Полетаева Инга Игорьевна - Институт биологии развития им. Н

На правах рукописи
Леконцев Евгений Витальевич
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ОБУСЛОВЛЕННОСТЬ НЕКОТОРЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
ФИЗИЧЕСКИХ СПОСОБНОСТЕЙ ЧЕЛОВЕКА
03.00.15 – генетика
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
МОСКВА– 2007
Работа выполнена на кафедре генетики Башкирского государственного
педагогического университета им. М. Акмуллы
Научный руководитель:
доктор биологических наук, профессор
Горбунова Валентина Юрьевна
Официальные оппоненты:
доктор биологических наук, профессор
Митрофанов Владимир Григорьевич
доктор биологических наук
Полетаева Инга Игорьевна
Ведущая организация: Казанский государственный университет
Защита состоится «11» апреля
2007 г. в 14 ч. на заседании
Диссертационного совета Д 002.238.01 при Институте биологии развития им.
Н.К. Кольцова РАН по адресу: 119334, г. Москва, ул. Вавилова, д. 26.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института биологии
развития им. Н.К. Кольцова РАН.
Факс – (495) 135-80-12
E-mail – volina46@bk.ru
Автореферат разослан « 9 » апреля 2007 г.
Ученый секретарь Диссертационного совета Д 002.238.01
к.б.н.
Волина Е.В.
2
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы
Одним из интенсивно развивающихся направлений современной генетики
является
разработка
молекулярно-генетических
подходов,
позволяющих
определить предрасположенность человека к различным видам деятельности.
Так, в частности, в
последние годы проводится поиск молекулярно-
генетические маркеров, определяющих способность человека к выполнению
высоких спортивных нагрузок (Montgomery, 2000; Рогозкин, 2004), что
определяется необходимостью обоснования системы отбора людей для занятия
спортом и коррекции тренировочного процесса.
Этот подход является наиболее перспективным, поскольку позволяет
определить генетическую предрасположенность к выполнению больших
физических нагрузок и осуществить целенаправленный дифференцированный
отбор детей для занятия спортом на самых ранних этапах их спортивной
деятельности.
Следует отметить, что в 2000 году была создана генетическая карта
человека, в которую внесены гены, которые хотя бы в одном исследовании
выявили ассоциации с физическими показателями и / или влияли на здоровье
человека (Rankinen, Bray et al, 2006).
В ранней версии 2000 года карта включала 29 генов. Версия 2005 года, 6-ая дополненная, включает 165 аутосомных генов, 5 - расположенных на Х
хромосоме, а также 17 митохондриальных генов.
На сегодняшний день работы подобного рода ведутся только в пяти странах:
США,
Великобритании,
Австралии,
России
(Научно-исследовательский
институт физической культуры – под руководством д.б.н., профессора
Рогозкина В.А.; лаборатория молекулярно-генетических исследований кафедры
3
генетики при Башкирском государственном педагогическом университете – под
руководством д.б.н., профессора Горбуновой В.Ю.) и Казахстане. На сайте
www.genoterra.ru - реестра ведущих научных учреждений, лаборатория
молекулярно-генетических исследований кафедры генетики БГПУ включена в
список групп, занимающихся поиском генетических маркеров, определяющих
предрасположенность людей к спортивной деятельности.
Цель
исследования:
поиск
молекулярно-генетических
маркеров,
обуславливающих физические способности человека
В соответствии с целью исследования были поставлены следующие
задачи:
1. Собрать банк ДНК спортивной элиты.
2. Осуществить тестирование физических способностей
испытуемых по
показателям:
- общей физической работоспособности (ОФР);
- максимального потребления кислорода (МПК).
3. Изучить наследуемость данных показателей близнецовым методом.
4. Провести сравнительные исследования встречаемости аллелей и генотипов в
контроле и в группе спортсменов по генам:
-
определяющим
работу
сердечно-сосудистой
системы:
ангиотензин-
конвертирующего фермента (ACE), химазы (CMA 1/B), аполипопротеина Е
(ApoE);
- характеризующим состояние нейромедиаторной системы: переносчика
серотонина (SLC6A4); рецептора серотонина (5HT2A); переносчика дофамина
(SLC6A3); рецептора дофамина (DRD3);
- рецептора витамина D (VDR).
5. Провести анализ ассоциации изученных генов с показателями физической
работоспособности.
Научная новизна исследования
4
Разработаны критерии выбора новых генов-кандидатов, определяющих
физические способности человека
Создана коллекция ДНК спортивной элиты (кандидатов в мастера и
мастеров спорта) и в этой группе проведено исследование распределения
полиморфных аллелей гена химазы (CMA 1/B), определяющей работу сердечнососудистой
системы.
исследование
Впервые
группы
осуществлено
спортсменов
по
молекулярно-генетическое
встречаемости
ДНК-локусов,
определяющих работу серотонин- и дофаминергических нейромедиаторных
систем (SLC6A4, НТR2А, SLC6A3, DRD3). Рассчитаны частоты аллелей и
генотипов вышеперечисленных генов и проведен анализ ассоциаций частот
аллелей и генотипов гена химазы, генов нейромедиаторной системы с
показателями физических способностей человека.
Практическая значимость
Определены
способности
новые
человека
гены-кандидаты,
и
дифференцированный
позволяющие
отбор
по
обуславливающие
осуществлять
видам
физические
целенаправленный
физической
нагрузки
и
предрасположенности к занятиям определенными видами спорта. Результаты
исследования используются в системе организации профильного обучения в
школах Орджонекидзевского района г. Уфы (Башкортостан) с целью
дифференциации учащихся в соответствии с их возможностями переносить
большие физические нагрузки, а также при чтении курса лекций и спецкурсов в
Башгоспедуниверситете
на
специальностях
«физическая
культура»
и
«генетика».
Положения, выносимые на защиту
1. Признаки «максимальное потребление кислорода» и «общая физическая
работоспособность» имеют высокую генетическую детерминацию (ОФР,
Н=0,82 и МПК, Н=0,72), а наследуемость рисунка папиллярных линий низка (от
0,04 до 0,11).
5
2. Гаплотип SLC6A4*L/*S – ACE*D/*D приводит к снижению физической
работоспособности.
3. Сочетания генотипов CMA*A/*A – ACE*D/*D достоверно ниже встречается
среди спортсменов.
4. Аллель G гена химазы (СМА1/В) достоверно чаще встречается у лиц,
занимающихся спортом.
5. Сочетание генотипов CMA*G/*G - ACE*I/*I достоверно указывает на то,
что их обладатели могут выдерживать высокие физические нагрузки.
6. Комплементация полиморфных участков гена-переносчика серотонина
(SLC6A4), находящихся: в промоторе (*L/*L) и 2 интроне (*10/*10),
определяют способность к выполнению повышенной физической работы.
Апробация результатов диссертации
Материалы
диссертационной
работы
были
представлены
на
Международной конференции, посвященной 115-летию со дня рождения
Н.И.Вавилова «Вавилов и современная генетика» (Уфа, 2004); на 5-ом съезде
Российского
общества
медицинских
генетиков
(Уфа,
2005);
Девятой
всероссийской медико-биологической конференции молодых исследователей
«Человек и его здоровье» (Санкт-Петербург, 22 апреля 2006); European Human
Genetics Conference «European Meeting on Psychosocial Aspects of Genetics» (6-9
May 2006, Amsterdam, Netherlands); Human Genome Meeting (May 31-June 3,
2006, Helsinki, Finland); Международной конференции «Генетика в России и
мире», посвященной 40-летию Института общей генетики имени Н.И. Вавилова
РАН (28 июня-2 июля 2006, Москва), а также на семинаре лаборатории
генетики животных Биофака МГУ.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 статей, из них –
2 в изданиях, рекомендованных ВАК и 6 тезисов в трудах Международных и
6
Российских конференций.
Объем и структура диссертации. Работа изложена на 130 страницах
машинописного текста. Состоит из введения, обзора литературы, описания
материалов
и
методов
исследования,
результатов
исследования
и
их
обсуждения, заключения, практических рекомендаций, выводов и списка
литературы. Текст диссертации содержит 25 рисунка и 24 таблицы. Список
литературы включает 158 источников отечественных и иностранных авторов.
Связь работы с крупными научными программами. За время
выполнения работы получены следующие гранты:
Министерства образования РФ: Тематический план на 2005/06 и 2006/07 уч. гг.
«Молекулярно-генетические исследования интеллектуального, физического и
психического здоровья человека».
Федеральной программы развития образования на 2004 год: по направлению
«1.7: «Развитие профессионального образования в области высоких технологий
и инновационной деятельности в образовательной сфере» в разделе 1.7.3
«Развитие учебно-лабораторной базы научно-педагогических коллективов,
обеспечивающих эффективную подготовку кадров высшей квалификации в
области высоких технологий».
Стипендия президента Республики Башкортостан в 2005/06 уч. году.
Гранты БГПУ: по направлению 05.06 «Наука и инновации – обществу
(внедрение
инновационных
проектов,
результатов
НИР
в
практику)».
«Молекулярная, педагогическая генетика и психогенетика – возможности и
перспективы их использования в образовательном процессе».
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Материалы и методы исследования
7
В работе использованы образцы ДНК 100 спортсменов (1 разряд, КМС и
МС) ввозрасте 17-25 лет, проживающих в Республике Башкортостан. Группа
сравнения была составлена из здоровых индивидов соответствующего возраста
и пола, не являющихся спортсменами (100 человек). Забор крови для выделения
ДНК производили после медицинского осмотра с письменного согласия
испытуемых. Биологический материал для исследования собран также в ходе
экспедиционных выездов в 2003-2004 гг.
Методы исследования
ДНК была выделена из периферической крови методом фенольнохлороформной экстракции (Mathew et al., 1984). Анализ полиморфных ДНКлокусов ACE, CMA1/B, ApoE, VDR, SLC6A4, HTR2A, SLC6A3, DRD3 (табл. 1)
осуществляли методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) синтеза ДНК с
помощью соответствующих праймеров.
Для определения нуклеотидных замен в генах CMA 1/B, ApoE, HTR2A,
DRD3 и VDR использовали метод ПДРФ-анализа, ПЦР-продукты расщепляли
соответствующими рестриктазами: BstXI, Hhal, MspI, BalI и Fok I. Продукты
амплификации анализировались электрофоретически после окрашивания гелей
бромистым этидием с последующей визуализацией ДНК в УФ-свете.
Тип пальцевых узоров определялся по классификации, предложенной
Гальтоном (Гладкова, 1966), которая включает три основных типа узора:
завиток (whorl), петлю (loop) и дугу (arch). Суммарный гребневой счет (СГС)
определялся, как сумма гребневого счета правой и левой руки (Никитина, 1999).
Гребневой счет руки, составлял сумму гребневого счета (ГС) на отдельных
пальцах. От дельты до центра узора проводится прямая линия и подсчитывается
количество гребешков, отрезков гребешков и точек, которые касаются или
пересекают эту линию. В подсчет не входят ни трирадиус, ни конечный гребень,
образующий центр узора (Гладкова, 1966).
8
Таблица 1
Характеристика полиморфных локусов генов
Ген
ACE
(ангиотензинконвертируемый
фермент)
CMA 1/B
(химаза)
ApoE
(аполиопротеин
Е)
Локализация
Полиморфизм
17q23
I / D - 287 п.н. Alu, 16
интрон (Lee Y., 2002 )
14q11.2
A / G - транзиция A-G
(положение 1903)
(Kirchgessner T. et al., 1989 )
19q13.2
Е2 / Е3 / Е4
Точковые замены цистеина /
аргинина в 112-158
положении, (Hixson I., 1990)
5-HTTNVTR (12, 10 и 9
единиц повтора - 22 п.н.),
интрон 2 (Ogilvie et al.,
1996)
5-HTTLPR, I / D 44 п.н в
промотор того же гена
(Helias A. et al., 1999)
MspI полиморфизм
(точковая мутация по типу
транзиции A1438G),
промотор
(Nacamura T. et. al., 1999)
VNTR (3-11 копий размером
40 п.н.),
3'-нетранслируемая область
(Vanderberg et al., 1992)
SLC6A4
(переносчик
серотонина)
17q11.1-12
SLC6A4
(переносчик
серотонина)
5HT2A
(рецептор
серотонина)
17q11.1-12
SLC6A3
(переносчик
дофамина)
5p15.3
DRD3
(рецептор
дофамина)
3q13-23
VDR
(рецептор
витамина D)
12q12-14
13q14-21
Физиологические
характеристики
Аллель I (инсерция) –
понижение
образования
ангиотензина
II
в
эндотелии сосудов
Аллель G – уменьшение
образования ангиотензина
II в сердечной мышце
Вариабельность
концентрации белка
липидов.
и
Кол-во повторов влияет на
транскрипцию гена
*L
–
повышает
концентрацию
переносчика серотонина
*А
–
нормальное
количество рецепторов в
синаптической щели;*G понижение
количества
рецепторов
Ограничивает активность
дофаминэргической
системы путем обратного
захвата нейромедиатора в
пресипатические
терминали
BalI полиморфизм (точковая Межиндивидуальные
мутация), на 25 п.н. выше
различия в плотности
стартового кодона в экзоне данного белка
1
(Piccardi et al., 1997)
Т/C полиморфизм во 2
Рецептор витамина D –
экзоне
участвует в метаболизме
(Alcais A. et al., 2001)
кальция.
9
Для определения наследуемости признаков: «тип папиллярных узоров»,
«общая
физическая
работоспособность»
и
«максимальное
потребление
кислорода», использовался близнецовый метод.
Уровень развития физических показателей определялся с помощью тестов:
ОФР (Карпман, 1988) и МПК (Гуминский, 1900).
Статистическая
обработка
полученных
данных
проводилась
с
использованием пакета программ «Statistica for Windows 6.0» (StatSoft),
«GENEPOP» (Raymond and Rousset, 1995), «RxC» (Rows x Columns) (Roff,
Bentzen, 1989), программного обеспечения MS Excel 2003 (Microsoft). При
попарном сравнении частот генотипов и аллелей в двух различных группах
использовался точный двусторонний критерий Фишера Р (F2), а также критерий
2, (Р) для таблиц сопряженности 2x2 с поправкой Иэйтса на непрерывность
(Леонов, 1998). При необходимости значение Р умножали на число
рассматриваемых аллелей или генотипов, а также вводили поправку на число
сравниваемых групп (т.е. проводили коррекцию на число сравнений). Силу
ассоциаций оценивали в значениях показателя соотношения шансов Odds Ratio
(OR) Schlesselman (1982). Наследуемость физических показателей определялась
по формуле Хольцингера (Равич-Щербо и др, 1999).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
1. Исследование наследуемости физических показателей
В нашей работе зиготность близнецов уточнялась и определялась с помощью
молекулярно-генетического анализа распределения 9 полиморфных ДНКлокусов, что гарантирует высокую степень точности результата. Монозигоными
(MZ) оказались 35 пар, а дизиготными (DZ) - 42 пары.
Наследуемость
общей
физической
работоспособности
(ОФП)
и
максимального потребления кислорода (МПК) по данным разных авторов,
10
колеблются в пределах от 0,8 до 0,96 (Сологуб, 2000). Разница результатов,
возможно,
объясняется
применением
большинством
исследователей
полисимптомного метода определения типа зиготности близнецовых пар.
В таблице 2 приведены данные близнецового анализа признаков ОФР и
МПК.
Степень наследуемости показателей МПК и ОФР составил 0,72 и 0,82
соответственно. Следовательно, на проявление данных признаков большое
влияние оказывают генетические факторы.
Таблица 2
Наследуемость (Н) физиологических показателей у близнецовых пар
Признак
R mz
Rdz
Н
Общая
физическая
работоспособность
0,95
0,74
0,82
Максимальное
кислорода
0,96
0,86
0,72
потребление
2. Исследование наследуемости показателя «пальцевая
дерматоглифика»
В имеющейся научной литературе в качестве маркера при отборе детей в
спортивные группы предлагается учитывать особенности папиллярных узоров
(Никитина, 1999). Поэтому, в нашей работе изучалось наследование признака
«пальцевая дерматоглифика». У всех близнецов определялся тип узора (дуга,
петля и завиток) и проводился анализ сходства в распределении узоров по трем
сравнениям. Билатеральное – сравнение типов узоров гомологичных пальцев
рук одного близнеца; гомолатеральное – гомологичных пальцев рук у пары
близнецов и гетеролатеральное – зеркальное сходство между гомологичными
пальцами у пары близнецов. В таблице 3 приведены данные близнецового
анализа признака «пальцевая дерматоглифика».
11
Таблица 3
Наследуемость (Н) признака «пальцевая дерматоглифика»
у близнецовых пар
Симметрия
Билатеральная (все пальцы)
Гомолатеральная (все пальцы)
Гетеролатеральная (все пальцы)
Билатеральная (правая рука)
Гомолатеральная (правая рука)
Гетеролатеральная (правая рука)
Билатеральная (левая рука)
Гомолатеральная (левая рука)
Гетеролатеральная (левая рука)
Наследуемость
0.15
0.04
0.11
0.15
0
0.11
0.15
0.24
0.11
Как видно из таблицы, генетическая компонента в общем состоянии
детерминирующего признака ниже 0.5 и, следовательно, на формирование
данного признака большое влияние оказывают не генетические причины.
При попарном сравнении частот распределения типов узоров каждого пальца
у спортсменов и участников контрольной группы достоверных различий не
обнаружено. Таким образом, метод отбора в спортивные группы по типам
пальцевых узоров не может являться методически корректным приемом.
3. Анализ распределения частот генотипов и аллелей гена
ангиотензин-конвертирующего фермента (АСЕ) у спортсменов
Ангиотензин-конвертирующий фермент является одним из ключевых
компонентов ренин-ангиотензиновой системы. Под действием этого фермента
происходит
образование
сосудосуживающего
ангиотензина
пептида
и
II
деградация
–
наиболее
брадикинина
активного
–
важного
сосудорасширяющего фактора.
Анализ ассоциаций (рис. 1) инсерционно-делеционного (I/D) полиморфизма
гена ангиотензин-конвертирующего фермента (АСЕ)
с показателями общей
физической работоспособности показал, что в группе спортсменов достоверно
12
повышены частоты аллеля АСЕ*I (44.21% против 18.52% в контрольной группе;
P=0.0038; OR=2.388; 95%CI 1.578-7.882) и генотипа АСЕ*I/*I (26.32% против
3.70% в контрольной группе; P=0.0478; OR=7.106; 95%CI 1.23-19.56). Также
выявлено достоверное понижение частоты аллеля ACE*D
(55.79% против
81.48% в контрольной группе; P=0.0038; OR=0.685; 95%CI 0.127-0.634), и
понижение частоты генотипа D/D (37.89% против 66.67% в контрольной
Лица с ОФР ниже среднего
группе; P=0.031; OR=0.569; 95%CI 0.113-0.815).
ACE*D
ACE*I
ACE*D/*D
ACE*I/*D
ACE*I/*I
Спортсмены
P=0.0038;OR=0.685
P=0.0038; OR=2.388
P=0.031; OR=0.569
P=0.0478; OR=7.106
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Частота, %
Рис. 1. Распределение частот генотипов и аллелей гена АСЕ в группе
спортсменов и контроле с низкими показателями ОФР
Обозначения, здесь и далее: P – вероятность; OR – соотношение шансов; 95%CI –
доверительный интервал.
Анализ распределения частот аллелей и генотипов гена АСЕ в группе
спортсменов выявил достоверное повышение частоты аллеля АСЕ*I (44.21%
против 20.83% в контрольной группе; P=0.0122; OR=2.122; 95%CI 1.348-6.878)
и тенденцию к повышению частоты генотипа АСЕ*I/*I (26.32% против 4.17% в
13
контрольной группе; P=0.0772; OR=6.316; 95%CI 1.07-17.38) по сравнению с
контрольной
группой
с
низкими
показателями
МПК.
Прослеживается
достоверное снижение частоты аллеля ACE*D (55.79% против 79.17% в
контрольной группе; P=0.0122; OR=0.705; 95%CI 0.146-0.7424) в выборке
Лица с МПК ниже среднего
спортсменов по сравнению с контрольной группой (рис.2).
ACE*D
ACE*I
ACE*D/*D
ACE*I/*D
ACE*I/*I
Спортсмены
P=0.0122; OR=0.705
P=0.0122; OR=2.122
P=0.0772; OR=6.316
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Частота, %
Рис. 2. Распределение частот генотипов и аллелей гена АСЕ в группе
спортсменов и контроле с низкими показателями МПК
У обладателей аллеля ACE*I и генотипа *I/*I понижена активность
фермента,
вследствие
чего
меньше
образуется
активного
октапептида
ангиотензина II в эндотелии стенок сосудов. И при выполнении больших
физических нагрузок ткани и органы в достаточной степени снабжаются
кислородом. У лиц, имеющих аллель ACE*D и генотип *D/*D повышена
активность фермента и, соответственно, увеличено количество ангиотензина II
в эндотелии сосудов, вследствие чего,
органы испытывают дефицит кислорода.
14
при физических нагрузках ткани и
4. Анализ ассоциаций полиморфного маркера A1903G в гене химазы
CMA1/B с физиологическими показателями человека
Фермент химаза – протеаза с хемотрипсинподобной активностью,
локализована в секреторных гранулах тучных клеток (Yurt, 1979), также
участвует в образовании ангиотензина II из ангиотензина I в миокардиоцитах и
в эндотелиальных клетках сосудов.
Анализ ассоциаций A/G – транзиции в положении 1903-м нуклеотидной
последовательности гена химазы (CMA 1/B) c показателями общей физической
работоспособности выявил тенденцию к повышению частоты аллеля CMA*G
(43.75%
против
25.93%
в
контрольной
группе;
P=0.0624;
OR=1.688;
95%CI1.069-4.672) и понижение частоты аллеля CMA*А (56.25% против 74.07%
в контрольной группе; P=0.0624; OR=0.756; 95%CI 0.215-0.936) в выборке
спортсменов, что говорит о разном влиянии аллелей на проявление признака
Лица с ОФР ниже среднего
«физическая работоспособность» (рис. 3).
CMA*G
CMA*A
CMA*G/*G
CMA*A/*G
CMA*A/*A
Спортсмены
P=0.0624; OR=1.688
P=0.0624; OR=0.756
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Частота, %
Рис. 3. Распределение частот генотипов и аллелей гена химазы (CMA
1/B) в группе спортсменов и контроле с низкими показателями ОФР
15
При анализе распределения частот генотипов и аллелей гена химазы (рис.
4) выявлено достоверное повышение частоты аллеля CMA*G (43.75% против
25% в контрольной группе; P=0.0506; OR=1.751, 95%CI 1.102-5.0) и понижение
частоты аллеля CMA*A (56.25% против 75% в контрольной группе; P=0.0506;
OR=0.751, 95%CI 0.20-0.907) и соответственно, генотипа CMA*А/*А (26.25%
против 50.00% в контрольной группе; P=0.0886; OR=0.525, 95%CI 0.129-0.977) в
Лица с МПК ниже среднего
выборке спортсменов по показателям МПК.
CMA*G
CMA*A
CMA*G/*G
CMA*A/*G
CMA*A/*A
Спортсмены
P=0.0506; OR=1.751
P=0.0506; OR=0.75
P=0.0886; OR=0.526
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Частота, %
Рис. 4. Распределение частот генотипов и аллелей гена химазы
(CMA1/В) в группе спортсменов и контроле с низкими показателями МПК
У обладателей аллеля CMA*G
и генотиа *G/*G понижена активность
химазы в тучных клетках соединительной ткани сердца и в миокардиоцитах
(Urata et al. 1993), что приводит к уменьшению образования ангиотензина II.
При выполнении больших физических нагрузок этими спортсменами, сердце в
достаточной степени снабжается кислородом, изменений в его строении не
16
происходит. У лиц, имеющих аллель CMA*А
повышена активность
и генотип *А/*А наоборот,
химазы в сердечной мышце, вследствие чего
увеличивается количество ангиотензина II, что может привести к сужению
сосудов и тканей сердца. Поэтому, при выполнении больших физических
нагрузок возможна гипоксия в сердечной мышце, в результате чего может
развиться гипертрофия миокарда левого желудочка.
5. Анализ влияния сцепленного наследования генов (гаплотипы) и
сочетаний генотипов на проявление физических возможностей человека
Гаплотип, состоящий из сочетаний аллелей двух сцепленных генов: АСЕ и
SLC6A4, расположенных на 17 хромосоме на расстоянии 12 морганид влияет на
показатели, определяющие физические способности человека. Определено, что
в выборке спортсменов достоверно снижены частоты гаплотипа SLC6A4*L/*S
–ACE*D/*D. У обладателей гетерозиготного генотипа *L/*S по гену (SLC6A4)
переносчика серотонина (SERT) количество переносчика серотонина снижено,
что приводит к снижению эффективности синаптической передачи нервного
импульса. Генотип *D/*D гена ACE способствует образованию ангиотензина II,
который сужает просвет сосудов (рис. 5).
В группе спортсменов выявлено достоверное повышение частоты сочетания
генотипов CMA*G/*G и ACE*I/*I, что обусловливает уменьшение ангиотензина
II как в эндотелии сосудов, так и в соединительной ткани сердца и в
миокардиоцитах.
У людей, обладающих данным генотипом при увеличении
физических
нагрузок сердце, сосуды и ткани не испытывают недостатка в кислороде. Также
показано достоверное понижение встречаемости генотипов CMA*А/*А и
ACE*D/*D в группе спортсменов по сравнению с контрольной группой (рис. 5).
17
1. SLC6A4*L/*S ACE*D/*D
OR=0.30
OR=0.19
2. CMA*A/*A - ACE*D/*D
3. CMA*G/*G ACE*I/*I
OR=infi
4. SLC6A4*L/*L SLC6A4*10/*10
OR=infi
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
odds ratio (OR)
Рис. 5. Анализ ассоциаций гаплотипов (1) и сочетания генотипов (2,
3, 4) с физическими способностями человека
Выявлено, что комплементация полиморфных аллелей гена-переносчика
серотонина SLC6A4*L/*L – SLC6A4*10/*10 определяет способность человека к
выполнению повышенной физической работы (рис. 5). Одним из вариантов
объяснения данного феномена может быть то обстоятельство, что вставка 44
пар нуклеотидов в промотор гена переносчика серотонина увеличивает
количество продукта - SERT, который усиливает обратный захват серотонина из
синаптической щели в пресинаптическую мембрану.
18
ВЫВОДЫ
1. Установлена высокая (0.82) наследуемость признака «общая физическая
работоспособность», в то время, как наследуемость признака «максимальное
потребление кислорода» составляет 0.72. Наследуемость папиллярных линий
низка (от 0,04 до 0,11).
2. Показано, что аллель гена ACE, несущий делецию, сопровождает понижение
физической
работоспособности
человека
из-за
увеличения
количества
ангиотензина II.
У спортсменов чаще встречается аллель I гена ACE. Соответственно, частота
гомозиготного генотипа в популяции спортсменов достоверно выше.
3. Аллель G гена химазы СМА достоверно чаще встречается у лиц,
занимающихся спортом.
4.
Выявлено,
что
сочетанием
генотипов
CMA*G/*G
-
ACE*I/*I,
обеспечивающим уменьшение образования ангиотензина II как в сердечной
мышце, так и в стенках сосудов, обладают люди с высоким показателем
признака «максимальное потребление кислорода».
5. Выявлено, что комплементация следующих полиморфных аллелей генапереносчика серотонина (SLC6A4), находящихся: в промоторе (*L/*L) и 2-м
интроне (*10/*10) определяют способность к выполнению повышенной
физической
работы
за счет интенсификации
переноса серотонина из
синаптической щели в пресинаптическую клетку.
6. Показано, что у обладателей гаплотипа SLC6A4*L/*S –ACE*D/*D,
локализованного на 17 хромосоме, снижена физическая работоспособность.
7.
Определено,
что
сочетание
генотипов
CMA*A/*A
–
ACE*D/*D
увеличивающее образование ангиотензина II, не способствует высоким
спортивным результатам.
19
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
1. Предлагается алгоритм подходов к методике отбора детей и молодежи для
занятий профессиональным спортом. Наряду с определением физической
работоспособности, используя тесты, определяющие общую физическую
работоспособность, максимальное потребление кислорода,
предлагается
молекулярно-генетический анализ испытуемых по следующим полиморфным
маркерам генов: АСЕ, СМА 1/В и SLC6A4.
2. Носителям генотипа D/D по гену АСЕ и A/A по гену СМА рекомендуется
избегать выполнения длительных и больших физических нагрузок.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Статьи:
1. Гумерова О.В., Столбова О.В., Зарипова Т.Ю., Леконцев Е.В., Воробьева
Е.В., Горбунова В.Ю. Молекулярно-генетический анализ ассоциаций
полиморфных маркеров генов нейромедиаторных систем с уровнем развития
человека // Вестник БГУ. – №1. – 2007.– С.39-49.
2. Гумерова О.В., Леконцев Е.В., Зарипова Т.Ю., Воробьева Е.В., Горбунова
В.Ю. Анализ ассоциаций генов, регулирующих работу серотонинергической
нейромедиаторной системы, с уровнем интеллектуального развития человека //
Генетика. – 2007. – №6.
3. Леконцев Е.В., Яковлева О.В. Анализ ассоциаций Alu-элемента Ya5
NBC361 с наследованием типа узора, со средними значениями PWC и МПК у
монозиготных близнецов // Молодые ученые БГПУ: вклад в современную
науку. – Уфа. – 2004. – С.99-112.
4. Гумерова О.В., Леконцев Е.В., Воробьева Е.В., Горбунова В.Ю. Анализ
ассоциации полиморфных генотипов гена АСЕ и физиологических показателей
у близнецов // Труды конференции «Н.И. Вавилов и современная генетика»,
посвященной 115-летию со дня рождения Н.И. Вавилова. – Уфа, 2005. – С.127140.
5. Леконцев Е.В., Гумерова О.В., Воробьева Е.В., Горбунова В.Ю. Изучение
морфофункциональных
особенностей
человека
методом
пальцевой
дерматоглифики // Вавиловские чтения (Материалы международной
конференции Н.И.Вавилова посвяшенной 115-летию со дня рождения). –
20
Выпуск I. – Уфа. – 2005 – С. 105-126.
6. Горбунова В.Ю., Гумерова О.В., Леконцев Е.В., Зарипова Т.Ю., Воробьева
Е.В., Зайнуллин А.М. Влияние полиморфизма Alu-элемента Ya5 NBC361 на
интеллектуальные и физиологические показатели человека // Вестник БГПУ. –
№1. – 2006.– С.39-49.
Тезисы в трудах Международных и Российских конференций:
7. Леконцев Е.В., Гумерова О.В., Воробьева Е.В., Горбунова В.Ю.
Молекулярно-генетический анализ ассоциаций полиморфных вариантов
генотипа по гену АСЕ и уровня максимального потребления кислорода у
близнецов // Медицинская генетика. – Т.4. – № 5. – 2005. – С. 218.
8. E.V. Lekontsev, O.V. Gumerova, E.V. Vorobyova, V.Y. Gorbunova. Association
of the ACE genetic polymorphism and the maximal oxygen consumption of human
(Ассоциация полиморфизма в гене АСЕ с уровнем максимального потребления
кислорода у человека) // European Human Genetics Conference. – Amsterdam.
2006. – Abst. P0853. – P. 285.
9. T.Y. Zaripova, O.V. Gumerova, E.V. Lekontsev, E.V. Vorobyova, V.Y.
Gorbunova. Studying the degree of heritability of mental abilities by twins method //
Human Genome Meeting. – Helsinki. – 2006. – P. 43.
10. Гумерова О.В., Зарипова Т.Ю., Леконцев Е.В., Воробьева Е.В. Определение
степени наследуемости интеллектуальных способностей близнецовым методом
// Материалы девятой Всероссийской медико-биологической конференции
молодых исследователей «Человек и его здоровье». – Санкт-Петербург. – 2006.
– С. 85–86.
11. Гумерова О.В., Леконцев Е.В., Зарипова Т.Ю., Столбова О.В., Воробьева
Е.В., Горбунова В.Ю. Анализ ассоциаций VNTR-полиморфизма в гене
переносчика серотонина SLC6A4 с уровнем интеллектуальных способностей
человека // Материалы международной конференции «Генетика в России и
мире». – Москва. – 2006. – С.57.
12. Леконцев Е.В., Гумерова О.В., Воробьева Е.В. Ассоциация полиморфизма в
гене АСЕ и уровня максимального потребления кислорода у человека//
Материалы девятой Всероссийской медико-биологической конференции
молодых исследователей «Человек и его здоровье». – Санкт-Петербург. – 2006.
– С. 188–189.
21
Список сокращений и условных обозначений
MZ
DZ
ОФР
МПК
ПДРФ
ПЦР
SERT
АСЕ
CMA1/B
ApoE
SLC6A4
НТR2А
SLC6A3
DRD3
VNTR
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
CI
–
P
OR
–
–
монозиготные близнецы
дизиготные близнецы
общая физическая работоспособность
максимальное потребление кислорода
полиморфизм длины рестрикционных фрагментов
полимеразная цепная реакция
серотонин
ангиотензин-конвертирующий фермент
химаза
аполиопротеин Е
переносчик серотонина
рецептор серотонина
переносчик дофамина
рецептор дофамина
(variable number tandem repeats) – варьирующее
число тандемных повторов
(confidence interval) – 95% доверительный
интервал
вероятность
(odds ratio) – показатель соотношения шансов
22