белок миостатин, который кодируется
геном MSTN (McPherron et al., 1997). Ген MSTN расположен на 2-й хромосоме 2 q32.2, имеет более 260 полиморфизмов, занимает участок около 8 kb и имеет три экзона (Rodriguez et al., 2014). Было установлено, что мутации в миостатино-вом гене приводят к значительному увеличению мышечной массы (Kollias and McDermott, 2008). Этот ген является важным геном, влияющим на миогенез, его роль заключается в регуляции роста и дифференцировке в мышечных клетках (McFarlane et al., 2011). В частности, генетическая предрасположенность к набору мышечной массы обусловлена низкой экспрессией миостатина и является преимуществом в проявлении силовых способностей в спорте (Ferrell et al., 1999).
□ и
£ г. CL
ч—
О ш и
CL ' -о с га
О ш
■С
Н
Этот ген был назван миостатином за его способность ин-гибировать дифференцировку и рост мышц (Yamada et al., 2012), в то время как избыточная экспрессия миостатина связана с мышечной атрофией (Dalbo et al., 2011). Вместе эти исследования подтвердили центральную, критическую роль миостатина в подавлении роста мышц (Allen et al., 2011; Zheng et al., 2019).
Особый интерес к миостатину возник в связи с тем, что уже в самых первых публикациях, посвященных этому фактору, был сделан вывод о том, что отсутствие миостатина влияет на увеличение мышечной массы за счет гипертрофии и гиперплазии мышечных волокон на 20 % (Roth et al., 2003). Это видно по динамике публикаций, в которых проведено детальное изучение как самого миостатина, так и возможностей использования обнаруженного феномена в различных биомедицинских целях, включая генный допинг (Shishkin, 2004).
В ранее проведенных исследованиях было установлено, что ряд миссенс-замен в экзонах 1 -го и 2-го генов миостатина (A55 T, K153 R, E164 K, P198 A и I225 T) представляют наибольший интерес для подтверждения связи с силовыми способностями спортсменов и мышечной гипертрофией (Thomis et al., 2004). Особый интерес представляет полиморфизм K153 R этого гена (Garatachea et al., 2013; Gonzalez-Freire et al., 2010; Santiago et al., 2011).
Более того, генотип RR гена MSTN rs1805086 чаще встречается у спортсменов экстра-класса в тяжелоатлетических видах спорта (Aksenov and Andryushchenko, 2018). Несколько исследований показало положительную связь вариаций K/Rrs1805086 с проявлением силовых способностей и мышечной гипертрофией (Ferrell et al., 1999; Li et al., 2014; Santiago et al., 2011), в то время как другие исследования не обнаруживали какой-либо существенной связи (Ben-Zaken et al., 2017; Fuku et al., 2016; Santiago et al., 2011). Это несоответствие поднимает вопрос о том, являются ли аллельные варианты K и R гена MSTN rs1805086 действительно генетическими факторами, которые могут влиять на силовые способности человека и гипертрофию скелетных мышц?
По сведениям базы данных Ensembl, частота встречаемости редкого аллеля 153 R в среднем составляет 7 % (3 % -у европейцев и 22 0% - у африканцев), для надежного выявления связи этого полиморфизма с силовыми способностями и гипертрофией мышц необходимы большие размеры выборки. Систематический обзор позволяет выявить долю исследований, склоняющихся к определенному мнению.
Цель исследования - выявить связь полиморфизма K153 R гена миостатина (MSTN) (rs1805086) с гипертрофией скелетных мышц и силовыми показателями спортсменов на основе анализа научных исследований.
Методика и организация исследования. Поиск научных публикаций проводился в базах данных PubMed, Web of Science, eLIBRARYru, SNPеdia, Wiley Online Library, Europe PMC. Были использованы следующие ключевые слова для поиска публикаций: «Myostatin, MSTN, GDF-8, K153 R, rs1805086». Мы составили список публикаций по миоста-тину, в который вошла 81 научная статья, опубликованная до февраля 2020 года в этих базах данных. Для анализа и систематизации публикаций мы использовали компьютерную программу EndNote Viever X9.2 компании Clarivate Analytics.
Результаты исследования и их обсуждение. Исследование, проведенное на 94 здоровых нетренированных мужчинах китайской национальности в возрасте от 8 до 22 лет, показало, что увеличение толщины бицепса X =0,300±0,131 см и квадрицепса X =0,421±0,281 см (р <0,01 для обоих мышечных групп) значительно выше среди лиц с генотипом KR, чем у лиц с генотипами КК полиморфизма K153 R MSTN. Таким образом, полученные результаты доказывают, что данный
полиморфизм может не только привести к большему размеру мышц в условиях отсутствия тренировок, но также связан с более заметным увеличением мышечной массы после силовых тренировок у испытуемых, имеющих аллель R (аргинин). Поэтому скрининг данного полиморфизма может быть рассмотрен как генетический маркер спортивного отбора в тяжелоатлетических видах спорта (Li et al., 2014).
Santiago C., Ruiz J.R., Rodríguez-Romo G., et al. (2011) изучили связь между полиморфизмом MSTN K153 R и «взрывной» силой ног и им удалось доказать в своих исследованиях на нетренированных мужчинах, что полиморфизм K153 R MSTN связан со способностью вызывать «пиковую» мощность во время сокращений мышц, оцениваемую с помощью теста вертикального прыжка. Авторы указывают, что вариаций MSTN у людей полиморфизм Lys (K) 153 Arg®, расположенный в экзоне 2 (замена rs1805086, 2379 A>G), является одним из кандидатов, влияющих на фенотип скелетных мышц. Замена аминокислоты Lys (K) 153 Arg® обнаружена в активном зрелом пептиде белка миостатина, и предположили, что эта замена может влиять на протеолитический процессинг своим пропептидом или на способность связываться с внеклеточным рецептором активина типа II (ActRIIB), что в свою очередь индуцирует пролиферацию миобластов и дифференцировку мышечной массы.
Частота мутантного аллеля R, по их данным, составляет около 3-4 %, а частота мутантных гомозигот (RR) - ниже 1 %, что, безусловно, ограничивает возможность изучения больших групп людей, имеющих вариант R, особенно в спорте.
Авторы обнаружили, что на сегодняшний день опубликованные данные о полиморфизме MSTN K153 R и фенотипах мышц человека дают противоречивые результаты (Seibert et al., 2001). В ряде исследований сообщалось о значительном влиянии вариантов MSTN и реакции мышечной массы в ответ на силовые тренировки независимо от пола, этим подтверждается гипертрофический ответ на силовую тренировку у взрослых людей обоих полов. Аллель 153 R был связан с большей мышечной гипертрофической реакцией на тренировку (Ivey et al., 2000).
Авторы проведенного эксперимента не оценивали мышечную массу испытуемых и поэтому не смогли определить влияние генотипов K153 R MSTN на мышечную силу и массу. В работе указано, что этот полиморфизм требует дальнейшего изучения.
Ivey F. M., Roth S. M., Ferrell R. E. et al. в своих исследованиях установили тенденцию к влиянию генотипа K153 R MSTN на гипертрофическую реакцию скелетных мышц в ответ на силовые тренировки у женщин, имеющих гетерозиготу. Эксперименты доказали увеличение мышечной массы ног у испытуемых с генотипом KR в ответ на силовые тренировки на 68 %о выше, чем у женщин с генотипом KK (P=0,056) (Ivey et al., 2000). Эти данные указывают на роль наличия редкого аллеля K153 RMSTN в ответной гипертрофической реакции мышц испытуемых. Авторы указывают, что изучение аллеля Lys 153 Arg в гене миостатина человека в ответной реакции мышечного объема на силовые тренировки все же остается недостаточным и нуждается в дальнейшем исследовании, особенно у женщин с большой массой тела.
Исследователям Ferrell R. E. et al. не удалось найти ни одного человека в группе Caucasians с генотипом RRMSTN среди спортсменов силовых видов спорта (Ferrell et al., 1999). Тем не менее авторы утверждают, что варианты A55 T и K153 R могут влиять на изменения функций продуктов гена миостатина и распределение питательных веществ у человека, гетерозиготных или гомозиготных по редкому аллелю, что в свою очередь может проявиться на фенотипических признаках организма, связанных с увеличением мышечной
76
http://www.teoriya.ru
2021 Июнь | June
массы в ответ на силовые тренировки. Как и во всех работах, указывается на необходимость дальнейшего изучения этого полиморфизма.
Выводы. Лишь в последние 15 лет начали проясняться генетические полиморфизмы и механизмы их проявления в фенотипе, контролирующие массу и функцию скелетных мышц спортсменов. Поэтому не удивительно, что новые механизмы и взаимодействия этих генов продолжают обнаруживаться, и действительно, совсем недавно в этой области был достигнут довольно значительный прогресс. Кроме того, обнаружение генов, существенно повышающих уровень спортивной одаренности, таких как миостатин, позволит существенно повысить качество спортивного отбора и ориентации.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Республики Бурятия в рамках научного проекта № 18-413-030001.
References
1. Aksenov M.O. and Andryushchenko L.B. (2018). Myostatin gene role in strength building process. In: Teoriya i Praktika Fizicheskoy Kultury, Vol. 4, pp. 71-73.
2. Allen D.L., Hittel D.S. and McPherron, A.C. (2011) Expression and Function of Myostatin in Obesity, Diabetes, and Exercise Adaptation. Medicine and Science in Sports and Exercise 43, 1828-1835, Oct.
3. Ben-Zaken S., Meckel Y., Nemet D. and Eliakim, A. (2017) The combined frequency of IGF and myostatin polymorphism among track & field athletes and swimmers. Growth Hormone & Igf Research 32, 2932, Feb.
4. Dalbo V.J., Roberts M.D., Sunderland K.L., Poole C.N., Stout J.R., Beck T.W., Bemben M. and Kerksick C.M. (2011) Acute Loading and Aging Effects on Myostatin Pathway Biomarkers in Human Skeletal Muscle After Three Sequential Bouts of Resistance Exercise. Journals of Gerontology Series a-Biological Sciences and Medical Sciences 66, 855-865, Aug.
5. Ferrell, R.E., Conte, V., Lawrence, E.C., Roth, S.M., Hagberg, J.M. and Hurley, B.F. (1999) Frequent sequence variation in the human myostatin (GDF8) gene as a marker for analysis of muscle-related phenotypes. Genomics 62, 203-207, Dec.
6. Fuku, N., Alis, R., Yvert, T., Zempo, H., Naito, H., Abe, Y., Arai, Y., Murakami, H., Miyachi, M., Pareja-Galeano, H., Emanuele, E., Hi-rose, N. and Lucia, A. (2016) Muscle-Related Polymorphisms (MSTN rs1805086 and ACTN3 rs1815739) Are Not Associated with Exceptional Longevity in Japanese Centenarians. Plos One 11, Nov.
7. Garatachea, N., Pinos, T., Camara, Y., Rodriguez-Romo, G., Emanuele, E., Ricevuti, G., Venturini, L., Santos-Lozano, A., Santiago-Dorrego, C., Fiuza-Luces, C., Yvert, T., Andreu, A.L. and Lucia, A. (2013)
Association of the K153R polymorphism in the myostatin gene and extreme longevity. Age 35, 2445-2454, Dec.
8. Gonzalez-Freire, M., Rodriguez-Romo, G., Santiago, C., Bustaman-te-Ara, N., Yvert, T., Gomez-Gallego, F., Rexach, J.A.S., Ruiz, J.R. and Lucia, A. (2010) The K153R variant in the myostatin gene and sarco-penia at the end of the human lifespan. Age 32, 405-409, Sep.
9. Ivey, F.M., Roth, S.M., Ferrell, R.E., Tracy, B.L., Lemmer, J.T., Hurl-but, D.E., Martel, G.F., Siegel, E.L., Fozard, J.L., Metter, E.J., Fleg, J.L. and Hurley, B.F. (2000) Effects of age, gender, and myostatin genotype on the hypertrophic response to heavy resistance strength training. Journals of Gerontology Series a-Biological Sciences and Medical Sciences 55, M641-M648, Nov.
10. Kollias, H.D. and McDermott, J.C. (2008) Transforming growth factor-beta and myostatin signaling in skeletal muscle. Journal of Applied Physiology 104, 579-587, Mar.
11. Li, X., Wang, S.J., Tan, S.C., Chew, P.L., Liu, L.H., Wang, L., Wen, L. and Ma, L.H. (2014) The A55T and K153R polymorphisms of MSTN gene are associated with the strength training-induced muscle hypertrophy among Han Chinese men. Journal of Sports Sciences 32, 883-891, May.
12. McFarlane, C., Hui, G.Z., Amanda, W.Z.W., Lau, H.Y., Lokireddy, S., Ge, X.J., Mouly, V., Butler-Browne, G., Gluckman, P.D., Sharma, M. and Kambadur, R. (2011) Human myostatin negatively regulates human myoblast growth and differentiation. American Journal of Physiology-Cell Physiology 301, C195-C203, Jul.
13. McPherron, A.C., Lawler, A.M. and Lee, S.J. (1997) Regulation of skeletal muscle mass in mice by a new TGF-beta superfamily member. Nature 387, 83-90, May.
14. Roth, S.M., Martel, G.F., Ferrell, R.E., Metter, E.J., Hurley, B.F. and Rogers, M.A. (2003) Myostatin gene expression is reduced in humans with heavy resistance strength training: A brief communication. Experimental Biology and Medicine 228, 706-709, Jun.
15. Santiago, C., Ruiz, J.R., Rodriguez-Romo, G., Fiuza-Luces, C., Yvert, T., Gonzalez-Freire, M., Gomez-Gallego, F., Moran, M. and Lucia, A. (2011) The K153R Polymorphism in the Myostatin Gene and Muscle Power Phenotypes in Young, Non-Athletic Men. Plos One 6, 5, Jan.
16. Seibert, M.J., Xue, Q.L., Fried, L.P. and Walston, J.D. (2001) Polymorphic variation in the human myostatin (GDF-8) gene and association with strength measures in the Women's Health and Aging Study II cohort. Journal of the American Geriatrics Society 49, 1093-1096, Aug.
17. Shishkin, S.S. (2004). Miostatin i nekotorye drugie biohimicheskie faktory, reguliruyushchie rost myshechnyh tkanej u cheloveka i ry-ada vysshih pozvonochnyh. In: Uspekhi biologicheskoj himii, Vol. 44, pp. 209-262.
18. Thomis, M.A.I., Huygens, W., Heuninckx, S., Chagnon, M., Maes, H.H.M., Claessens, A.L., Vlietinck, R., Bouchard, C. and Beunen, G.P. (2004) Exploration of myostatin polymorphisms and the angiotensin-converting enzyme insertion/deletion genotype in responses of human muscle to strength training. European Journal of Applied Physiology 92, 267-274, Jul.
19. Zheng, L.-F., Chen, P.-J. and Xiao, W.-H. (2019). Signaling pathways controlling skeletal muscle mass. In: Acta Physiologica Sinica, Vol. 71, pp. 671-679.
НОВЫЕ КНИГИ
ЗРЫБНЕВ H.A. ТЕОРИЯ ТЕХНИЧЕСКОМ ПОДГОТОВКИ СТРЕЛКА В СТРЕЛЬБЕ ИЗ СПОРТИВНОГО ПИСТОЛЕТА: УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ ВУЗОВ / H.A. ЗРЫБНЕВ. - 2-Е ИЗД., СТЕР. - СПБ.: ИЗД-ВО «ЛАНЬ», 2021. - 292 С.
Пособие продолжает серию книг, посвященных технике и тактике стрельбы из спортивного оружия, и соответствует требованиям Учебно-методического комплекса основной базовой программы по специализации «Пулевая стрельба» (направление подготовки 49.03.01 «Физическая культура», профиль подготовки «Спортивная тренировка»). В пособии последовательно рассматривается система основных положений и идей технической подготовки стрелка-пистолетчика: совокупность подготовительных и стрелковых упражнений из спортивного пистолета; условия, порядок и правила выполнения упражнений МП-60, МПП-60, МП-60СС, МП-60М, ПП-40 и ПП-60; требования соревнований к изготовке для стрельбы из пистолета; педагогические приемы в обучении медленной стрельбе и скоростной стрельбе по появляющимся мишеням. Данные положения направлены на разработку различных методик обучения и составляют суть технологии совершенствования технической подготовки стрелка-пистолетчика. Книга предназначена для преподавателей и тренеров, специализирующихся в пулевой спортивной стрельбе, а также студентов спортивных и педагогических вузов.
