Document 2361641

Педагогико-психологические и медико-биологические проблемы физической культуры и спорта, №1(18) 2011
ISSN 2070 4798
П
ПЕ
ЕД
ДА
АГ
ГО
ОГ
ГИ
ИК
КО
О--П
ПС
СИ
ИХ
ХО
ОЛ
ЛО
ОГ
ГИ
ИЧ
ЧЕ
ЕС
СК
КИ
ИЕ
ЕИ
И
М
МЕ
ЕД
ДИ
ИК
КО
О--Б
БИ
ИО
ОЛ
ЛО
ОГ
ГИ
ИЧ
ЧЕ
ЕС
СК
КИ
ИЕ
ЕП
ПР
РО
ОБ
БЛ
ЛЕ
ЕМ
МЫ
Ы
Ф
ФИ
ИЗ
ЗИ
ИЧ
ЧЕ
ЕС
СК
КО
ОЙ
ЙК
КУ
УЛ
ЛЬ
ЬТ
ТУ
УР
РЫ
ЫИ
ИС
СП
ПО
ОР
РТ
ТА
А
Электронный журнал
Камской государственной академии физической культуры, спорта и туризма
Рег. номер Эл № ФС77-42717 от 16 ноября 2010 г.
№1 (2011)
(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
Ключевые слова: гены, полиморфизм, NOS, UCP2, UCP3, спортивный отбор,
академическая гребля.
Аннотация. В статье исследованы ассоциации полиморфизмов генов NOS, UCP2 и
UCP3 с предрасположенностью к занятиям академической греблей. Молекулярногенетический 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
1
Педагогико-психологические и медико-биологические проблемы физической культуры и спорта, №1(18) 2011
ISSN 2070 4798
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
2
Педагогико-психологические и медико-биологические проблемы физической культуры и спорта, №1(18) 2011
ISSN 2070 4798
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 NО 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)n 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, β-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 55Valаллель 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
3
Педагогико-психологические и медико-биологические проблемы физической культуры и спорта, №1(18) 2011
ISSN 2070 4798
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 Таллеля 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
№ Ген Полиморфизм
Спортсмены
Превалирующий
п/
генотип
1
2
3
4
5
6
7
п
1 NOS
E298D G>T
TT GT TT TT TT GG GG
TT
2 UCP
A55V C>T
TT CC TT CT CT СT СT
СT
2
3 UCP
-55 C>T
CC CC CT CT CC CC CC
CC
3
Примечание: превалирующий генотип выделен полужирным шрифтом
При анализе распределения частот аллелей по E298D G>T-полиморфизму в 7-м
экзоне гена синтазы оксида азота (Nitric oxide synthases – NOS), превалирующим аллелем
был определён аллель TT. Его частота составила 57%.
При анализе распределения частот аллелей по A55V C>T-полиморфизму гена
митохондриального разобщающего белка 2 (uncoupling protein 2 – UCP2), превалирующим
аллелем был определён аллель СT. В этой группе его частота, как и при генотипировании
NOS, составила 57%.
Анализ распределения частот аллелей по -55 C>T-полиморфизмом гена
митохондриального разобщающего белка 3 (uncoupling protein 3 – UCP3), превалирующим
аллелем обнаружил аллель CC. Его частота составила 71%.
4
Педагогико-психологические и медико-биологические проблемы физической культуры и спорта, №1(18) 2011
ISSN 2070 4798
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.І. Біохімія опорно-рухового апарату та біохімія спорту (вибрані лекції) / О.І.
Цебржинський. – Полтава : АСМІ, 2005. – 54 с.
5. Шинкарук, О.А. Обґрунтування використання фізіологічних показників я критеріїв відбору
спортсменів у циклічних видах спорту / О.А. Шинкарук // Актуальні проблеми фізичної культури і 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-1α 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 PPARα / 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.
1.
144-146.
Literature
Akhmetov, I.I. Molecular genetics of sport / I.I. Akhmetov. – Moscow : Soviet Sport, 2009. – P. 126-128,
5
Педагогико-психологические и медико-биологические проблемы физической культуры и спорта, №1(18) 2011
ISSN 2070 4798
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.І. Biochemistry of musculoskeletal system and biochemistry of Sport (selected lectures)
/ O.І. Tsebrzhinskiy. - Poltava: ASMІ, 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-1α 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 PPARα / 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). – Р. 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.
6