CC BY
94
ПЕДАГОГИКО-ПСИХОЛОГИЧЕСКИЕ И МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ
Электронный журнал Камской государственной академии физической культуры, спорта и туризма Рег. номер Эл № ФС77-42717 от 16 ноября 2010 г.
(Выпуск 18)
УДК 575.1:612.76:796.01
РОЛЬ ГЕНОВ NOS, UCP2 И UCP3 В ПРЕДРАСПОЛОЖЕННОСТИ К ЗАНЯТИЯМ АКАДЕМИЧЕСКОЙ ГРЕБЛЕЙ
А.В. Козырев - соискатель Николаевский национальный университет им. В. А. Сухомлинского
Николаев, Украина
THE ROLE OF GENES NOS, UCP2 AND UCP3 IN PREDISPOSITION TO
ROWING ENGAGEMENT
A.V. Kozyrev - an aspirant Mycolaiv National University named after V.A. Sukhomlinskiy
Mycolaiv, Ukraine
e-mail: andrei-1@,trion. mk. ua
слова: гены,
полиморфизм, NOS, UCP2, UCP3, спортивный отбор,
Ключевые
академическая гребля.
Аннотация. В статье исследованы ассоциации полиморфизмов генов NOS, UCP2 и UCP3 с предрасположенностью к занятиям академической греблей. Молекулярно-генетический анализ данного комплекса генов можно рекомендовать в качестве критерия при отборе в данный вид спорта.
Keywords: genes, polymorphisms, NOS, UCP2, UCP3, sports selection, rowing. Summary. Associations of NOS, UCP2 and UCP3 genes ' polymorphisms with predisposition to the rowing engagement were studied in the paper. Molecular genetic analysis of this genes ' complex can be recommended as a criterion for the selection for this sport.
Введение. В последние годы постепенно формируется новое направление, которое можно отнести к функциональной геномике, поскольку оно выявляет связи между активностью отдельных генов и различными функциями человека. Среди них важное место занимает выявление связи специфических генов с развитием двигательной функции человека
[3].
Наследственная обусловленность спортивной одарённости несомненна. В настоящее
1728074479001
время признано аксиомой, что высоких спортивных достижений может достичь лишь талантливый человек, который обладает определенным набором генетических предпосылок к данному виду деятельности [ 1].
Осуществление спортивного отбора на молекулярно-генетическом уровне даёт возможность специалистам-генетикам рекомендовать, каким видом спорта ребёнку предпочтительнее заниматься [1]. Спортивная генетика открывает неограниченные возможности по индивидуализации тренировочного процесса, повышению его эффективности и позволяет подбирать необходимые параметры физических нагрузок. В результате предотвращаются спортивный травматизм и другие специфические заболевания, вызываемые профессиональной деятельностью в спорте, значительно повышаются спортивные результаты.
Проблема отбора детей в спорт больших достижений, а именно в академическую греблю до настоящего времени остаётся открытым. Очень остро стоит вопрос о генетической предрасположенности к определенным видам спорта [1, 2].
В научной литературе есть публикации посвящённые исследованию ассоциации полиморфизмов генов NOS, UCP2 и UCP3 с предрасположенностью к занятиям видами спорта с преимущественным проявлением силы, выносливости и скорости, а, следовательно, и академической греблей. Но данный вопрос изучен в недостаточной степени и поэтому в данный момент остаётся открытым.
Цель исследования. Цель настоящего исследования заключалась в изучении ассоциации полиморфизмов генов NOS, UCP2 и UCP3 с предрасположенностью к занятиям академической греблей.
Академическая гребля - один из немногих видов спорта, который задействует в работу 95% мышц, и требует от спортсмена развития комплекса физических качеств (силы, выносливости и скорости).
При спортивном отборе особое внимание обращается на телосложение. Телосложение - это один из наиболее важных факторов, в значительной степени определяющих успех в академической гребле и гребного спорте вообще. Внушительные габариты - непременное условие набора в академическую греблю. С измерением тотальных размеров тела в сочетании с визуальной оценкой внешнего вида юного гребца проводится оценка его перспективности в специфической двигательной деятельности. Несоответствие показателей морфологического развития надлежащим характеристикам заставляет спортсменов этот недостаток компенсировать форсированием работы других систем организма. В условиях соревновательной деятельности, когда организм спортсмена находится в состоянии предельного напряжения всех функциональных систем, такая компенсация вызывает дополнительный расход энергии, что, в свою очередь, приводит к снижению его резервных возможностей. Чем в большей степени индивид отвечает спортивной модели работы и чем ниже у него уровень развития факторов, лимитирующих возможность достижения высоких результатов в гребле, тем выше надежность биологической системы и длительный период высокого спортивного долголетия [5].
NO - один из наиболее важных биологических медиаторов, вовлечённых в множество физиологических и патофизиологических процессов, как третичный посредник кальциевой мессенджерной системы [1]. В частности, NO участвует в реализации многих важных физиологических функций, таких, как: лабильность нейротрансмиссии, снижение агрегации тромбоцитов, реакции иммунной системы, регуляция тонуса гладких мышц (их расслабление), регулирование потребления глюкозы во время физических нагрузок, обеспечение сократительной функции миокарда, регуляция стресс-реакции, состояние памяти и др., а также некоторых патологических процессов [1]. NO является уникальным по своей природе и механизмам действия вторичным мессенджером в большинстве клеток организма. Главным источником синтеза NO в организме служит аминокислота L-аргинин. Преобразование аргинина в NO и цитруллин катализирует кальцийкальмодулинзависимый
фермент NO-синтаза [1, 4]. NO-синтетаза содержит цитохром Р-450, биоптерин, флавинадениндинуклеотид и образует из аминокислоты L-аргинина с участием О2 и никотинамидадениндинуклеотидфосфата 2 NO и цитруллин, а NO она активирует гуанилатциклазу [4]. Синтезировать и выделять N0 способно большинство клеток организма человека, однако главными производителями являются эндотелиальные клетки кровеносных сосудов, нейроны и макрофаги. Мышечная деятельность стимулирует продукцию NO [1]. Выделяют три основные изоформы NO-синтазы: нейрональную (или мозговую; nXOS; bNOS; NOS1), макрофагальную (или индуцибельную; iNOS; NOS2) и эндотелиальную (eNOS; NOS3) [1, 10]. Установлено, что нокаутированные по гену NOS3 (кодирует эндотелиальную синтазу) мыши показывают низкий уровень физической работоспособности по сравнению с дикими сородичами [1, 6]. В гене NOS3 человека (локализация: 7q36) обнаружено более 300 полиморфизмов, среди которых наибольший интерес в рамках генетики физической активности представляют: вариации Glu298Asp (E298D, или G894T, или rsl799983 G/T) в экзоне 7; микросателлитные повторы (СА)П в интроне 13 и 27-bp повторы в интроне 4 (4В/4А; 4В - 5 повторяющихся фрагментов 27 п.н., 4А - 4 повторяющихся фрагмента 27 bp). NOS3 298Asp-аллель ассоциирован с высоким уровнем сердечного выброса при выполнении физических нагрузок средней интенсивности [1]. Кроме того, у носителей Glu298-аллеля в большей степени снижается диастолическое АД в результате 20-недельных тренировок аэробной направленности [1, 7]. Таким образом NOS3 4А аллель является маркером выносливости [1].
Митохондриальные разобщающие белки (mitochondrial uncoupling proteins - UCP) или термогенины были открыты при изучении бурого жира млекопитающих. Бурая жировая ткань хорошо снабжается кровью, в ее клетках сравненительно высокое содержание митохондрий и цитохромов, а активность АТФ-синтетазы весьма незначительна, то есть происходит разъединение, окисления и фосфорилирования с участием термогенинов. Эта ткань активно окисляет как глюкозу, так и жирные кислоты. Норадреналин, который высвобождается из окончаний симпатических нервных волокон, стимулирует липолиз в бурой жировой ткани. При окислении образуется много тепла, и лишь незначительная часть свободной энергии запасается в виде АТФ. С позиций хемиосмотической теории следует, что протонный градиент, который существует в норме на внутренней мембране митохондрий, в бурой жировой ткани рассеивается. Эту функцию выполняют термогенины, осуществляющих перенос протонов через мембрану. Все известные разъединительные белки (UCP1, UCP2, UCP3 и UCP4) относятся к семейству митохондриальных переносчиков и являются белками внутренней мембраны органелл. Они вызывают разъединение, окисления и фосфорилирования в митохондриях скелетных мышц, миокарда и бурой жировой ткани, иными словами, при их функционировании происходит окисление субстрата дыхания, но фосфорилирования - синтез АТФ и АДФ - не происходит, а энергия выделяется в виде тепла [1] .
Ген митохондриального разобщающего белка 2 (uncoupling protein 2 - UCP2) является одним из представителей семейства разобщающих белков. Он участвует в термогенезе, регуляции обмена жиров и затраты энергии, защите от реактивных форм кислорода, а также влияет на секрецию инсулина и нейропротекцию. Ген локализован на 11 хромосоме (11q13). Экспрессия гена UCP2 отличается большей степени в сердце, лёгкой, белой и бурой жировой тканях, ß-клетках поджелудочной железы, и в меньшей - в скелетных мышцах, нервной ткани, почках и печени [1, 8]. Установлено, что экспрессия гена UCP2 увеличивается в скелетных мышцах человека в ответ на тренировку аэробной направленности. Наиболее изучен полиморфизм гена UCP2 - это вариация Ala 55Val (rs 660 339 C/T). UCP2 55Val-аллель ассоциируется с высокой метаболической эффективностью мышечной деятельности и физической активностью, а также с пониженным расходом энергии в покое, низкой утилизацией жирных кислот, риском развития сахарного диабета 2-го типа и ожирения [1].
Ген митохондриального разобщающего белка 3 (uncoupling protein 3 - UCP3), как и
ген UCP2 локализован на 11 хромосоме (11q13). Разобщающий белок 3 участвует в терморегуляции, транспорте жирных кислот, поддержании гомеостаза глюкозы и нейтрализации реактивных форм кислорода, вызывающих липид-индуцированный оксидативный стресс и повреждение митохондрий. Установлено, что экспрессия гена UCP3 в скелетных мышцах человека повышается в ответ на физические нагрузки аэробного характера [1, 7]. Обнаруженный у человека в промоторе гена UCP3 -55 С/Т-полиморфизм (rs1800849 С/Т) представляет наибольший интерес, поскольку функционально значимый и влияет на уровень экспрессии UCP3. Показано, что носительство более редкой UCP3 Т-аллеля связано с высокой активностью гена, пониженным индексом массы тела, сниженным уровнем жироотложения и повышенным уровнем липопротеидов высокой плотности[1, 10]. UCP3 Т-аллель рассматривается как маркер выносливости [1].
Задачи исследования. В задачи исследования входили анализ полиморфных вариантов генов NOS, UCP2 и UCP3 и определение уровня распределения частот аллелей этих генов у спортсменов-гребцов высокой квалификации.
Методы и организация исследования. В исследовании приняло участие 7 человек. На момент исследования 4 спортсмена являлись мастерами спорта международного класса и 3 -мастерами спорта. Возраст участников исследования составил от 19 до 25 лет. Биологический материал для молекулярно-генетического анализа был получен методом соскоба эпителиальных клеток ротовой полости с помощью одноразовых стерильных зонд-тампонов-тупферов. После гигиены полости рта испытуемому предлагалось зондом в течение 2 мин. протирать внутренние щёчные поверхности. Из полученного биологического материала выделялась ДНК, после чего проводился молекулярно-генетический анализ полиморфизмов генов.
При исследовании частоты аллелей и их комбинаций, применялся метод основанный на частоте встречаемости определённого генетического маркера.
Если частота определенного генетического маркера была в процентном соотношении значимо выше, то данный маркер можно было считать благоприятным для занятий академической греблей, а также развития и проявления у спортсменов силы, выносливости и скорости.
Результаты и их обсуждение. В результате проведения анализа генетических полиморфизмов были получены следующие результаты (табл. 1).
Таблица 1
Распределение частот генотипов по NOS, UCP2 и UCP3 среди гребцов-академистов
№ п/ п Ген Полиморфизм Спортсмены Превалирующий генотип
1 2 З 4 s б 7
1 NOS E298D G>T TT GT TT TT TT GG GG TT
2 UCP 2 A55V C>T TT CC TT CT CT CT CT CT
З UCP 3 -SS C>T CC CC CT CT CC CC CC CC
Примечание: превалирующий генотип выделен полужирным шрифтом
При анализе распределения частот аллелей по E298D 0>Т-полиморфизму в 7-м экзоне гена синтазы оксида азота (Nitric oxide synthases - NOS), превалирующим аллелем был определён аллель ТТ. Его частота составила 57%.
При анализе распределения частот аллелей по A55V С>Т-полиморфизму гена митохондриального разобщающего белка 2 (uncoupling protein 2 - UCP2), превалирующим аллелем был определён аллель СТ. В этой группе его частота, как и при генотипировании NOS, составила 57%.
Анализ распределения частот аллелей по -55 С>Т-полиморфизмом гена митохондриального разобщающего белка 3 (uncoupling protein 3 - UCP3), превалирующим аллелем обнаружил аллель СС. Его частота составила 71%.
Выводы. В результате исследования были определены комбинации аллелей генов NOS, UCP2 и UCP3 у спортсменов-гребцов высокой квалификации.
Результаты данного исследования близки данным по ассоциации полиморфизмов генов NOS, UCP2 и UCP3 с предрасположенностью к занятиям видами спорта с преимущественным проявлением силы, выносливости и скорости, а, следовательно, и академической греблей.
Методические рекомендации. Определённые в ходе исследования комбинации аллелей генов NOS, UCP2 и UCP3 могут быть рекомендованы в качестве диагностического комплекса генетических маркеров для оценки склонности к развитию и проявлению силы, выносливости и скорости. А при получении положительных результатов - проведения успешного отбора в данные виды спорта, в частности, в академическую греблю.
После проведения спортивного отбора, данный комплекс можно применять для осуществления индивидуализации тренировочного процесса и повышения его эффективности.
Литература
1. Ахметов, И.И. Молекулярная генетика спорта / И.И. Ахметов. - М. : Советский спорт, 2009. - С. 126-128, 144-146.
2. Дрюков, В.А. Индивидуализация подготовки спортсменов высокой квалификации по результатам проведения физиологического обследования в процессе этапного комплексного контроля / В.А. Дрюков, Ю.А. Павленко, А. А. Павлик // Наука в олимпийском спорте. - 2004. - № 1. - С. 130-135.
3. Рогозкин, В.А. Генетические маркеры физической работоспособности человека / В.А. Рогозкин, И.Б. Назаров, В.И. Казаков // Теория и практика физической культуры. 2000. - № 12. - С. 34-36.
4. Цебржинський, О.1. Бiохiмiя опорно-рухового апарату та бiохiмiя спорту (вибраш лекцп) / О.1. Цебржинський. - Полтава : АСМ1, 2005. - 54 с.
5. Шинкарук, О.А. Обгрунтування використання фiзiологiчних показниюв я критерпв вщбору спортсмешв у цимчних видах спорту / О.А. Шинкарук // Актуальш проблеми фiзичноl культури i спорту. 2004. - № 3. - С. 52-55.
6. Transcriptional basis for exercise limitation in male eNOS-knockout mice with age: heart failure and the fetal phenotype / C. Ojaimi, L.W. Kinugawa, H. Post, A. Csisar, P. Pacher, G. Kaley, T.H. Hintze // Am. J. Physiol. Heart. Circ. Physiol. - 2005. - V.289. - P.1399-1407.
7. Pilegaard, H. Exercise induces transient transcriptional activation of thePGC-1a gene in human skeletal muscle / H. Pilegaard, B. Saltin, P.D. Neufer // J Physiol. 2003. - V. 546. - P. 851, 858.
8. The Human Gene Map for Performance and Health-Related Fitness Phenotypes: The 2005 Update / T. Rankinen, M. Bray, J.M. Hagberg, L. Perusse, S.M. Roth, B. Wolfarth, C. Bouchard // Medicine & Science in Sports & Exercise. - 2006. - V. 38(11). - P. 1863-1888.
9. Saltin, B. Skeletal muscle adaptability; significance for metabolism and performance / B. Saltin, P.D. Gollnick // Baltimore : Williams and Wilkins, 1983. - P. 555-631.
10. Sakou, T. Bone morphogenetic proteins : from basic studies to clinical approaches / T. Sakou // Bone. -
1998. - V. 22(6) - P. 591-603.
11. Global Gene Expression in Skeletal Muscle from Well-Trained Strenght and Endurance Athletes / N.K. Stepto, V.G. Coffey, A.P. Ponnampalan, D.J. Canny, D. Powwel, J.A. Hawley // Med. Sci. Sports Exerc. - 2009. - V. 41. - P.546-565.
12. Taubes, G. Scientists are engaged on a frustrating search for genes to identify future Olympians / G. Taubes // Scientific American Presents. - 2000. - V. 11(3). - Р. 31-38.
13. Static and Dynamic Arm Flexion Torques : Genetic and Environmental Correlations / M. Van Leemputte, H. Maes, C. Blimkie, A. Claessens, G. Marchal, R. Vlietinck, G. Beunen // Medicine & Science in Sports & Exercise. -
1999. - V. 31(5). - P. 373-375.
14. Trappe, S. Single Muscle Fiber Gene Expression with Age and Resistance Exercise: 131: 4:25 PM - 4:55 PM / S.Trappe // Medicine & Science in Sports & Exercise. - 2008. - V. 40(5). - P. 42-43.
15. Structural basis for antagonist-mediated recruitment of nuclearco-repressors by PPARa / H.E. Xu, T.B. Stanley, V.G. Montana, M.H. Lambert, B.G. Shearer, J.E. Cobb, D.D. McKee, C.M. Galardi, K.D. Plunket, R.T. Nolte, D.J. Parks, J.T. Moore, S.A. Kliewer, T.M. Willson, J.B. Stimmel // Nature. - 2002. - V. 415. - P. 813-817.
Literature
1. Akhmetov, I.I. Molecular genetics of sport / I.I. Akhmetov. - Moscow : Soviet Sport, 2009. - P. 126-128,
144-146.
2. Dryukov, V.A. Individualization of training of highly skilled athletes on the results of physiological examination in landmark integrated control / V.A. Dryukov, Yu.A. Pavlenko, A.A. Pavlik // Science in the Olympic sport. - 2004. - No. 1. - P. 130-135.
3. Rogozkin, V.A. Genetic markers of human physical performance / V.A. Rogozkin, I.B. Nazarov, V.I. Kazakov // The Theory and Practice of Physical Culture. 2000. - No. 12. - P. 34-36.
4. Tsebrzhinskiy, O.I. Biochemistry of musculoskeletal system and biochemistry of Sport (selected lectures) / O.I. Tsebrzhinskiy. - Poltava: ASMI, 2005. - 54 p.
5. Shinkaruk, O.A. Justification of physiological parameters as criteria for the athletes' selection in cyclic sports / O.A. Shinkaruk // Actual problems of physical culture and sport. - 2004. - No. 3. - P. 52-55.
6. 6. Global Gene Expression in Skeletal Muscle from Well-Trained Strenght and Endurance Athletes / N.K. Stepto, V.G. Coffey, A.P. Ponnampalan, D.J. Canny, D. Powwel, J.A. Hawley // Med. Sci. Sports Exerc. - 2009. - V. 41. - P. 546-565.
7. Pilegaard, H. Exercise induces transient transcriptional activation of thePGC-1a gene in human skeletal muscle / H. Pilegaard, B. Saltin, P.D. Neufer // J Physiol. - 2003. - V. 546. - P. 851, 858.
8. Sakou, T. Bone morphogenetic proteins : from basic studies to clinical approaches / T. Sakou // Bone. -
1998. - V. 22(6) - P. 591-603.
9. Saltin, B. Skeletal muscle adaptability : significance for metabolism and performance / B. Saltin, P.D. Gollnick // Baltimore : Williams and Wilkins, 1983. - P. 555-631.
10. Static and Dynamic Arm Flexion Torques : Genetic and Environmental Correlations / M. Van Leemputte, H. Maes, C. Blimkie, A. Claessens, G. Marchal, R. Vlietinck, G. Beunen // Medicine & Science in Sports & Exercise. -
1999. - V. 31(5). - P. 373-375.
11. Structural basis for antagonist-mediated recruitment of nuclearco-repressors by PPARa / H.E. Xu, T.B. Stanley, V.G. Montana, M.H. Lambert, B.G. Shearer, J.E. Cobb, D.D. McKee, C.M. Galardi, K.D. Plunket, R.T. Nolte, D.J. Parks, J.T. Moore, S.A. Kliewer, T.M. Willson, J.B. Stimmel // Nature. - 2002. - V. 415. - P. 813-817.
12. Taubes, G. Scientists are engaged on a frustrating search for genes to identify future Olympians / G. Taubes // Scientific American Presents. - 2000. - V. 11(3). - P. 31-38.
13. The Human Gene Map for Performance and Health-Related Fitness Phenotypes : The 2005 Update / T. Rankinen, M. Bray, J.M. Hagberg, L. Perusse, S.M. Roth, B. Wolfarth, C. Bouchard // Medicine & Science in Sports & Exercise. - 2006. - V. 38(11). - P. 1863-1888.
14. Transcriptional basis for exercise limitation in male eNOS-knockout mice with age: heart failure and the fetal phenotype / C. Ojaimi, L.W. Kinugawa, H. Post, A. Csisar, P. Pacher, G. Kaley, T.H. Hintze // Am. J. Physiol. Heart. Circ. Physiol. - 2005. - V. 289. - P.1399-1407.
15. Trappe, S. Single Muscle Fiber Gene Expression with Age and Resistance Exercise: 131: 4:25 PM - 4:55 PM / S. Trappe // Medicine & Science in Sports & Exercise. - 2008. - V. 40(5). - P. 42-43.
Статья поступила в редакцию 25.02.2011 г.
