CC BY
34о значимости исследования полиморфизмов генов AMPD1, COL1A1, COL5A1 для Спортивного отбора в секции фигурного катания
УДК/UDC 796.078
Информация для связи с автором: [email protected]
Поступила в редакцию 12.06.2021 г.
Доктор медицинских наук А.В. Калинин1, 3 О.А. Клевер-Чекунова1 М.К. Чекунов1
Доктор биологических наук Е.М. Чекунова2
Национальный государственный университет физической культуры, спорта и здоровья им. П.Ф. Лесгафта, Санкт-Петербург 2Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург
3Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет, Санкт-Петербург
ROLE OF AMPD1, COL1A1, AND COL5A1 GENES POLYMORPHISM STUDIES IN SELECTION IN FIGURE SKATING
Dr. Med. Dr. Med. A.V. Kalinin1, 3
o.A. Klever-Chekunova1
M.K. Chekunov1
Dr. Biol. E.M. Chekunova2
1Lesgaft National State University of Physical Education, Sport and Health, St. Petersburg
2Saint Petersburg State University, Saint Petersburg
3Saint Petersburg State Pediatric Medical University, Saint Petersburg
Аннотация
Цель исследования - сравнить частоты встречаемости полиморфных аллелей ^Р) генов AMPD1 (ге17602729), Ш1А1 (ге1800012) и Ш5А1 (ге12722) у успешно тренирующихся спортсменов-фигуристов с группой детей, еще только отбирающихся в спортивные секции и ранее не тренировавшихся и не принимавших участия в спортивных соревнованиях. Методика и организация исследования. Генетическое исследование проводилось в рамках проекта АНО «Стань Чемпионом». В ходе работы были определены частоты встречаемости аллелей генов, контролирующих способности к восстановлению организма между тренировками и склонность к повышенному травматизму у спортсменов, успешно тренирующихся в секциях фигурного катания. У 13-ти спортсменов из различных секций фигурного катания были изучены ассоциации полиморфизмов ^Р) генов AMPD1 (^17602729), Ш1А1 (ге1800012) и Ш5А1 (ге12722) с предрасположенностью к успеху в спорте высших достижений. ДНК выделяли из буккального эпителия, генотипирование проводили методом аллель-специфичной ПЦР в реальном времени.
Результаты исследования и выводы. Установлено, что в генотипах спортсменов, профессионально занимающихся фигурным катанием, преобладают предковые аллели тестируемых генов, что было ассоциировано с маркерами для отбора в профильные спортивные секции и стало основой для формирования наследственно-заданной модели «идеального» спортсмена-фигуриста.
Ключевые слова: фигурное катание, спортивный отбор, гены, полиморфизмы ^ЫР), аллель, ПЦР, ДНК, спорт, предрасположенность, AMPD1, COL1A1, Ш5А1.
Abstract
Objective of the study was to conduct a comparative analysis of the frequency of polymorphic alleles (SNP) of the AMPD1 (rs17602729), COL1A1 (rs1800012), and COL5A1 (rs12722) genes in successful figure skaters and children, who had not previously trained or taken part in sports competitions and were still selected for sports sections.
Methods and structure of the study. The experiment was run using the materials collected during the implementation of the project of ANO "Stan Chempionom" at Lesgaft National State University of Physical Education, Sport and Health, St. Petersburg. 13 figure skaters of different levels of sports qualification were genotyped in terms of the above-mentioned three polymorphisms: 6 Masters of Sport, 2 Candidate Masters of Sport, 4 I Class athletes, and 1 III Class athlete. The Control Group (CG) was made of 130 children still being selected for sports sections, who had been subjected to the DNA tests under the project of ANO "Stan Chempionom".
Results and conclusions. The findings show that in a sport like figure skating, in athletes who regularly train and successfully increase their sports skill and qualification level, the following ancestral alleles predominate in the genotypes: C of the AMPD1 gene (rs17602729), G of the COL1A1 gene (rs1800012), C of the COL5A1 gene (rs12722). This fact suggests that the results obtained in the group of top-class athletes are not random and are supported by the physiological expression of the nature of the above-mentioned genes. Consequently, the findings indicate association of the AMPD1 (rs17602729), COL1A1 (rs1800012), and COL5A1 (rs12722) genes polymorphisms with successful trainings of athletes in figure skating sections. The assumption that the sample results are conditioned by the similarity in athletes' physiology is interesting, and the authors plan to continue this study by increasing the sample of top-class athletes (HMS and WCMS).
Keywords: figure skating, sports selection, genes, polymorphisms (SNP), allele, PCR, DNA, sports, predisposition, AMPD1, COL1A1, COL5A1.
Введение. Определение успешности будущего атлета в юном возрасте - сложная задача, а максимальная нагрузка приходится уже на период высшего спортивного мастерства, который совпадает с периодом пубертата (в ходе взросления организма подростка начинают отчетливо проявляться все наследственно-заданные физиологические особенности организма молодого спортсмена) [1, 3, 5]. Среди многих важных физиологических показателей успешности спортсмена авторы выбрали такие наследственно обусловленные признаки, как способность к восстановлению организма между тренировками и наличие или отсутствие склонности к повышенному травматизму. У профессиональных спортсменов были исследованы полиморфизмы следующих генов, детерминирующих эти признаки: гена AMPD1 (rs17602729), гена COL1 A1 (rs1800012) и гена COL5 A1 (rs12722):
• Ген AMPD1 кодирует аденозинмонофосфат-дезаминазу 1 - специфичный для скелетных мышц белок, имеющий важное значение для энергетического метаболизма [4, 8, 9]. Полиморфизм rs17602729 (С >T) представляет собой замену цитозина (С) на тимин (Т) в позиции 34 (C34 T) гена AMPD1. В результате этой замены кодон, кодирующий аминокислоту глутамин, замещается на стоп-кодон, что приводит к синтезу укороченного белка, лишенного каталитической активности [9].
• Ген COL1 A1 кодирует белок альфа-1 коллагена I типа, который является важным структурным компонентом соединительной ткани [4]. Исследуемый полиморфизм rs1800012 представляет собой замену гуанина (G) на тимин (Т), в регуляторной области гена COL1A1 в позиции 1245 (G1245 T). В результате этой замены нуклеотидов изменяется характер транскрипции гена и происходит нарушение нормального соотношения цепей коллагена в структуре коллагеновых волокон. Наличие в генотипе аллеля Т (rs1800012 гена COL1A1) связано со снижением минеральной плотности костей, повышенной вероятностью развития остеопороза и переломов костей, а также с растяжением связок при активных тренировках [8].
• Ген COL5A1, кодирующий белок альфа-1 коллагена V типа, также является важным структурным компонентом соединительной ткани [4]. Полиморфизм rs12722 ассоциируется с предрасположенностью к развитию хронической тен-допатии ахиллова сухожилия и с учащенными разрывами крестообразной связки [10]. Этот полиморфизм - результат замены в последовательности нуклеотидов: цитозина (С) на тимин (Т), в позиции 267 некодирующей области 3'-UTR гена COL5 A1 (С267 Т), которая приводит к изменениям в стабильности мРНК COL5 A1 в пределах нормальных физиологических колебаний и не нарушает формирование коллагеновых фибрилл [11].
Цель исследования - сравнить частоты встречаемости полиморфных аллелей (SNP) генов AMPD1 (rs17602729), COL1 A1 (rs1800012) и COL5 A1 (rs12722) у успешно тренирующихся спортсменов-фигуристов с группой детей, еще только отбирающихся в спортивные секции и ранее не тренировавшихся и не принимавших участия в спортивных соревнованиях.
Методика и организация исследования. Эксперимент проводился на материалах, собранных в ходе реализации проекта АНО «Стань Чемпионом» в НГУ им. П. Ф. Лесгафта, Санкт-Петербург По указанным выше трем полиморфизмам были генотипированы 13 спортсменов-фигуристов (n=13) различного уровня спортивной квалификации: шесть мастеров спорта, два кандидата в мастера спорта, четыре человека с I спортивным разрядом, один человек с III спортивным разрядом. В качестве группы контроля были взяты данные ДНК-тестирования, полученные в рамках проекта АНО «Стань Чемпионом», от детей, еще только отбирающихся в спортивные секции - всего 130 испытуемых (n=130).
Сразу отметим, что ввиду небольшого количества представителей профильного вида спорта, авторы статьи не делали дифференциацию по дисциплинам фигурного катания, а также группы участников не делили по полу. Возраст участников (группа спортсменов и контрольная группа совокупно) составил от 6 до 24 лет.
Биологический материал для проведения ДНК-тестирования был получен методом соскоба эпителиальных клеток ротовой полости с помощью специальных стерильных одноразовых зондов. Каждому участнику исследования предлагалось потереть кончиком зонда защечную поверхность в течение 10-15 секунд. ДНК из буккального эпителия выделяли методом СТАВ с модификациями [6]. Полиморфизмы (SNP -однонуклеотидные замены) генов AMPD1 (rs17602729), COL1 A1 (rs1800012) и COL5 A1 (rs12722) детектировали методом аллель-специфичных полимеразных цепных реакций в реальном времени (ПЦР-РВ). Все реакции проводили на приборе BioRad CFX-96, праймеры были сконструированы в ходе работы. Нуклеотидные последовательности амплифи-цированных фрагментов ДНК проверяли методом прямого секвенирования по Сэнгеру на автоматическом капиллярном секвенаторе ABI PRISM 3130 XL. При анализе результатов, полученных в ходе лабораторных исследований, оценивали частоты встречаемости исследуемых аллелей и генотипов. Статистическую значимость различий между тестируемыми группами определяли с помощью точного двустороннего критерия Фишера (p<0,05).
Результаты исследования и их обсуждение. Результаты генотипирования двух тестируемых групп показали, что в группе спортсменов-фигуристов полностью отсут-
Таблица 1. Результаты генотипирования спортсменов-фигуристов и детей, только выбирающих спортивную секцию
¡и
V-□
. ±i и
га у
г.
ч—
. О OJ
га
V-
■ -О С
га
^
О (U .с Н
Исследуемые группы
Гены, полиморфизмы, генотипы фигурное катание (n=13) контрольная группа (n=130)
МС (n=6) КМС (n=2) i разряд (n=4) iii разряд (n=1)
CC 6 1 3 1 39
AMPD1 (rs17602729) CT ... 1 1 ... 64
TT ... ... ... ... 27
GG 6 2 4 1 54
COL1A1 (rs1800012) GT ... ... ... ... 41
TT ... ... ... ... 35
CC 6 2 4 ... 42
COL5A1 (rs12722) CT ... ... ... 1 51
TT ... ... ... ... 37
36
http://www.teoriya.ru
№10^ 2021 Октябрь | October
Таблица 2. Сводные данные распределения генотипов и аллелей в двух группах испытуемых
Ген, полиморфизм Генотипы и аллели Группа контроля (n=130) Фигурное катание(n=13) Уровень значимости (p) по критерию Фишера*
AMPD1, rs17602729, C > T СС 39 11 p (СС vs СТ+ТТ) 0,000179
СТ +ТТ 91 2
аллель С 142 (54,6%) 24 (92,3%) 0,000103
аллель Т 118 (45,4%) 2 (7,7%)
COL1A1 rs1800012, G > T GG 54 13 p (GG vs GT+TT) 0,000026
GT + ТТ 76 ---
аллель G 149 (57,3%) 26 (100%) 0,000001
аллель Т 111 (42,7%) ---
COL5A1 rs12722, C > T СС 42 12 p (CC vs CT+TT) 0,000033
СТ + ТТ 88 1
аллель С 135 (51,9%) 25 (96,2%) 0,000003
аллель Т 125 (48,1%) 1 (3,8%)
* Жирным шрифтом выделены значения р<0,05, указывающие на статистически достоверные различия по частотам аллелей и генотипов между профессиональными спортсменами и детьми из контрольной группы.
ствуют генотипы, гомозиготные по мутантным аллелям: ТТ гена AMPD1 (rs17602729), ТТ гена COL1A1 (rs1800012), ТТ гена COL5 A1 (rs12722); гетерозиготные генотипы этих генов представлены незначительно, а для гена COL1 A1 (rs1800012) вообще отсутствуют. В контрольной группе доля таких генотипов составляла от 20,7 % до 28,5 % (табл. 1).
Для выявления и правильного понимания генетически-об-условленных различий в группах тестируемых был применен точный двусторонний критерий Фишера (таблица 2). У представителей фигурного катания оказались преобладающими предковые аллели исследуемых генов: частота встречаемости аллеля С гена AMPD1 (rs17602729) - 54,6 %, аллеля G гена COL1 A1 (rs1800012) - 100 %, аллеля С гена COL5 A1 (rs12722) - 96,2 %. Соотношения частот генотипов, гомозиготных по предковым аллелям, к гетерозиготам и гомозиготам по полиморфным аллелям генов: AMPD1 (СС vs СТ+ТТ), COL1A1 (GG vs GT+TT) и COL5A1 (CC vs CT+TT), выявленные у спортсменов-фигуристов, статистически достоверно отличаются от таковых у детей из контрольной группы (данные представлены в таблице 2).
Выводы. В результатах проведенной работы показано, что в такой спортивной дисциплине, как фигурное катание, в генотипах спортсменов, планомерно осуществляющих тренировочную деятельность и успешно повышающих уровень спортивного мастерства и квалификации, преобладают предковые аллели: С гена AMPD1 (rs17602729), G гена COL1 A1 (rs1800012), С гена COL5 A1 (rs12722). Данный факт позволяет предположить, что полученные в исследуемой выборке профессиональных спортсменов результаты не случайны и носят подкрепляемый физиологическим выражением экспрессии рассмотренных выше генов характер.
Таким образом, результаты исследования свидетельствуют об ассоциации полиморфизмов генов AMPD1 (rs17602729), COL1 A1 (rs1800012), COL5 A1 (rs12722) с успешными тренировками атлетов в секциях фигурного катания. Предположение об обусловленности результатов выборки схожестью физиологии спортсменов-фигуристов представляет определенный интерес, и авторы работы планируют продолжить данное исследование, увеличив выборку высококвалифицированных профессиональных спортсменов (уровня ЗМС и МСМК).
3.
4.
5.
1.
Литература
Бумарскова Н.Н. Травматизм в фигурном катании / Н.Н. Бу-марскова, В.А. Никишин // Ученые записки университета им. П.Ф. Лесгафта. - 2020. - № 2 (180). - С. 63-68. Волков Н.И. Биохимия мышечной деятельности: учебник / Н.И. Волков, Э.Н. Несен, А.А. Осипенко и др. - Киев: Олимпийская литература, 2000. - 504 с.
Иорданская Ф.А. Приоритетные направления медико-биологического контроля у фигуристов / Ф.А. Иорданская, Н.К. Цепко-ва, Т.Ф. Абрамова // Вестник спортивной науки. - 2019. - № 2. - С. 41-49.
Марри Р. Биохимия человека: в 2-х томах / Р. Марри, Д. Греннер, П. Мейес и др. - М.: Мир, 1993. - 415 с. - 2 Т. Сологуб Е.Б. Спортивная генетика: учебное пособие / Е.Б. Сологуб, В.А. Таймазов. - М.: Терра-Спорт, 2000. - 127 с.
References
Bumarskova N.N., Nikishin V.A. Travmatizm v figurnom katanii [Figure skating injuries]. Uchenye zapiski universiteta im. P.F. Lesgafta. 2020. No. 2 (180). pp. 63-68.
2. Volkov N.I., Nesen E.N., Osipenko A.A. et al. Biokhimiya myshechnoy deyatelnosti [Biochemistry of muscle work]. Textbook. Kiev: Olimpiyskaya literatura publ., 2000. 504 p.
3. lordanskaya F.A., Tsepkova N.K., Abramova T.F. Prioritetnye napravleniya mediko-biologicheskogo kontrolya u figuristov [Priority areas of biomedical control in application to figure skaters]. Vestnik sportivnoy nauki. 2019. No. 2. pp. 41-49.
4. Marri R., Grenner D., Meyes P. et al. Biokhimiya cheloveka [Human Biochemistry]. In 2 vol. M.: Mir publ., 1993. 415 p. 2 V.
5. Sologub E.B., Taymazov V.A. Sportivnaya genetika [Sports genetics]. Study guide. M.: Terra-Sport publ., 2000. 127 p.
6. Aidar M., Line S.R. A simple and cost-effective protocol for DNA isolation from buccal epithelial cells. Brazilian Dental Journal. 2007. No.18 (2). pp. 148-152.
7. Bardai G., Moffatt P., Glorieux F.H., Rauch F. DNA sequence analysis in 598 individuals with a clinical diagnosis of osteogenesis imperfecta: diagnostic yield and mutation spectrum. Osteoporosis International. 2016. No. 27. pp. 3607-3613.
8. Fedotovskaya O.N., Danilova A.A., Akhmetov I.I. Effect of AMPD1 gene polymorphism on muscle activity in humans. Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2013. No.154 (4). pp. 489-491.
9. Morisaki T., Gross M., Morisaki H., Pongratz D., Zollner N., Holmes EW. Molecular basis of AMP deaminase deficiency in skeletal muscle. Proceedings of the National Academy of Sciences. 1992. No. 89. pp. 6457-6461.
10. Raleigh S.M., Collins M. Gene Variants that Predispose to Achilles Tendon Injuries: An Update on Recent Advances. IntechOpen [Electronic resource]. E-journal. 2012. March 26. Available at: https:// www.intechopen.com/books/achilles-tendon/gene-variants-that-predispose-to-achilles-tendon-injuries-an-update-on-recent-advances-
11. September A.V., Cook J., Handley C.J. Variants within the COL5A1 gene are associated with Achilles tendinopathy in two populations. British Journal of Sports Medicine. 2009. No. 43. pp. 357-365.
