Реферат: Состояние и перспективы генетического тестирования в спорте. Генетический паспорт спортсмена становится реальным

Состояние и перспективы генетического тестирования в спорте. Генетический паспорт спортсмена становится реальным.

Глотов О. С., Глотов А.С., Баранов В. С.

НИИАГ им. Д.О. Отта СЗО РАМН, Санкт-Петербург, Менделеевская 3, тел. 8(812)328-98-09, факс: +7(812)328-04-87, e-mail: baranov@vb2475.spb.edu

Введение

Анализируя результаты крупных мировых соревнований и нелучшие для России итоги Олимпийских игр в Пекине в августе 2008 года, становится очевидным, что необходима модернизация медико-биологического обеспечения спортивной деятельности с использованием современных научных достижений на всех уровнях и во всех регионах РФ. В первую очередь, это касается молекулярно-генетических технологий, с которыми многие спортсмены, тренеры и организаторы спорта связывают дальнейший прогресс спортивных достижений и успехи спортивной науки.

Применение современных молекулярно-генетических методов позволяет выявить индивидуальные особенности организма человека. Поэтому генетическое тестирование на любом этапе спортивной подготовки может дать первичную информацию тренерам для более рационального подбора кадрового резерва и индивидуальных программ тренировки спортсменов. Немаловажное значение имеет и разработка индивидуального подхода к восстановлению формы спортсмена после соревнований и периода усиленных тренировок. Известно, что разные люди по-разному и с разной скоростью воспринимают тренировочные нагрузки. Кому-то свойственна быстрая адаптация, кто-то восстанавливается медленнее. Большинство из этих процессов, так или иначе, связано с индивидуальными генетическими особенностями организма.

Многочисленные исследования свидетельствуют об индивидуальных способностях человека к выполнению различиях физических упражнений, о наследственной предрасположенности к тем или иным видам спорта [Rankinen et al., 2006; Глотов А.С. и др., 2006; Глотов О.С. и др., 2008]. По мере углубления знаний о молекулярной структуре генома человека и расшифровке первичной ДНК последовательности стал возможным направленный поиск генетических маркеров предрасположенности к развитию и проявлению физических качеств. В настоящее время имеется информация почти о 150 различных генах, контролирующих физические способности человека, важных для правильного занятия фитнесом и для отбора потенциально перспективных спортсменов [Rankinen et al., 2006; Wolfarth et al., 2007].

Стремительный рост данных о генетических маркерах физических способностей человека закладывает основы принципиально новой системы медико-генетического обеспечения физической культуры и спорта – спортивной генетики, которая позволит поднять эту важную сферу жизнедеятельности человека на более высокий уровень. Именно спортивная генетика ускорит внедрение в практику достижения предиктивной и индивидуальной медицины, позволит активно планировать и своевременно корректировать тренировочной процесс [Глотов А.С. и др., 2006, Глотов О.С. и др., 2008].


^ 1. Общие представления о генетических маркерах, ассоциированных с физическими качествами человека

Первые попытки использовать генетические методы в спорте были предприняты в 1968 году на Олимпиаде в Мехико. В дальнейшем, в Монреале в 1976 году группа канадских ученых продолжила исследования в поисках генетических различий между участниками Олимпийских игр и людьми, не занимающимися спортом. В качестве генетических маркеров использовали легко определяемые устойчивые признаки организма, тесно связанные с генотипом и отражающие наследственные задатки отдельных индивидуумов [Розозкин и др., 2000]. Среди них выделяют следующие группы маркеров:

- комплекс морфологических признаков, включающий пропорции тела, форму скелетных мышц и их топологический состав, степень жироотложения;

- группы крови, включающие системы эритроцитарных антигенов – ^ АВО и лейкоцитарных антигенов – HLA;

- дерматоглифы – узоры на подушечках пальцев рук и ног;

- состав мышечных волокон и их распределение по трем типам в соответствии с метаболическим профилем;

- гормональный профиль и содержание гормонов в крови

Последние данные, полученные в ходе молекулярно-генетических исследований открыли новые возможности в разработке и применении диагностических комплексов, направленных на решение проблем медико-генетического отбора в спорте, а также на оптимизацию тренировочного процесса [Кочергина, Ахметов, 2006; Rankinen et al., 2006].

Как уже отмечалось, к 2005 году была получена информация почти о 150 различных генах, контролирующих физическое развитие человека [Wolfarth et al., 2007]. Подробный сравнительный анализ частот аллелей этих генов у разных групп спосртсменов позволил идентифицировать гены-кандидаты, ассоциированные с различными физическими качествами человека.

Так, среди полиморфных сайтов, имеющих отношение к физическим способностям человека и к спорту, уже сейчас можно выделить следующие: I/D полиморфизм гена ангиотензин-превращающего фермента (ACE) [Рогозкин и др., 2000; Nazarov et al., 2001], R577X полиморфизм гена альфа-актинина-3 (ACTN3) [Yang et al., 2003; Рогозкин и др., 2005], C34T полиморфизм гена АМФ-дезаминазы (AMPD1) [Рогозкин и др., 2005; Norman et al., 1998], полиморфные сайты альфа-рецептора, активируемого пролифераторами пероксисом (PPARA) и 1-альфа-коактиватора гамма-рецептора (PGC1A). Много работ посвящено исследованию гена рецептора витамина D (VDR), гена эндотелиальной синтазы оксида азота (NOS3) и гена миостатина (MSTN) [Глотов А.С. .и др., 2004, Рогозкин и др., 2005].

При этом выделяют аллели, ассоциированные с выносливостью (кардиореспираторной и/или мышечной), скоростно-силовыми качествами (быстроты, взрывной или абсолютной силы), а также с развитием гипертрофии скелетных мышц. Так, считается, что аллель I гена ACE и аддель G гена PPARA могут способствовать достижению высоких результатов в видах спорта на выносливость («аллели выносливости»), а аллели D и C тех же генов, как «аллели скорости и силы» [Рогозкин и др., 2005]. К ним следует добавить благоприятные в любом отношении (как скорости/силы, так и выносливости) аллели R гена ACTN3, Gly гена PGC1A и C гена AMPD1. Другие аллели этих же генов ассоциируются с пониженной физической работоспособностью [Рогозкин и др., 2005; Yang et al., 2003]. Имеются данные об ассоциации генов альфа-2-адренорецептора ADRA2A (аллель 6.7 kb) и гаплогруппы H митохондриальной ДНК (mtDNA H) с выносливостью, а гаплогрупп K и J2 митохондриальной ДНК (mtDNA K и J2) с ограниченной физической работоспособностью [Rankinen еt al., 2006].

Необходимо отметить, что после опубликования генетической карты физической активности в 2005 году спектр генов, ассоциированных с предрасположенностью к тому или иному виду спорта, существенно расширился [Ахметов и др., 2007; Rankinen еt al., 2006].

Перечень генов и их аллелей, ассоциированных с выносливостью и силой (скоростью) представлен в таблицах 1 и 2.

Таблица 1. Список генов-кандидатов и их аллелей, ассоциированных с проявлением выносливости у спортсменов [Rankinen еt al., 2006, с измен.].

№


Ген

Полиморфизм

Аллели

выносливости

1

ACE

I/D

I

2

ACTN3

R577X

X

3

ADRA2A

6.7/6.3 kb

6.7 kb

4

ADRB2

Arg16Gly

Arg

Gln27Glu

Gln

5

AMPD1

C34T

C

6

BDKRB2

+9/-9

-9

7

CNB

5I/5D

5I

8

FABP2

D4S1597

D4S1597

9

HIF1A

Pro582Ser

Pro

10

EPAS1

A/G интрон 1

G

C/T интрон 1

T

11

EPOR

(GGAA)n

185 bp

12

MB

А79G экзон 2

A

13

MYF6

C964T

T

14

NFATC4

Ala160Gly

Gly

15

NOS3

(CA)n

164 bp

Glu298Asp

Glu

5/4

5

16

PGC1A

Gly482Ser

Gly

17

PGC1B

Ala203Pro

Pro

18

PPARA

G/C интрон 7

G

19

PPARD

+294T/C

C

20

SLC9A9

D3S1569

D3S1569

21

TFAM

Ser12Thr

Thr

22

UCP1

D4S1597

D4S1597

23

UCP2

Ala55Val

Val

24

UCP3

-55C/T

T

25

VEGF

G-634C

C

C-2578A

C

26

Y-DNA


Гаплогруппы

E*, E3*, K*(xP)

Отсутствие E3b1

27

mtDNA


Гаплогруппы


L0

Отсутствие L2

Отсутствие T

H

Отсутствие K, J2


Таблица 2. Список генов-кандидатов и их аллелей, ассоциированных с предрасположенностью к быстроте реакции, силе и координационными способностями к спортсменов [Rankinen еt al., 2006, с измен.].

№


Ген

Полиморфизм

Аллели

Силы/скорости

1

ACE

I/D

D, быстрота, сила

2

ACTN3

R577X

R, быстрота, сила

3

AR

(CAG)n

22, быстрота, сила

4

AVPR1


Гаплогруппы в

промоторе

RS1, координация

RS3, координация

5

AMPD1

C34T

C, быстрота, сила

6

HIF1A

Pro582Ser

Ser, быстрота, сила

7

MYF6

C964T

C, быстрота, сила

8

NFATC4

Ala160Gly

Gly, быстрота, сила

9

PGC1A

Gly482Ser

Ser, быстрота, сила

10

PGC1B

Ala203Pro

Pro, быстрота, сила

11

PPARA

G/C интрон 7

C, быстрота, сила

12

PPARG

Pro12Ala

Ala, быстрота, сила

13

UCP2

Ala55Val

Ala, сила

14

SERT


VNTR (10/12)

12 rpt, координация

S/L промотор

S, координация


Идентифицированы так же аллели, ассоциированные с ограниченной физической активностью человека в результате снижения или повышения экспрессии соответствующих генов-кандидатов. Наличие таких аллелей коррелирует с прекращением роста спортивных результатов либо осложняется развитием патологических состояний, таких как гипертрофия миокарда левого желудочка (ГМЛЖ), сердечная недостаточность , аритмии, а в ряде случаев может быть причиной внезапной смерти.

Поиск полиморфных генов–кандидатов, ассоциированных с наследственной предрасположенностью к выполнению различных физических нагрузок, основан на знании молекулярных механизмов мышечной или любой другой деятельности и предположении о том, что полиморфизм гена-кандидата может влиять на уровень метаболических процессов [Рогозкин и др., 2005].

При исследовании ассоциаций используется несколько подходов: 1) сравнение частот генотипов и аллелей по определенному гену у спортсменов и в контрольной группе. Если частота одного из аллелей или генотипа значительно выше, например, в группе стайеров, по сравнению с контрольной группой или с группой спринтеров, данный аллель/генотип считается благоприятствующим проявлению выносливости (аллель/генотип выносливости); 2) корреляционный анализ между генотипами и уровнем физической подготовленности или соревновательной успешностью. В данном случае определяются генотипы, ассоциированные с наивысшими, средними и наименьшими показателями. В дополнение к этому сравнивают частоты генотипов и аллелей у спортсменов с наивысшими и наименьшими показателями; 3) корреляционный анализ между генотипами и приростом различных показателей в процессе длительных тренировок (исследование в динамике). При поиске генов-кандидатов, ассоциированных с физическими спобоностями человека, применяются стандартные методы генетического анализа, включая картирование локусов количественных признаков (Quantitative Trait Loci). В последнее время благодаря появлению метода общегеномного скрининга аллельных ассоциаций, появилась реальная возможность детального анализа особенностей геномного профиля однонуклеотидных замен (SNP) не только при различных хронических заболеваниях, но и у лиц, занимающихся тем или иным видом спорта. Такой подход, безусловно, окажется эффективным и для идентификации генов-кандидатов и генных локусов, ассоциированных с физическими особенностями человека, его наследственной предрасположенностью к спорту и фитнесу.

^ 2. Гены « мышечной силы»

Скелетные мышцы человека состоят из трех основных типов мышечных волокон, различающихся своими сократительными и метаболическими характеристиками [Ахметов и др., 2007].

^ I«Медленные» мышечные волокна (МВ) медленно сокращаются, медленно утомляются, преобладает анаэробный гликолиз.

IIa «Промежуточные» мышечные волокна (ПВ) - быстро сокращаются, медленно утомляются, смешанный аэробно-анаэробный гликолиз

IId/x «Быстрые» мышечныеволокна (БВ)-быстро сокращаются,быстро устают, преобладает аэробный гликолиз

Ключевым признаком, определяющим тип мышечного волокна, является молекулярная организация миозина. Миозин различных типов мышечных волокон существует в нескольких молекулярных изоформах и состоит из легких и тяжелых цепей. Тяжелые цепи миозина (ТЦМ) образуют толстые филаменты в саркомерах. ТЦМ мышечных волокон взрослого человека представлен тремя основными изоформами: ТЦМ I типа преобладает в МВ, кодируется геном MYH7, ТЦМ IIа типа присутствует в IIа волокнах, кодируется геном MYH2 и ТЦМ IIх типа преобладает в БВ, кодируется геном MYH1.

По составу мышечных волокон с большой долей вероятности можно определить предрасположенность к физической деятельности. Результаты биопсии скелетных мышц высококвалифицированных спортсменов свидетельствуют о преобладании МВ у стайеров, а БВ – у спринтеров/силовиков [Ахметов и др., 2007]. Следовательно, состав мышечных волокон является значимым маркером предрасположенности к проявлению локальной (мышечной) работоспособности.

Первым полиморфизмом, для которого была показана связь со структурой мышечных волокон, был I/D полиморфизм гена ACE. Установлено, что для лиц с генотипом I/I характерно более высокое относительное содержания медленных волокон (50,113,9%) и низкое содержание быстрых волокон (16,2+6,6%) по сравнению с таковым при наличии генотипа D/D (30,513,3% и 32,97,4%) [Ахметов и др., 2007]. Данный факт подтверждает роль I/D полиморфизма гена ACE в детерминации как локальной, так и общей физической работоспособности.

Важнейшими регуляторами мышечной силы являются гены транскрипционных факторов семейства PPAR и PPGC1A. Гены семейства PPAR – гены рецепторов активации пролиферации пероксисом кодируют белки PPARα, PPARγ и PPARδ, которые специфически связываются с промоторами генов жирового и углеводного обменов и регулируют их транскрипцию. Гены, кодирующие эти белки, обозначаемые как PPARA, PPARG и PPARD, соответственно, локализованы на разных хромосомах, но в целом имеют сходную молекулярную структуру [Desvergne and Wahli, 1999].

Ген PPARA локализован на хромосоме 22 (22q13.31), экспрессируется в тех тканях, где происходит усиленный обмен жиров: мышцы, печень, сердце и бурый жир. В мышцах ген PPARA экспрессируется в 7 раз сильнее, чем в жировой ткани [Russel et al., 2003].

Основная функция белка PPARα – регуляция обмена липидов, глюкозы и энергетического гомеостаза, а также веса тела посредством регуляции экспрессии генов, вовлеченных в пероксисомное и митохондриальное окисление. При физических нагрузках аэробного характера происходит увеличение утилизации жирных кислот (ЖК) за счет повышения экспрессии гена PPARA и каскада регулируемых им генов, что в итоге улучшает окислительную способность скелетных мышц [Russel et al., 2003]. Известно, что при низкой экспрессии гена PPARA, способность тканей к эффективному β-окислению ЖК падает, и метаболизм тканей переключается на гликолитический способ получения энергии. Напротив, сверхэкспрессия гена PPARA приводит к снижению утилизации глюкозы и к повышению окисления ЖК [Finck et al., 2005].

Среди изученных полиморфизмов PPARA можно выделить G/C полиморфизм 7-го интрона (rs4253778). Замена нуклеотида G на C в положении 2528 (7-ой интрон) ведет к снижению экспрессии гена PPARA, вследствие чего нарушается регуляция липидного и углеводного обменов. Установлено, что носители аллели C имеют высокий риск развития атеросклероза, сахарного диабета 2 типа и ишемической болезни сердца [Flavell et al., 2005]. Носители аллели G гена PPARA в большей степени предрасположены к видам спорта с преимущественным проявлением выносливости по сравнению с носителями аллели C. Исследования в области фитнеса показали, что наилучших результатов в снижении лишнего веса добивались индивиды с генотипом G/G (ген PPARA) по сравнению с носителями генотипа G/C. С другой стороны, носители генотипа G/C чаще, чем носители генотипа G/G, имели гиперстеническое телосложение и показывали более выраженные результаты в приросте силы при занятиях со штангой [Ахметов и др., 2007].

Ген PPARG, локализован в локусе 3p25. В результате альтернативного сплайсинга с этого гена образуется 4 транскрипта, отличающиеся по 5`концам с разным количеством нетранслируемых экзонов: PPARγ1, PPARγ2, PPARγ3 и PPARγ4 [Greene et al., 1995]. Функции этого транскрипционного фактора заключаются в регуляции генов, связанных с аккумуляцией жира (синтез триглицеридов), дифференцировкой адипоцитов и миобластов, чувствительностью к инсулину, активностью остеобластов и остеокластов (регуляция роста) [Semple et al., 2006].

Наиболее изученным полиморфизмом гена PPARG является Pro12Ala полиморфизм (rs1801282), вследствии которого происходит замена нуклеотида C на G в 34 положении экзона B, что приводит к замещению пролина на аланин в аминокислотном положении 12 изоформы PPARγ2. Частота аллели Ala варьирует от 1% у китайцев до 25% у европейцев [Stumvoll and Haring, 2002]. Наличие аллели Ala корелирует со снижением активности PPARγ2, следствием чего является подавление липолиза в адипоцитах и снижения уровня циркулирующих свободных ЖК [Boden, 1997]. Мета-анализ 30 разных исследований с общей выборкой 19136 человек показал, что носители аллели Ala имеют больший индекс массы тела, чем гомозиготы Pro/Pro [Masud et al., 2003], труднее теряют вес при переходе на гипокалорийную диету, но быстро набирают лишний вес после прекращения соблюдения диеты [Nicklas et al., 2001]. Показано, что наличие аллели Ala гена PPARG указывает на предрасположенность к скоростно-силовым видам спорта. Мышцы таких спортсменов в большей степени утилизируют глюкозу благодаря повышенной чувствительности к инсулину, который обладает анаболическим действием на скелетные мышцы.

Ген PPARD локализован в локусе 6p21.1- p21.2, активно экспрессируется в жировой ткани и в медленных мышечных волокнах скелетных мышц [Loviscach et al., 2000]. Продукт гена - белок PPARδ регулирует экспрессию генов, вовлеченных в окисление ЖК и обмен холестерина.

Генами-мишенями транскрипционного фактора PPARδ в мышечной ткани являются гены окислительного метаболизма, гены митохондриального дыхания и термогенеза, гены, определяющие функции медленных мышечных волокон (миоглобина, тропонина I медленного типа), гены транспорта и окисления ЖК в миокарде, в бурой и белой жировых тканях [Barish et al., 2006].

Среди аллельных вариантов гена ^ PPARD наибольший интерес представляет +294T/C полиморфизм нетранслируемой части 4-го экзона (rs2016520). Транскрипционная активность мутантного аллели C на 39% выше, чем у аллели T. Кроме того, замена нуклеотида T на C приводит к образованию нового сайта связывания с транскрипционными факторами (Sp-1), усиливающего экспрессию PPARD [Skogsberg et al., 2003]. Показано, что наличие аллели C гена PPARD способствует большему катаболизму жиров и в определенной степени снижает риск развития ожирения. Частота этого аллеля выше в группе стайеров по сравнению с контролем. При этом отмечено преобладание медленных мышечных волокон (МВ) в m. vastus lateralis у спортсменов с длительным спортивным стажем.

Ген PGC1A локализован в локусе 4p15.1, экспрессируется преимущественно в скелетных мышцах (МВ), миокарде, в буром жире, в почках [Finck and Kelly, 2006]. Его белковый продукт PGC-1α является транскрипционным коактиватором многих ядерных рецепторов: PPARα, PPARγ, PPARδ, митохондриального транскрипционного фактора (Tfam), рецептора тиреоидного гормона, ретиноидных рецепторов, глюкокортикоидного рецептора, α и β рецепторов эстрогена, ядерного фактора печени 4 (HNF-4), X рецептора печени (LXR), эстроген - зависимых рецепторов (ERR) и др. [Finck and Kelly, 2006].

Через соответствующие транскрипционные факторы PGC-1α влияет на активность процессов адаптивного термогенеза (1); образование митохондрий и усиления окислительных процессов (2), относительное содержание МВ (3), секрецию инсулина (4), глюконеогенез, липогенез и хондрогенез (5) [Finck and Kelly, 2006]. В свою очередь экспрессия гена PGC1A регулируется белками различных сигнальных путей, такими как CAMKIV, CREB, AMPK, p38 MAPK, кальциневрин A, MEF2, NRs, NRF-1, FOXO1, поддерживается собственным продуктом экспрессии (PGC-1α) и оксидом азота (NO) [Handschin et al., 2003].

В экспериментах показано, что ген PGC1A активируется сразу после рождения и участвует в переключении углеводного типа метаболизма на жировой [Lehman et al., 2000].

Среди многих вариаций в гене PGC1A, особый интерес представляет замена нуклеотида G на A в положении 1444 8-го экзона, которая приводит к замещению глицина на серин в положении 482 белка PGC-1α (Gly482Ser). Аллель 482Ser встречается с частотой 30-40%. Он ассоциирован со снижением уровня экспрессии гена PGC1A, уменьшением окислительных процессов и митохондриального биогенеза, с ожирением у мужчин, ведущих физически неактивный образ жизни [Ridderstrale et al., 2006]. Мета-анализ 3718 больных сахарным диабетом 2 типа выявил ассоциацию аллели Ser с повышенным риском этой патологии [Barroso et al., 2006].

Показано так же, что аллель Gly482 ассоциирован с увеличением числа МВ и чаще встречается в группе стайеров (длинные дистанции), а аллель Ser482– в группе спринтеров (короткие дистанции) [Lucia et al., 2005].

^ 3.Гены сердечно-сосудистой системы

Основные гены-кандидаты, участвующие в регуляции сердечно-сосудистой системы человека в связи с физической деятельностью представлены в таблице 3.

Главные направления этих исследований касаются генов ренин-ангиотензиновой системы [Nazarov et al., 2001, Montgomery et al., 1998]. Их белковые продукты участвуют в регуляции артериального давления и в поддержании водно-солевого баланса. Наиболее изученным генетическим маркером физической работоспособности является I/D полиморфизм гена ангиотензин-превращающего фермента (АСЕ), для которого выявлены ассоциации с физической нагрузкой. Так, среди бегунов на длинные дистанции и велосипедистов преобладает I/I генотип, тогда как у бегунов на короткие дистанции, штангистов и пловцов – D/D [Рогозкин и др., 2000].

Таблица 3. - Гены-кандидаты регуляции сердечно-сосудистой системы человека [Moran, 2006].

Ген

Наименование гена

Локализация

ACE

Ангиотензинпревращающий фермент

17q23

AGT

Ангиотензиноген

1q42-q43

AGT2R 1

Ангиотензин 2 рецептор 1

3q21-q25

NOS3

Синтаза окиси азота

7q36

PPARA

Альфа-рецептор, активируемый пролифераторами пероксисом

22q13.31

APOE

Аполипопротеин Е

19q13.2

BDKRB2

Брадикинин рецептор В2

14q32.1-q32.2

LPL

Липопротеинлипаза

8q22

GNB3

Гуанин нуклеотид связывающий белок (G-белок)

12q13


В качестве генов-кандидатов, предрасполагающих к повышенной физической работоспособности также рассматриваются гены ангиотензиногена (AGT), рецептора к ангиотензиногену II (AGT2R1) и эндотелиальной NO-синтазе (NOS3) [Iemitsu et al., 2000]. Гены AGT и AGT2R1 кодируют ангиотензиноген и рецептор к ангиотензину II, а продукт гена NOS3 - NO-синтаза является ключевым ферментом регуляции тонуса кровеносных сосудов, работы гладкомышечной мускулатуры сосудистой стенки и процессов тромбообразования [Alvarez et al., 2000]. Функционально близкий к ним и ген метилентетрагидрофолат редуктаза (MTHFR), регулирующий обмена гомоцистеина в клетке. Полиморфизм генов NOS3 и MTHFR ассоциирован с предрасположенностью к сердечно-сосудистым заболеваниям.

Ген ACE (ангиотензин-1 превращающий фермент - АПФ) картирован в локусе 17q23. Известно более 100 аллельных вариантов этого гена, из которых наиболее важным в отношении физической активности является I/D полиморфизм У лиц с D/D генотипом определяется максимальный уровень АПФ крови, с I/I генотипом уровень АПФ крови вдвое ниже, а у гетерозигот уровень фермента крови промежуточный [Williams, 2005].

Большое внимание уделяется изучению влияния мышечной деятельности на физиологические показатели организма в связи с различными аллельными вариантами АСЕ. Установлена высокая корреляция между увеличением массы левого желудочка сердца после тренировок на выносливость с повышенным уровнем АПФ в крови и генотипом D/D [Montgomery et al., 1998]. При силовой тренировке четырехглавой мышцы бедра (m. quadriceps) установлена ассоциация её силы с аллелем D гена АСЕ [Montgomery et al., 1998]. В дальнейшем эти данные были подтверждены при измерении изометрической и изокинетической силы этой мышцы у носителей генотипа D/D [Williams, 2005]. Наблюдаемый эффект, по-видимому, зависел от разного соотношения быстрых и медленных мышечных волокон. У лиц с генотпом D/D соотношение МВ и БВ IIb типа было примерно одинаковым, тогда как у I/I индивидуумов доминировали МВ [Williams, 2005].

Данные по распределению частот генотипов гена ACE у спортсменов разных видов спорта представлены в таблице 4. Генотип D/D преобладает (31%) у спортсменов, специализирующихся на скоростно-силовых видах спорта. Его частота снижается до 24% при видах спорта, требующих выносливости - 24% и у спортсменов смешанной группы – 17 % [Рогозкин и др., 2005]. Сделан вывод, что спортсмены с генотипом D/D гена ACE в большей степени предрасположены к развитию скоростно-силовых физических качеств, а лица с генотипрм I/I - к выполнению длительной физической работы.

Таблица 4. Распределение генотипов I/D гена ACE у спортсменов, специализирующихся в видах спорта, требующих разных физических качеств [Рогозкин и др., 2005].

Физические

качества

Количество

спортсменов

Генотипы

Частота аллеля I, (%)

I/I

n %

I/D

n %

D/D

n %

Выносливость

178

48 27*

87 49

43 24

51,5

Скорость-

сила

170

40 24*

77 45

53 31*

46,5*

Смешанные

80

34 43

32 40

14 17

63

*P < 0,05 (по сравнению с 3 группой)

Ген эндотелиальной NO-синтазы (NOS3) расположен в локусе 7q36, кодирует фермент - эндотелиальную NO-синтазу, который катализирует образование окиси азота (NO) из L-аргинина. Гены семейства NOS играют важную роль в регуляции тонуса кровеносных сосудов, в работе гладкомышечной мускулатуры сосудистой стенки и в процессах свертывания крови.

Основной полиморфизм гена ^ NOS3- минисателлитный повтор в интроне 4 (NOS34b/4a), состоящий из 4 (4a) или 5 (4b) тандемных повторов размером 27 пар нуклеотидов. Аллель 5 встречается значительно чаще, чем аллель 4. Прослеживается четкая связь между уровнем продукции NO, выраженностью окислительного стресса и


синтезом NO под влиянием мышечной активности. Вместе с тем, частота генотипа 5/5 и аллеля 5 у спортсменов существенно выше, чем частота аллеля 4 [Астротенкова и др., 2006].

Комплексный анализ генов сердечно-сосудистой системы (^ ACE, AGT, AGT2R1, NOS3, MTHFR) проведен нами у 56 спортсменов-гребцов сборной команды Санкт-Петербурга. В качестве контроля использованы образцы ДНК 59 здоровых не родственных индивидуумов мужского пола в возрасте 18 – 45 лет, проживающих в Северо-Западном регионе России. В результате проведенных исследований не выявлено достоверных отличий частот генотипов или аллелей изученных генов у спортсменов- гребцов по сравнению с контрольной группой [Глотов А.С., и др. 2004; Глотов А.С. и др., 2006]. Эти наблюдения доказывают, что, скорее всего, гены, ассоциированные с сердечно-сосудистыми заболеваниями, не являются маркерами физической работоспособности в таком виде спорта, как гребля, которая требует от спортсмена сочетания скоростно-силовых качеств и выносливости (смешанная группа.).

^ 4.Гены метаболизма костной ткани

Белковые продукты генов метаболизма костной ткани играют важную роль при формировании определенного физиологического статуса человека.

У гребцов отмечено увеличение частоты генотипов s/s по гену Col1a1 и t/t по гену VDR, ассоциированных с низкой минеральной плотностью костной ткани, (4% и 0% для Col1a1 и 20% и 11% для VDR), снижение частоты генотипа Т/С (защищающего от снижения минеральной плотности) гена CALCR (18% и 34% соответственно). Однако, статистически значимых различий по частотам генотипов и аллелей данных генов между группой гребцов и популяционной выборкой нами обнаружено не было [Глотов А.С. и др., 2006].


5. Гены системы свертывания крови и фибринолиза

В профессиональном спорте, требующем большого, не редко экстремального физического напряжения, важное значение имеет профилактика социально значимых заболеваний, в первую очередь, сердечно-сосудистых и, в частности, нарушений системы свертывания крови.

На 117 сессии Всемирной организации здравоохранения от 8 декабря 2005 года (EB117/28) были утверждены рекомендации по проведению тестирования мутации в гене F5 (FV) – Leiden (1691G>A (Arg506Gln), измененный продукт которого является одним из ключевых звеньев патогенеза венозного тромбоза, последствия которого могут привести к летальному исходу ( например, к внезапной смерти от тромбоэмболии).

Будучи в гетерозиготном состоянии Лейденская мутация сопряжена с 3-7 кратным увеличением риска тромбообразования, у гомозигот этот риск повышен в 80-100 раз [Khan et al., 2006; Зайнулина и др., 2005]. Риск тромбообразования у носителей Лейденовской мутации может возрастать при наличии ряда провоцирующих факторов, таких как хирургические вмешательства, длительная иммобилизация, травмы, у женщин - в результате приема оральных контрацептивов или гормональная терапия. Выявлены популяционные различия в частоте встречаемости мутации фактора 5 Лейден. В Европе ее частота колеблется от 5% до 8%, причем мутация чаще встречается среди жителей Северной Европы, тогда как у жителей Средиземноморья она обнаруживается несколько реже. В популяциях коренных жителей Азии, Африки, Австралии и Америки она практически не встречается [Khan et al., 2006; Капустин, 2007].

Стоит отметить, что и без того высокий риск тромбозов, обусловленный мутацией Лейден, значительно возрастает при наличии дополнительных генетических дефектов, приводящих к повышенному тромбообразованию. Так, например, присутствие сразу двух мутаций (фактор 5 Лейден и протромбин 20210G>A) увеличивает риск тромбоза в несколько раз по сравнению с носителями изолированных мутаций. Риск тромбоза также значительно увеличивается при наличии одновременно мутации фактора 5 Лейден и полиморфизма ^ MTHFR 677С>Т [Khan et al., 2006]. Поэтому для раннего выявления патологии, своевременной профилактики и решения вопросов, связанных занятиями профессиональным спортом необходима информация об индивидуальных особенностях свертывающей системы крови. С этой целью проводится анализ мутаций в генах F1 (FGB), F2 (FII), F7 (FVII), ITGB3 (GPIIIa), ITGA2 (GPIa), PAI1, MTHFR, которые могут приводить к повышенному тромбообразованию [Баранов В.С., Хавинсон В.Х., 2001]. Их тестирование позволяет прогнозировать и предупреждать развития таких заболеваний как, внезапная коронарная смерть, инсульт, тромбоэмболии, ишемическая болезнь сердца, тромбозы нижних конечностей.

В случае выявления генетических нарушений рекомендуется индивидуальный подход к занятиям спортом после дополнительного обследования (биохимия, иммунология, инструментальный анализ и т.п.). В качестве профилактических мер рекомендуется обращение к врачу кардиологу и гематологу, проведение развернутой коагулограммы с прицельным анализом АЧТВ (активированное частичное тромбопластиновое время), фибриногена, протромбина, агрегации тромбоцитов, тромбинового времени , ЭКГ-мониторирование, ЭХО-кардиография. Не исключены специальные диеты и поддерживающая фармакотерапия. Соблюдение данных рекомендаций позволяет существенно снизить риск развития приведенных выше заболеваний и улучшить качество жизни спортсмена.

^ 6.Другие гены

Ген α-актина-3 (ACTN3) – первый ген структурного белка скелетных мышц α-актинина-3, для которого показана связь с проявлением физических качеств спортсменов, а генотип по ACTN3 – один из факторов, влияющих на нормальное функционирование мышц. Продукт гена ACTN3 отвечает за синтез α-актина-3, являющегося основным компонентом Z-линий мышечных саркомеров, который определяет развитие быстрых мышечных волокон II типа. Ген ACTN3 - находится в длинном плече 11 хромосомы (11q13-q14), состоит из 20 экзонов и 19 интронов.

Значительное число людей (6% в Африке, 19% в Европе и до 25% в Азии) гомозиготны по Х аллелю полиморфизма R577X этого гена [North, 1999]. Вследствие замены в 16м экзоне возникает стоп-кодон, блокирующий процесс трансляции иРНК, что ведет к дефициту α- актинина-3 . Вследствие мутации α-актина-3 заменяется на α-актина-2, что приводит к снижению скоростно-силовых показателей физической работоспособности человека [Yang, 2003].

Низкая частота 577ХХ генотипа среди спортсменов по сравнению с контролем указывает на то, что в процессе спортивного отбора произошло отсеивание спортсменов, чьи мышечные клетки не содержали этот миофибриллярный белок. Среди квалифицированных и высококвалифицированных спортсменов обнаружено достоверное снижение процента генотипа Х/Х в группе скоростно-силовых видов спорта, и у спортсменок, занимающихся видами спорта, требующими выносливости [Дружевская и др., 2006].

Ген CNB контролирует синтез белка, входящего в состав регуляторной субъединицы Са2+ -модулинфосфотазы, являющейся одним из основных регуляторов концентрации ионов Са. В результате делеции 5 нуклеотидов (5D-аллель), отмечается снижение связывания кальценейрина с Са2+ -модулинфосфотазой вследствие чего происходит активация транскрипции генов приводящих к развитию различных форм гипертрофии левого желудочка сердца, что с физиологической точки зрения является адаптационным процессом при повышенных физических нагрузках.

Ген AMPD1 локализован в локусе 1р13.1., контролирует синтез специфической скелетно-мышечной аденозинмонофосфатдезаминаза (АМФ-дезаминаза М-изоформа), которая, повышая эффективность синтеза АТФ, играет ключевую роль в регуляции энергетических процессов в скелетной мускулатуре. Во время интенсивных физических упражнений содержание АТФ падает и накапливается АМФ. Реакция, катализируемая АМФ-дезаминазой, смещает равновесие миокиназной реакции в сторону образования АТФ за счет АМФ. Таким образом, обеспечивается ресинтез АТФ при мышечном утомлении. 95% AMPD-M сконцентрировано в быстрых мышечных волокнах II типа (БВ).

Причиной недостатка АМФ-дезаминазы является замена цитозина на тимин в 34 нуклеотиде кодирующей последовательности (С34T), в результате чего глютаминовый кодон превращается в стоп-кодон. У гомозигот по аллелю С активность АМФ-дезаминазы составляет 1% от таковой у гомозигот Т/Т [Norman, 1998]. Установлено, что в 2 % всех биопсий скелетных мышц активность АМФ-дезаминазы резко снижена или фермент вообще не определяется. Индивидуумы, имеющие пониженную активность фермента, испытывают слабость, быструю утомляемость или мышечные судороги даже после средней по интенсивности физической нагрузки.

Для выявления связи между полиморфизмом гена АМPD1 и специализацией спортсменов были протестированы представители 15 олимпийских видов спорта. Из 207 обследованных спортсменов 155 человек оказались гомозиготами С/С, 50 - гетерозиготами С/Т и только 2 человека имели мутантный генотип - Т/Т. При этом все спортсмены, занимающиеся горными лыжами и фристайлом, были гомозиготами С/С. Среди биатлонистов носителей генотипа С/С было 95%, у борцов вольного и греко-римского стиля – 85% и 88%, соответственно [Федотовская, 2006].

^ Ген AR – (рецептор андрогена) локализован на длинном плече Х-хромосомы в локусе Xq11-12, относится к семейству ядерных рецепторов и является транскрипционным фактором, функция которого заключается в регуляции генов многих тканей, в том числе и мышечной. В первом экзоне гена AR. имеются (CAG)n повторы, кодирующие полиглутаминовый участок. В среднем число CAG–повторов находится в пределах от 17 до 26, что определяет полиморфизм этого гена.

При анализе ассоциации полиморфизма CAG–повторов гена AR с массой тела и уровнем тестостерона в сыворотке крови у 406 мужчин и 90 женщин выявилось, что индивидуумы, имеющие более 22 повторов группы имели в среднем более высокие показатели безжировой массы тела и уровня тестостерона. Такая закономерность была характерна только дл