Полиморфизмы гена АСЕ, ассоциированные с развитием аэробных возможностей у высококвалифицированных спортсменов Республики Адыгея

Муженя Дмитрий Витальевич; Тугуз Аминат Рамазановна; Дорошенко Алексей Сергеевич; Кузьмин Андрей Александрович; Гречишкина Светлана Станиславовна

УДК 796.01:612 ББК 75.09 П 50

Муженя Д.В.

Аспирант кафедры ботаники факультета естествознания Адыгейского государственного университета, Майкоп, тел. (8772) 59-38-02, e-mail: [email protected] Тугуз А.Р.

Доктор биологических наук, профессор кафедры ботаники факультета естествознания, зав. им-муногенеттеской лабораторией НИИ комплексных проблем Адыгейского государственного университета, Майкоп, тел. (8772) 59-38-02, e-mail: [email protected] Дорошенко А.С.

Кандидат педагогических наук, доцент, зав. кафедрой медико-биологических дисциплин института физической культуры и дзюдо Адыгейского государственного университета, Майкоп, тел. (8772) 59-39-76, e-mail: [email protected] Кузьмин А.А.

Кандидат биологических наук, старший преподаватель кафедры физиологии факультета естествознания Адыгейского государственного университета, Майкоп, тел. (8772) 59-39-76, e-mail: lab_genetic @ mail. ru Гречишкина С.С.

Кандидат биологических наук, физиолог НИИ комплексных проблем Адыгейского государственного университета, Майкоп, тел. (8772) 59-39-76, e-mail: [email protected]

Полиморфизмы гена АСЕ, ассоциированные с развитием аэробных возможностей у высококвалифицированных спортсменов Республики Адыгея

(Рецензирована)

Аннотация

У высококвалифицированных спортсменов Республики Адыгея (футболистов, баскетболистов и ) DD (%) D для контрольной группы (84,8%, х2=12,19, р=0,005 и 0,894, х=11,75, р=0,0006) и отличаются от данных . -чий по распределению генотипов и аллелей полиморфного локуса АСЕ не выявлено.

Ключевые слова: ангиотензин-преврагцающий фермент (АСЕ), максимальное потребление кисло-( ), - , I/D , -( , , ).

Muzhenya D.V.

Post-graduate student of Botany Department of Natural Science Faculty, Adyghe State University, Maikop, ph. (8772) 59-38-02, e-mail: [email protected] Tuguz A.R.

Doctor of Biology, Professor of Botany Department of Natural Science Faculty, Head of Immunogenetic Laboratory of Research Institute of Complex Problems, Adyghe State University, Maikop, ph. (8772) 5938-02, e-mail: [email protected]

Doroshenko A.S.

Candidate of Pedagogy, Associate Professor, Head of Medicobiological Discipline Department of Institute of Physical Training and Judo, Adyghe State University, Maikop, ph. (8772) 59-39-76, e-mail: lab_genetic @ mail. ru Kuzmin A.A.

Candidate of Biology, Senior Lecturer of Physiology Department of Natural Science Faculty, Adyghe State University, Maikop, ph. (8772) 59-39-76, e-mail: [email protected] Grechishkina S.S.

Candidate of Biology, Physiologist of Research Institute of Complex Problems, Adyghe State University, Maikop, ph. (8772) 59-39-76, e-mail: [email protected]

ACE gene polymorphisms associated with development of aerobic opportunities at highly skilled athletes of Adyghea Republic

Abstract

Frequencies of the DD genotypes (%) and D alleles of ACE gene at highly skilled athletes of the Adyghea Republic (football players, basketball players and athletes) authentically exceed indicators for the control group (84,8%, x2=12,19, p=0,005 and 0,894, /2=11,75, p=0,0006) and differ from data of the world researches. Depending on sports specialization of athletes reliable distinctions in distribution of genotypes and alleles of ACE polymorphic locus have not been revealed.

Keywords: angiotensin-turning enzyme (ACE), the maximum oxygen consumption (MOC), markers of high-speed and power qualities, ACE gene polymorphisms in I/D, highly skilled athletes (football, basketball, track and field athletics).

Введение

Выявление спектра генетических маркеров, ассоциированных с развитием и проявлением физических качеств, связанных с биохимическими, антропометрическими и физиологическими показателями, значимыми в условиях спортивной деятельности, стало возможным после расшифровки структуры генома человека [1-6].

Наиболее изученным генетическим маркером физической работоспособности является I/D полиморфизмы гена ангиотензин-превращающего фермента (АСЕ), участвующего в регуляции сосудистого тонуса посредством синтеза мощного вазоконстриктора ангиотензина-2 (AGT), стимулирующего экспрессию рецепторов 1 типа ангиотензина-2 (AGT2R1) на гладкой мускулатуре кровеносных (ГМК) сосудов [7, 8].

Ген АСЕ картирован в длинном плече 17 хромосомы (17q23), содержит 22 т.п.н., включает 26 экзонов и 25 интронов (рис. 1) [9].

Chr 17

тЧ СО

ID ID

C\J C\J

C C

Рис. 1. Цитогенетическое строение 17-й хромосомы

Из 100 полиморфизмов гена АСЕ наиболее значимым маркером физической активности является I/D инсерционно-делеционный полиморфизм, связанный с инсерци-ей (I) или делецией (D) Alu повтора размером 287 п.н. в 16 интроне [10].

По данным многоцентровых исследований показаны различия в распределении I/D полиморфизмов у спортсменов в зависимости от видов спорта, требующих проявления определенных качеств: скорости, силы, выносливости. Частота встречаемости I/I полиморфизма гена АСЕ значительно выше среди велосипедистов, легкоатлетов (бег на длинные и средние дистанции) и спортсменов, занимающихся греблей, где требуется выносливость. D/D генотип выявляется у спортсменов, которым в процессе их профессиональной деятельности требуются скоростные качества (бег на короткие и средние дистанции, футбол, баскетбол) [11-23].

Мета-анализ подтвердил, что D/D генотип гена ACE в большей степени способствует развитию скоростно-силовых физических качеств, а генотип I/I - выполнению длительной физической работы [24].

Противоречивые данные об ассоциации полиморфных вариантов гена ангиотен-зин-превращающего фермента с развитием скоростно-силовых качеств получены отечественными исследователями. Так по данным Назарова И.В. (2001), Рогозкина С.В. (2005) D аллель и DD генотипа гена АСЕ у высококвалифицированных спортсменов

ассоциирована с развитием скоростно-силовых качеств. Линде Е.В. (2006), Леконцев Е.В. (2007), Ахметов И.И. (2009) установили ассоциацию не делеции (D), а инсерции (I) и II/ID генотипов гена АСЕ со скоростно-силовыми качествами [2, 5, 13, 22, 23].

Однако ряд авторов не выявили ассоциацию инсерционо-делеционного полиморфизма гена АСЕ с развитием скоростных и силовых качеств человека [25, 26].

Из вышеизложенного следует, что данные по ассоциированности I/D полиморфизма гена АСЕ с развитием физических качеств весьма противоречивы, неоднозначны и требуют дальнейшего исследования.

Цель исследования: анализ частотного распределения I/D полиморфизмов гена АСЕ и их ассоциация с развитием аэробных возможностей у высококвалифицированных футболистов, баскетболистов и легкоатлетов Республики Адыгея (РА).

Контингент обследованных лиц

В проспективное исследование включено 33 спортсмена в возрасте 18-25 лет (средний возраст 22,7±3,85) и 32 здоровых юношей, не занимающихся спортом. Группа спортсменов представлена футболистами клуба «Дружба», баскетболистами команды «Динамо» г. Майкопа (n=22) и членами сборной РА по легкой атлетике, бег на средние дистанции (n=11), с различной физической нагрузкой на сердечно-сосудистую систему (ССС) в условиях тренировочной и соревновательной деятельности. Контингент спортсменов подобран в соответствии с классификацией, предложенной В.С. Фарфелем (1975) [27]. Квалификация спортсменов: кандидаты в мастера спорта (КМС - 16 человек), мастера спорта (МС - 6), первый взрослый разряд - 18. На момент проведения эксперимента стаж занятия составил не менее 8 лет. Контроль представлен случайной выборкой здоровых лиц мужского пола (n=32), не занимающихся спортом.

Материалы и методы

Для определения PWCi7o (Physical Working Capacity - значение мощности физической нагрузки, которую может выполнить спортсмен на ЧСС 170 уд./мин) использован аппаратно-программный комплекс «Поли-Спектр-Эрго» фирмы «НейроСофт» (г. Иваново). Нагрузка мощностью PWC170 моделировалась на велоэргометре под контролем ЭКГ (электрокардиограф «Поли-Спектр-12»). Расчет максимального потребления кислорода (МПК) проводился в автоматическом режиме программой «ПолиСпектр» по формуле В.Л. Карпмана для PWC170:

МПК = 1,7 х PWC170 +1240 H ’

где Н - масса тела (кг).

Качество геномной ДНК, выделенной из периферической крови, протестировано на спектрофотометре «NanoDrop 2000c» (Termo Scientific, USA).

Распределение I/D полиморфизмов гена ACE исследовано SNP (single nucleotide polymorphism) методом с использованием двухпраймерной системы и электрофоретической детекцией НПФ «Литех» (табл. 1).

Таблица 1

Праймеры для амплификации

Ген Аллели Символ аллеля Праймер

АСЕ Alu Deletion D 5'-atacagtcactttt "no 285 bp Alu" atgtggttt-3'

Alu Insertion I 5'-atacagtcactttt "285 bp Alu" atgtggttt-3'

Результаты исследований обработаны при УФ-облучении (длина волны 310 нм) в трансиллюминаторе «Gel Doc» (Био-Рад) с помощью программы «Quantity One» (БиоРад).

Статистически значимые различия (р<0,05) вычислены с использованием непараметрического метода Фишера, х (кси-квадрата) для таблиц сопряженности 2x2 с поправкой Иэйтса на непрерывность и расчетом отношения шансов (odds-ration или OR), 95% доверительного интервала (95% О), корреляционный анализ проводили с использованием непараметрического метода Спирмена в программе SPSS Statistics 17.0.

Результаты исследований

Для выявления ассоциации I/D полиморфных вариантов и генотипов гена ACE со скоростно-силовыми качествами высококвалифицированных спортсменов проведен сравнительный анализ их распределения в обследованных контингентах (табл. 2).

Таблица 2

Частоты генотипов и аллелей гена ACE у спортсменов и в контрольной группе

Ген Аллель Спортсмены (n=33) Контроль(n=32) Р х2

I 0,106 0,360 0,0006* 11,75

D 0,894 0,640

АСЕ Генотипы

I I 0,061 0,056

ID 0,091 0,406 0,005** 12,19

DD 0,848 0,438

Примечание: *- достоверность различий в частотах аллелей;

** - достоверность различий в частотах генотипов.

По частотам I/D аллелей и II, ID, DD генотипов выявлены достоверные межгруп-повые различия с преобладанием DD генотипов и D аллели у профессиональных спортсменов (табл. 3). Экспериментальные данные по распределению I/D полиморфизмов гена АСЕ в контрольной группе согласуются с результатами мировых исследований для жителей определенных климато-географических территорий «The Allele Frequency Database» [16].

Однако у высококвалифицированных спортсменов РА в отличие от спортсменов других стран выявлены достоверно более высокие частоты D аллели АСЕ (0,894), значительно превышающие мировые показатели (0,690-0,720) [14, 24].

В зависимости от профессиональной специализации спортсменов достоверных различий по распределению генотипов и аллелей полиморфного локуса АСЕ нами не выявлено (данные не представлены).

Для подтверждения ассоциации полиморфизмов гена АСЕ c развитием скоростносиловых качеств нами проведен корреляционный анализ показателей PWC170 и МПК с

II, ID, DD генотипами высококвалифицированных спортсменов в сравнении с контрольной группой (табл. 3).

У лиц с DD генотипом МПК достоверно превышает показатели для II и ID генотипов и составляют соответственно (43,3±1,7 : 39,18±1,01 : 41±0,91 мл/мин/кг). Между DD генотипом АСЕ и показателем МПК в контрольной группе нами установлена положительная корреляционная связь выше средней (r=0,83 прир<0,01).

Таблица 3

Корреляционный анализ генотипов АСЕ c результатами нагрузочного тестирования

Контингенты обследованных M±m Р' Генотипы Р' r

II ID DD

н PQ о О £ рц Контроль (п=1О) 175,4±8,б5 - О,3ОО О,1ОО О,бОО - О,343

Спортсмены (n=23) 242,55+32,27 О,ОО1 О,О4О О,О4О О,92О О,О3 О,29

Легкоатлеты (п=б) 244,43±8,84 О,ОО5 О О 1,ОО О,2 О,ОО

Баскетболисты (n=7) 2б1,71±2О,55 О,ОО1 О О 1,ОО О,О7 О,ОО

Футболисты (п=1О) 22О,9±32,3 О,ОО1 О,1ОО О,1ОО О,8ОО О,53 О,1б

и W ^ 5 С S § ^ S Контроль (п=1О) 42,7+2,34 - О,3ОО О,1ОО О,бОО - О,83*

Спортсмены (n=23) 52,9+4,47 О,ООО5 О,О4О О,О4О О,92О О,О3 О,31

Легкоатлеты (п=б) 49,35+2,9 О,ОО1 О О 1,ОО О,2 О,ОО

Баскетболисты (n=7) 53,б3+3,5б О,ООО5 О О 1,ОО О,О7 О,14

Футболисты (п=1О) 51,б+5,7б О,ООО5 О,1ОО О,1ОО О,8ОО О,53 О,22

Примечание: р' - статистическое сравнение результатов между контролем и спортсменами;

* - значимые корреляционные зависимости (р<0,01).

Несмотря на статистически значимые межгрупповые различия (р<0,05) по частотам аллелей и генотипов гена АСЕ (соответственно 0,920 и 0,600), определить коэффициент корреляции между показателями нагрузочного тестирования (PWC170; МПК) и полиморфными вариантами у высококвалифицированных спортсменов оказалось затруднительным, так как DD генотип является математической константой. Мы предполагаем, что носители других генотипов в процессе профессионального становления вероятнее всего были «отсеяны», не выдержав физических нагрузок. Нами так же отмечено, что у футболистов с II, ID генотипами показатели МПК значительно ниже (42 и 47 мл/мин/кг) в сравнении с гомозиготной (DD) делецией (54,0±4,2 мл/мин/кг). Это обусловлено тем, что наличие D/D генотипа способствует, по мнению ряда авторов, двукратному повышению содержания продукта гена АСЕ и концентрации ангиотензина II в плазме крови. В свою очередь это приводит к повышению тонуса периферических сосудов, гипертрофии левого желудочка и более эффективной работе кардиорес-пираторной системы в условиях интенсивных физических нагрузок. Таким образом, в отличие от I/I и ID генотипов DD генотип оказывает положительное влияние на аэробные возможности организма, способствуя тем самым развитию скоростно-силовых качеств у высококвалифицированных спортсменов РА [2, 5, 6, 11, 14, 24].

Выводы

1. DD генотип гена АСЕ ассоциирован с развитием аэробных возможностей и, как следствие, с повышением функциональных возможностей организма, в частности, скоростно-силовых качеств.

2. Полиморфизм гена ангиотензин-превращающего фермента может быть использован как маркер при отборе детей в спортивные школы в зависимости от будущей специализации спортсменов.

1. Генетические маркеры физической работоспособности человека / В А. Рогозкин [и др.] // Теория и практика физической культуры. 2000. № 12. С. 34-36.

2. -

скоростно-силовым видам спота / В.А. Ро-[ .] // -. 2005. 1. . 2-4.

3. Reaching new heights: insights inio the genetics of human stature / M.N. Weedon [et al.] // Trends Genet. 2008. No. 24. P. 595-603.

4. The Human Gene Map for Performance and Health-Related Fitness Phenotypes: The 20062007 Update / M.S. Bray [et al.] / Med. Sei. Sports. Exerc. 2009. No. 41. P. 35-73.

5. The angiotensin converting enzyme I/D polymorphism in Russian athletes / I.B. Nazarov [et al.] // Eur. J. Hum. Genet. 2001. No. 9. P. 797-801.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

6. Human gene for physical performance / H.E. Montgomery [et al.] // Nature. 1998. No. 393. P. 221-222.

7. Angiotensin II: vasoconstrictor or growth factor? / A.M. Heagerty [et al.] // J. Cardiovasc. Pharmacol. 1991. No. 18. P. 14-19.

8. Angiotensin and cell growth: a link to cardiovascular hypertrophy? / P. Schelling [et al.] // J. Hypertens. 1991. No. 9. P. 3-15.

9. Angiotensin-I converting enzyme gene is on chromosome 17 / M.G. Mattei [et al.] // Cyto-genet. Cell. Genet. 1989. No. 5. P. 10-41.

10. PCR detection of the insertion/deletion polymorphism of the human ACE gene (DCP1) / B. Rigat [et al.] // Nucl. Acids Res. 1990. No. 20. P. 14-33.

11. Association of genetic factors with selected measures of physical performance / W.R. Thompson [et al.] // Phys. Ther. 2006. No. 86. P. 585-591.

12. Elite endurance athletes and the ACE I al-lele-the role of genes in athletic performance / G. Gayagay [et al.] // Hum. Genet. 1998. No. 103. P. 48-50.

13. . .

спорта: монография. М.: Сов. спорт, 2009. 268 .

14. The ACE deletion allele is associated with Israeli elite endurance athletes / O. Amir [et al.] // Experimental Physiology. 2007. No. 92. . 881-886.

15. The ACE gene insertion/deletion polymorphism and elite endurance swimming / G. Tsianos [et al.] // Eur. J. Appl. Physiol. 2004.

1. Genetic markers of physical efficiency of a person / V.A. Rogozkin [etc.] // Theory and practice of physical culture. 2000. No. 12. P. 34-36.

2. Marker genes of predisposition to high-speed and power types of sports / VA. Rogozkin [etc.] // Theory and practice of physical culture. 2005. No. 1. P. 2-4.