CC BY
80Роль генів ЛМРБ1, ЄМБ та ЄОЬ1Л1 у схильності до занять академічним веслуванням
Козирєв А.В.
Миколаївський національний університет імені В.О.Сухомлинського
Анотації:
Розглянуто питання розподілу частот поліморфних алелів генів AMPD1, CNB і COL1A1. В експерименті брали участь спортсмени-весляри високої кваліфікації у віці від 21 до 28 років та особи без стажу регулярних занять спортом у віці від 20 до 22 років. Встановлено, що певні комбінації алелів, можуть бути рекомендовані в якості діагностичного комплексу генетичних маркерів для оцінки схильності до розвитку і прояву сили, витривалості та швидкості. Показано, що при одержанні позитивних результатів, можливо проведення успішного відбору до академічного веслування, здійснення індивідуалізації тренувального процесу та підвищення його ефективності.
Ключові слова:
поліморфізм, гени, AMPD1, CNB, COL1A1, спорт, відбір, академічне веслування.
Козырев А.В. Роль генов ЛМРЭ1, ОЫБ та ООМА1 в склонности к занятиям академической греблей.Рассмотрен вопрос распределения частот полиморфных аллелей генов AMPD1, CNB и COL1A1. В эксперименте принимали участие спортсмены-гребцы высокой квалификации в возрасте от 21 до 28 лет и лица без стажа регулярных занятий спортом в возрасте от 20 до 22 лет. Установлено, что определённые комбинации аллелей, могут быть рекомендованы в качестве диагностического комплекса генетических маркеров для оценки склонности к развитию и проявлению силы, выносливости и скорости. Показано, что при получении положительных результатов, возможно проведение успешного отбора в академическую греблю, осуществление индивидуализации тренировочного процесса и повышение его эффективности.
полиморфизм, гены, AMPD1, CNB, COL1A1, спорт, отбор, академическая гребля.
Kozyrev A.V. The role of genes AMPD1, CNB and COL1A1 in the propensity to employment rowing. The question of the frequency distribution of polymorphic alleles of genes AMPD1, CNB and CO-L1A1. In the experiment, was attended by athletes, rowers qualifications at the age of 21 to 28 years, and people without experience of regular sport at the age of 20 to 22 years. Established that certain combinations of alleles can be recommended as a diagnostic complex genetic markers to assess the propensity to develop and display of strength, endurance and speed. It is shown that upon receipt of positive results may conduct a successful selection in rowing, the implementation of the individualization of the training process and improve its efficiency.
genes, polymorphism, AMPD1, CNB, COL1A1, sports, selection, rowing.
Вступ.
У наш час здійснення спортивного відбору на молекулярно-генетичному рівні вже стало реальністю. За результатами аналізів ДНК, фахівці-генетики можуть рекомендувати, яким видом спорту дитині краще займатися. Спадкова обумовленість спортивної обдарованості безсумнівна. В справжній час визнано аксіомою, що високих спортивних досягнень може досягнути лише талановита людина, яка володіє певним набором генетичних передумов до даного виду діяльності [2]. Спортивна генетика також відкриває практично необмежені можливості по індивідуалізації тренувального процесу та підвищенню його ефективності. Тренер, знаючи генетичний потенціал свого підопічного, зможе цілеспрямовано підбирати для нього необхідні параметри фізичних навантажень. Це, в свою чергу, допоможе зберегти здоров’я спортсмена, уникнувши спортивного травматизму та інших специфічних захворювань, викликаних професійною діяльністю в спорті. Крім цього, значно зростуть і спортивні результати.
Між тим, у доступній нам літературі відсутні дані про роль важливих для функціонування м’язів поліморфних варіантів генів, яку вони відіграють в схильності до занять академічним веслуванням. Дуже гостро стоїть питання про генетичну схильність до певних видів спорту [1].
Справжня робота є фрагментом комплексної теми «Вплив мелатоніну на функції систем органів». Тема розробляється кафедрою фізіології і біохімії природничого факультету Миколаївського національного університету імені В.О.Сухомлинського і зареєстрована в УкрІНТІ (№ держреєстрації 0106Ш02994).
Мета, завдання роботи, матеріал і методи.
Метою дослідження було визначення можливості проведення спортивного відбору до академічного
© Козирєв А.В., 2011
веслування на підставі результатів молекулярно-генетичного аналізу поліморфізмів генів AMPD1, CNB та COL1A1.
Академічне веслування - циклічний вид спорту, для якого характерний значний прояв швидкісно-силових здібностей і витривалості. Академічне веслування також - один з небагатьох видів спорту, який залучає до роботи 95% м’язів, та потребує від спортсмена розвитку комплексу фізичних якостей (сили, витривалості та швидкості).
Ген аденозин-монофосфат дезамінази (АМФД), (AMP deaminase 1 - AMPD1) локалізований в короткому плечі 1 хромосоми (1p13.1). Існує три ізоформи АМФД: ізоформа М (м’язова, ген АМФД1), ізоформа L (печінкова, ген АМФД2), ізоформа Е (еритроцитар-на, АМФД3). Ізоформи АМФД розрізняються молекулярною масою, імунологічними, каталітичними та регуляторними властивостями. Ізоформа М АМФД локалізована у швидких волокнах скелетних м’язів. Результати аналізу активності АМФД у скелетних м’язах показали, що індивідууми, що мають знижену активність ферменту, відчувають слабкість, швидку стомлюваність або м’язові судоми навіть після середнього по інтенсивності фізичного навантаження. Недолік ферменту в скелетних м’язах є однією з найбільш поширених причин метаболічної і викликаної фізичними вправами міопатій у людини [4]. Проаналізувавши ДНК на наявність С34Т-поліморфізму в гені АМФД1 можна виявити три генотипи: СС - гомозиготи за нормальним алелем, СТ - гетерозиготи та ТТ
- гомозиготи за мутантним алелем [5].
Ген кальціневріну B (calcineurin B - CNB). Каль-ціневрін представляє собою кальцімодулінзалежну протеінтрансфотазу, яка приймає участь в сигнальних шляхах, необхідних для регуляції генів, а також біологічних відповідей на зовнішню стимуляцію у багатьох
Педагогіка, психологія та медико-біологічні
Таблиця 1
Розподіл алелей в дослідній групі
№ Ген Поліморфізм Спортсмени Прева- люючий алель %
1 2 З 4 5 6 7 8 9 10
1 AMPD1 Q12X З4 C>T CC CT CC CC TT CC CT CC CT CC CC 60
2 CNB 5 bp Ins/Del I>D Ins Ins Ins/ Del Ins Ins/ Del Ins Ins Ins Ins/ Del Ins Ins 70
З CO- L1A1 1c.IVS2 -441 G>T GG TT GG GT TT TT TT GT TT TT TT 60
Примітка: тут і в наступній таблиці превалюючий алель виділений полужирним шрифтом.
Таблиця 2
Розподіл алелей в групі порівняння
№ Ген Поліморфізм Не займаючися спортом Порів- нюємий алель %
1 2 З 4 5 6 7 8 9 10
1 AMPD1 Q12X З4 C>T CT CT TT CT CC CC CT TT CC CT CC З0
2 CNB 5 bp Ins/Del I>D Ins/ Del Ins Ins/ Del Ins Ins/ Del Ins Ins Ins Ins/ Del Ins Ins 60
З COL1A1 1c.IVS2 -441 G>T GG TT GG GT TT GG TT GT TT TT TT 50
організмів і в різних типах клітин. Кальціневрін - це гетеродімерний білок, що складається з каталітичної субодиниці А (CNA) і регуляторної Са2. Він зв’язує субодиниці В (CNB або PPP3R1). Білок, який кодує ген кальціневріну B (calcineurin B - CNB) активується при підвищенні рівня Са2 в цитоплазмі, наприклад, під час механічного розтягування міокарду [З]. Активований кальціневрін десфорілює транскрипційні фактори сімейства NFAT, що призводить до їх тран-слокації в ядро, зв’язування з ДНК і активації транскрипції різних генів, приймає участь у гіпертрофічній відповіді [8].
Колаген тип I альфа 1 входить до складу кісток, сухожиль, зв’язок, шкіри та інших видів сполучної тканини. Ген колагену тип I альфа 1 (Collagen, type I, alpha 1 - COL1A1) розташований на довгому плечі хромосоми 17 в позиціях 21.З та 22.1. Молекули колагену, з’єднуючись “пліч-о-пліч”, утворюють мікрофібрили, які в свою чергу, формують більш товсті фібрили, а з них утворюються волокна і пучки волокон. Колаген синтезують і секретують в міжклітинну середу багато клітин, але в кількісному відношенні головними продуцентами колагену є клітини фібробластного ряду сполучної тканини. Тип I представлений найбільш широко поширеним колагеном, виявленим в самих різних тканинах [7].
Методи дослідження. В дослідженні прийняло участь 20 чоловік - 2 групи по 10 чоловік у кожній. Дослідну групу склали професійні спортсмени, що спеціалізуються в академічному веслуванні. На момент проведення дослідження, 7 спортсменів були
майстрами спорту і 3 - майстрами спорту міжнародного класу. Вік учасників дослідної групи складав від 21 до 28 років.
Групу порівняння склали студенти вузів з відсутністю стажу регулярних занять певним видом спорту і спортивних розрядів. Вік учасників групи порівняння складав від 20 до 22 років.
Біологічний матеріал для молекулярно-генетичного аналізу було отримано методом зіскрібка епітеліальних клітин ротової порожнини за допомогою одноразових стерильних зонд-тампонів-тупферів. Після гігієни порожнини рота випробуваному пропонувалося зондом протягом 2 хв. протирати внутрішні щічні поверхні, після чого зонд опускали у мікропробірку з транспортним середовищем об’ємом 300 мкл. і ретельно збовтували. Проби до виділення ДНК зберігалися при t=20oС.
Виділення з отриманого біологічного матеріалу ДНК проводилось сорбентним засобом (за методикою Центрального НДІ Епідеміології МОЗ РФ).
Полімеразну ланцюгову реакцію здійснювали за допомогою двохпраймерної системи [6].
Аналіз довжини рестрикційних продуктів проводився методом електрофоретичного розділення у 8% поліакриламідному гелі з наступним забарвленням бромистим етидієм і візуалізацією в ультрафіолетовому світлі за допомогою трансілюмінатора [6].
В задачі дослідження входили аналіз поліморфних варіантів генів AMPD1, CNB та COL1A1, та визначення частоти алелей і їх комбінацій, тобто генетичних маркерів. Якщо частота визначеного генетичного
маркера була в процентному співвідношенні значимо вище, то даний маркер можна було вважати сприятливим для занять академічним веслуванням, а також розвитку і прояву у спортсменів сили, витривалості і швидкості.
Результати дослідження.
В результаті проведення аналізу генетичних по-лиморфізмів були отримані наступні результати (табл. 1-2).
При аналізі розподілу частот алелів за Q12X 34 C>T поліморфізмом у 2-му екзоні гена аденозин-монофосфат дезамінази (АМФД), (AMP deaminase 1 - AMPD1), превалюючим алелем в дослідній групі в було визначено алель СС. У цій групі його частота склала 60%. Генотип СТ розподілився з частотою 30%, а генотип ТТ - з частотою 10%. У групі порівняння частота розподілу СС склала 30%, СТ - 50% і ТТ - 20%.
Аналіз розподілу частот алелів за 5 bp Ins/Del I>D інсерційно-делеційним поліморфізмом гена кальціневріну B (calcineurin B - CNB), превалюючим алелем в дослідній групі, виявив алель Ins. У цій групі його частота склала 70%. Алель Ins/Del розподілився з частотою 30%. У групі порівняння частота Ins склала 60%, а Ins/Del - 40%.
Проаналізувавши розподіл частот алелів за 1c. IVS2 -441 G>T поліморфізмом гена колагену тип I альфа 1 (Collagen, type I, alpha 1 - COL1A1), був визначений превалюючий в дослідній групі алель - ТТ. У цій групі його частота склала 60%. Розподіл алелів GG і GT склав по 20%. У групі порівняння алель ТТ розподілився з частотою 50%, алель GG - з частотою 30% і алель GT -з частотою 20% відповідно.
Висновки.
Визначені комбінації алелів, які можуть бути рекомендовані в якості діагностичного комплексу генетичних маркерів для оцінки схильності до розвитку і прояву сили, витривалості та швидкості.
Результати даного дослідження показали, що для гена AMPD1 бажений алель - CC (частота розподілу -60%), CNB - Ins (70%), COL1A1 Sp - TT (60%).
Визначені комбінації алелів, які небажені при здійсненні відбору до академічного веслування. Для гена AMPD1 це алелі CT(30%) і ТТ(10%), CNB - Ins/Del (30%), COL1A1 Sp - GG(20%) і GT(20%).
Подальший напрямок дослідження. В подальшому планується вивчати вплив основного гормону епіфізу
- мелатоніну, на експресію генів AMPD1, CNB та COL1A1. В список досліджуємих генів будуть також входити гени ACE, ACTN3, ADRB2, EPAS1, HIF1A, MB, NOS, PPARA, PPARD, PPARG, PPARGC1A, UCP2 та UCP3. Перераховані гени теж відіграють важливу роль в схильності до занять академічним веслуванням. Окрім впливу на генну експресію, мелатонін знижує оксидативний стрес після тренінгу, покращує сон і прискорює відновлення, що має велике значення в спорті вищих досягнень. Дослідну групу і групу порівняння будуть складати спортсмени-весляри високої кваліфікації у віці від 21 до 28 років. В якості джерела мелатоніну буде використовуватися вітчизняний фармацевтичний препарат «Віта-мелатонін».
Література:
1. Ахметов И.И. Использование ДНК-технологий для определения предрасположенности к оптимальной двигательной деятельности / И.И. Ахметов //Медицина труда и промышленная экология.
- 2009. - № 6. - С. 28-32.
2. Ахметов И.И. Молекулярная генетика спорта / И.И. Ахметов. -М.: Советский спорт, 2009. - С.10-22.
3. Цебржинський О.І. Біохімія опорно-рухового апарату та біохімія спорту (вибрані лекції) / О.І. Цебржинський. - Полтава: АСМІ, 2005. - С. 23-24,
4. 37^0.
5. Andersen J.L. Muscle, genes and athletic performance / J.L. Andersen, P.Schjerling, B. Saltin // Scientific American. - 2000. -V.283(3).
- P.48-55.
6. Bouchard C. Individual differences in the response to regular physical activity/ C. Bouchard, T. Rankinen // Medicine & Science in Sports & Exercise. - 2001. - V.33. - P.446^51.
7. Flavell, D.M. Peroxisome proliferator-activated receptor а gene variant influence progression of coronary atherosclerosis and risk of coronary artery disease / D.M. Flavell, Y. Jamshidi, E. Hawe, I.P. Torra, M.R. Taskinen, M.H. Frick, M.S. Nieminen, Y.A. Kesaniemi, A. Pasternack, B. Staels, G. Miller, S.E. Humphries, P.J. Talmud, M. Syvanne // Circulation. - 2002. -V.105. P. 1440-1445
8. Horowitz J.F. Effect of endurance training on lipid metabolism in women: apotencional role for PPARa in the metabolic response to training / J.F.Horowitz, T.C. Leone, W. Feng, D.P. Kelly, S. Klein // Am J Physiol Endocrinol. Metab. 2000. - V.279. - P.348-355.
9. Tan N.S. Multiple expression control mechanisms of peroxisomeproliferator-activated receptors and their target genes / N.S. Tan, L. Michalik, B. Desvergne, W. Wahli // J. Steroid Biochem. Mol. Biol. 2005. - V.93(2-5). - P.99-105.
10. Mahoney D.J. Analysis of global mRNA expression in human skeletalmuscle during recovery from endurance exercise / D.J. Mahoney, G. Parise, S. Melov, A. Safdar, M.A. Tarnopolsky // FASEB J. 2005. - V.19. - P.1498-1500.
11. McCarroll S.A. Common deletion polymorphisms in the human genome/ S.A. McCarroll, T.N. Hadnott, G.H. Perry, P.C. Sabeti, M.C. Zody, J.C.Barrett, S. Dallaire, S.B. Gabriel, C. Lee, M.J. Daly, D.M. Altshuler; International HapMap Consortium // Nature Genetics. 2006. - V.38. - P. 86-92.
Надійшла до редакції 21.02.2011 р. Козырев Андрей Витальевич [email protected]
