Состояние и перспективы генетического тестирования в спорте (стр. 3 )

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 представиолимпийских 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 для мужчин. Аналогичная зависимость была подтверждена при исследовании гена AR и у российских спортсменов [Шихова и др., 2006]. Эти результаты позволили отнести ген рецептора андрогена к потенциальным маркерам предрасположенности к наращиванию мышечной массы у мужчин, что важно для скоростно-силовых видов спорта и культуризма.

Исследования последних лет в области молекулярной генетики физической активности подтвердили полезность комбинационного подхода для анализа генотипических особенностей физических способностей спортсменов различного пола, специализации и квалификации [ и др., 2006; и др., 2008]. Генотипирование будущих спортсменов позволяет получить ориентировочную информацию о наследственных особенностях физической активности человека, его предрасположенности к тому или иному виду спорта. Предполагается, что такой фенотипический эффект определяется ассоциацией этих генов с содержанием «медленных» и «быстрых» мышечных волокон в мышцах (БВ и МВ, соответственно).

Действительно, результаты биопсии скелетных мышц высококвалифицированных спортсменов свидетельствуют о врожденном преобладании МВ у стайеров и БВ – у спринтеров/силовиков [Simoneau, Bouchard, 1995].

8. Генетический Паспорт Спортсмена

Стремительный рост объема информации и о генах-маркерах, тестирование аллельных вариантов которых позволяет оценить пригодность подростка к тому или иному виду спорта, а так же указывающие на возможные наследственные ограничения в плане профессионального спорта делает своевременным его критическую оценку в плане правтического применения. Как уже упоминалось, в настоящее время известно более 150 различных генов, контролирующих физическое развитие человека, важных для правильной организации занятий фитнесом и для эффективного отбора потенциально перспективных спортсменов [Wolfarth et al.,2004]. Некоторые из этих генов протестированы на группах спортсменов и в нашей лаборатории [Глотов и др., 2004]. Выше были рассмотрены функциональные особенности аллельных вариантов генов наиболее важных метаболических цепей, определяющих индивидуальные физические способности. Имеющиеся данные позволяют приступить к формированию варианта генетической карты спортсмена, включающего тестирование некоторых генов, определяющих физические характеристики человека, то есть к созданию его идивидуальной базы ДНК данных. Возможный вариант Генетического Паспорта Спортсмена приведен на (рис. 1

Рис.1 Фрагмент «Генетического Паспорта Спортсмена»

Так, генотип С/С по полиморфизму гена DRD2, ументшенное число тетрануклеотидных повторов ТТТТ в гене ароматазы (CYP19A1), генотип I/I гена ангиотензинпревращающего фермента АСЕ и гомозиготность по аланину продукта гена кальций-чувствительного рецептора СASR характерны для индивидуумов с повышенной физической активностью и выносливостью, то есть генетически более пригодных для занятия отдельными видами спорта. При этом с помощью генетического тестирования можно достаточно четко дифференцировать субъектов с наследственной предрасположенностью к силовым видам спорта и к видам спорта, в которых решающая роль принадлежит выносливости.

Подробно изучены и гены, мутации которых накладывают существенные ограничения на занятия профессиональными видами спорта, но вполне совместимые с фитнесом и обычными занятиями физкультуры.

Важно отметить, что, несмотря на известные ограничения юридического и морально-этического плана, неполноту сведений о метаболических процессах, регулирующих физическую активность человека, о генах, управляющих волевыми качествами, отсутствие надежной статистической оценки результатов генетического тестирования, объективные трудности их интерпретаци составление генетического паспорта для лиц, собирающихся серьезно заниматься спортом, следует только приветствовать. Данный медицинский документ может оказать существенную помощь не только при подборе потенциально наиболее перспективных спортсменов, но и позволит более правильно, с пользой для здоровья организовать физическую подготовку подростков, поможет резко сократить и даже полностью избавиться от случаев генетически запрограммированных трагедий в спорте.

Ниже приведены несколько примеров возможных практических рекомендаций, сделанных на основании результатов генетического тестирования.

Пример 1. Гены, ассоциированные с быстртой реакции и физической силой:

ACTN3, AMPD1, CNB.

Ген	Генотип
ACTN3	С/Т*
AMPD1	С/С
CNB	I/I

* функционально неблагоприятный аллель

При генотипе С/Т по гену ACTN3 в скелетных мышцах можно предполагать примерно равное распределение быстрых и медленных мышечных волокон. При генотипе С/С по гену AMPD1 энергетические процессы в мышечных волокнах протекают в полной мере и «переключение» на альтернативные пути синтеза АТФ происходит только в случае значительных перегрузок. При генотипе I/I по гену CNB не происходит активации транскрипции генов приводящих к врожденной гипертрофии левого желудочка сердца, вследствие чего нет ограничений в интенсивности и нагрузке при тренировке. Развитие гипертрофии возможно только при целенаправленных длительных тренировках. Оно будет носить приспособительный характер.

Рекомендации к Примеру 1: усредненные нагрузки между силовыми тренировками и тренировками на выносливость, без существенных ограничений их по времени.

Пример 2 Гены, ассоциированые с быстртой реакции и физической силой: PPARG, PPARA, PPARD

Ген	Генотип
PPARG	Pro/Pro
PPARA	G/G
PPARD	С/С

При генотипе Pro/Pro по гену PPARG повышена чувствительность к инсулину в медленных и быстрых мышечных волокнах, но его анаболическое действие выражено слабо. При генотипе G/G по гену PPARA и С/С по гену PPARD в мышечных волокнах преобладает аэробный гликолиз, отмечается повышение утилизации жирных кислот в печени и мышечных волокнах.

Рекомендации к примеру 2: для достижения максимальных результатов в спорте показаны тренировки на выносливость.

Пример 3. Гены системы свертывания крови: F1 (FGB), F2 (FII), F7 (FVII), ITGB3 (GPIIIa), ITGA2 (GPIa), PAI1, MTHFR -

Ген	Генотип *
F5	G/A
F2	G/G
FGB	A/A
F7	G/G
PAI1	4G/4G
PLAT	D/I
ITGB3 (GP3A)	T/C
ITGA2 (GPIA)	C/C
MTHFR	C/T

* функцонально неблагоприятные аллели

Комплексный анализ полиморфизма генов системы свертывания крови и фибринолиза, а также генов системы фолатного цикла и адгезии тромбоцитов указывает на существование определенного риска для занятия активной физической деятельностью. Негативное влияние, прежде всего, может иметь мутация Leiden гена F5 и аллель С гена рецепторов тромбоцитов GP3A, которые могут стать причиной внезапной смерти или острого инфаркта миокарда вследствие образования тромбов в сосудах

Рекомендации: занятия профессиональным спортом не показаны, спортивные упражнения возможны под контролем врача-кардиолога.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Спортивная генетика, как и вся предиктивная медицина, еще находится в начале пути. Многочисленные экспериментальные данные и прямые наблюдения на добровольцах, в том числе и на спортсменах, позволили выявить не менее 150 генов - кандидатов физической активности человека, а так же факторов, осложняющих или прогностически опасных для занятий спортом. Особенно значительные успехи достигнуты в идентификации генов, определяющих такие важные физические параметры как выносливость и сила/скорость. Генеральное направление современной спортивной медицины – эффективный отбор молодых спортсменов, перспективных по своим наследственным качествам для занятия тем или иным видом спорта при одновременно минимальном риске «большого спорта» для здоровья спортсмена. Анализ полиморфизма генов помогает отличить индивидуумов, положительно реагирующих на дополнительные физические нагрузки, от лиц, для которых такие нагрузки могут быть нежелательными или вредными. Уже применяемый комплексный подход дает возможность наиболее полно оценивать вклад аллельных вариантов различных генов в физическую работоспособность человека. Он открывает путь к построению генных сетей физической активности выдающихся спортсменов. Поиск и дальнейшее внедрение ДНК-диагностики генетических маркеров будет иметь не только научное, но и социально-экономическое значение, так как позволит повысить надежность и эффективность системы индивидуального отбора и подготовки высококвалифицированных спортсменов. Несомненно, в будущем будет найдено гораздо больше генов-кандидатов, ассоциированных с развитием различных физических качеств, для каждого из этих полиморфизмов будет установлен его реальный вклад в проявление какого-либо признака в зависимости от этноса, пола, возраста и характера физической деятельности. Уже на современном этапе реально создание генетического паспорта спортсмена, внедрение которого в жизнь способствует новому научному походу к индивидуальному выбору вида спорта, более эффективному поиску будущих перспективных спортсменов, оптимизации схемы и режима тренировок.

Список литературы:

1.  Астратенкова гена эндотелиальной NO-синтазы и физическая активность // Генетические, психофизические и педагогические технологии подготовки спортсменов. Сб. науч. тр. – СПб. – 2006. – C.45-57.

2.  , , Рогозкин генетических факторов, детерминирующих индивидуальные различия в приросте мышечной силы и массы в ответ на силовые упражнения // Медико-биологические технологии повышения работоспособности в условиях напряженных физических нагрузок. Вып.  3. Сб. статей. - МС.13-21

3.  , Х Опрделение гентической предрасположенности к некоторым мультифакторным заболеваниям. Генетический паспорт. Методические рекомендацию СПб 2001 «Фолиант», 47 стр.

4.  , , Баранов полиморфизма генов ренин-ангиотензиновой системы в популяции Северо-западного региона России, у атлетов и у долгожителей // Экологическая генетика. 2004. В. 4. Стр. 40-43

5.  , , Баранов предрасположенность к физической работоспособности у спортсменов-гребцов // в сб. Медико-биологические технологии повышения работоспособности в условиях напряжённых физических нагрузок, выпуск 2, OOO “Анита Пресс”, 2006, с. 39-51.

6.  , , Асеев определения предрасположенности человека к различным видам физической работоспособности и генетическая панель для осуществления этого способа. Патент на изобретение № 000г).

7.  , , Попов полиморфизма гена ACTN3 с физической деятельностью и гипертрофией скелетных мышц при силовой тренировке // Сб. науч. тр. СПбНИИФК – СПб., 2006. – С.206-211.

8.  , , и др., Тромбофилия в акушерской практике: учебно-методическое пособие Под ред. , // СПб.: Издательство Н-Л, ООО, 2005. – 46 с.

9.  Капустин C. И. Молекулярно-генетические аспекты патогенеза венозного тромбоэмболизма // Дис докт. биол. наук.- С-Петербург.,-200с.

10.  , Ахметов тренировочного процесса юных лыжников с учетом их генетической предрасположенности // Физическая культура: воспитание, образование, тренировка. – 2006. - №1. – С.35-36.

11.  Определение генетической предрасположенности к наследственным и мультифакториальным заболеваниям. Генетический паспорт // Методические рекомендации. - СПб.: ИКФ ”Фолиант”, 20с.

12.  , , Казаков маркеры физической работоспособности человека // Теория и практика физической культуры№12. – С.34-36.

13.  , , Федотовская -маркеры предрасположенности к скоростно-силовым видам спота // Теория и практика физической культуры№1. - C.2-4.

14.  Федотовская С34T полиморфизма в гене АМФ-дезаминазы (АМPD1) на физическую работоспособность человека // Генетические, психофизические и педагогические технологии подготовки спортсменов. Сб. науч. тр. – СПб– C.74-80.

15.  , , Астратенкова полиморфизма гена рецептора андрогена у спортсменов // Инновации в науке, образовании и производстве: Труды СПбГТУ № 000., СПб. – 2006. –С.138-142.

16.  Alvarez R., Terrados N., Ortolano R., Iglesias-Cubero G., Reguero J. R., Batalla A., Cortina A., Fernбndez-Garcнa B., Rodrнguez C., Braga S., Alvarez V., Coto E. Genetic variation in the renin-angiotensin system and athletic performance // Eur J Appl Physiol. – 2000. – V.82(1-2). – P.117-20.

17.  Barish G. D., V. A. Narkar, R. M. Evans PPAR delta: a dagger in the heart of the metabolic syndrome// J Clin Invest. – 2006. – V.116(3). – P.590-7.

18.  Boden, G. Role of fatty acids in the pathogenesis of insulin resistance and NIDDM // Diabetes. – 1997. – V.46. – P.3–10.

19.  Barroso I., J. Luan, M. S. Sandhu, P. W. Franks, V. Crowley, A. J. Schafer, S. O'rahilly, N. J. Wareham Meta-analysis of the Gly482Ser variant in PPARGC1A in type 2 diabetes and related phenotypes // Diabetologia. – 2006. – V.49(3). – P.501-5.

20.  Desvergne, W. Wahli. Peroxisome proliferator-activated receptors: nuclear control of metabolism // Endocr Rev. – 1999. – V.20. – P.649-688.

21.  Finck B. N., C. Bernal-Mizrachi, D. H. Han, T. Coleman, N. Sambandam, L. L. LaRiviere, J. O. Holloszy, C. F. Semenkovich, D. P. Kelly. A potential link between muscle peroxisome proliferator-activated receptor-α signaling and obesity-related diabetes // Cell Metab. – 2005. – V.1. – P.133–144.

22.  Finck B. N., D. P. Kelly PGC-1 coactivators: inducible regulators of energy metabolism in health and disease // J. Clin. Invest– V.116. - P.615–622.

23.  Flavell D. M., H. Ireland, J. W. Stephens, E. Hawe, J. Acharya, H. Mather, S. J. Hurel, S. E. Humphries Peroxisome proliferator-activated receptor α gene variation influences age of onset and progression of type 2 diabetes / // Diabetes. – 2005. – V.54. - P582-586.

24.  Greene M. E., B. Blumberg, O. W. McBride, H. F. Yi, K. Kronquist, K. Kwan, L. Hsieh, G. Greene, S. D. Nimer Isolation of the human peroxisome proliferator activated receptor gamma cDNA: expression in hematopoietic cells and chromosomal mapping // Gene Expr. – 1995. – V.4. – P.281–299.

25.  Handschin C., J. Rhee, J. Lin, P. T. Tarr, B. M. Spiegelman An autoregulatory loop controls peroxisome proliferator activated receptor γ coactivator 1α expression in muscle // PNAS. – 2003. – V.100(12). – P..

26.  Iemitsu M, Miyauchi T, Maeda S et al: Intense exercise causes decrease in expression of both endothelial NO synthase and tissue NOx level in hearts. Am J Physiol Regulatory Integrative Comp Physiol 2000; 279: 951–959.

27.  Khan S., Dickerman J. D. Hereditary thrombophilia // Thrombosis Journal. – 2006. – v.4, № 15.

28.  Lehman J. J., P. M. Barger, A. Kovacs, J. E. Saffitz, D. M. Medeiros, D. P. Kelly PPARγ coactivator-1 (PGC-1) promotes cardiac mitochondrial biogenesis // J. Clin. Invest. – 2000. – V.106. – P.847–856.

29.  Loviscach M., N. Rehman, L. Carter, S. Mudaliar, P. Mohadeen, T. P. Ciaraldi, J. H. Veerkamp, R. R. Henry Distribution of peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs) in human skeletal muscle and adipose tissue: relation to insulin action // Diabetologia. – 2000. – V.43(3). – P.304-11.

30.  Lucia A., F. Gomez-Gallego, I. Barroso, M. Rabadan, F. Bandres, A. F. San Juan, J. L. Chicharro, U. Ekelund, S. Brage, C. P. Earnest, N. J. Wareham, P. W. Franks PPARGC1A genotype (Gly482Ser) predicts exceptional endurance capacity in European men // J Appl Physiol. – 2005. – V.99(1). – P.344-8.

31.  Masud S., S. Ye Effect of the peroxisome proliferator-activated receptor-γ gene Pro12Ala variant on body mass index: a meta-analysis / // Journal of medical genetics. – 2003. - V.40. – P.773-780.

32.  Montgomery H. E., Marshall R., Hemingway H., Myerson S., Clarkson P., Dollery C., Hayward M., Holliman D. E., Jubb M., World M., Thomas E. L., Brynes A. E., Saeed N., Barnard M., Bell J. D., Prasad K., Rayson M., Talmud P. J., Humphries S. E. Human gene for physical performance // Nature. – 1998. – V.393. – P.221-222.

33.  Moran C. N., C. Vassilopoulos, A. Tsiokanos, et al. // The associations of ACE polymorphisms with physical, physiological and skill parameters in adolescents // Eur. J. Hum. Genet. – 2006. – V.3. – P.1–8.

34.  Nazarov I. B., Woods D. R., Montgomery H. E., Shneider O. V., Kazakov V. I., Tomilin N. V., Rogozkin V. A. The angiotensin converting enzyme I/D polymorphism in Russian athletes // Eur. J. Hum. Genet. 2001. V. 9. P. 797-801.

35.  Nicklas B. J. , E. F. van Rossum, D. M. Berman, A. S. Ryan, K. E. Dennis, A. R. Shuldiner Genetic variation in the peroxisome proliferator-activated receptor-gamma2 gene (Pro12Ala) affects metabolic responses to weight loss and subsequent weight regain // Diabetes. – 2001. – V.50(9). – P.2172-6.

36.  Norman B, Mahnke-Zizelman DK, Vallis A, and Sabina RL. Genetic and other determinants of AMP deaminase activity in healthy adult skeletal muscle. J Appl Physiol 85:1273–1278, 1998.

37.  North K., Nan Yang, Mills M. A common nonsense mutation results in.-actinin-3 deficiency in general population.//Nature genetics.1999.V.21,April. P.353-354

38.  Rankinen T., Bray M. S., Hagberg J. M., Perusse L., Roth S. M., Wolfarth B., Bouchard C. The human gene map for performance and health-related fitness phenotypes: the 2005 update. Med Sci Sports Exerc. – 2006. – V.38(11). –P..

39.  Ridderstrale M., L. E. Johansson, L. Rastam, U. Lindblad Increased risk of obesity associated with the variant allele of the PPARGC1A Gly482Ser polymorphism in physically inactive elderly men // Diabetologia. – 2006. – V.49(3). – P.496-500.

40.  Russell A. P., J. Feilchenfeldt, S. Schreiber, M. Praz, A. Crettenand, C. Gobelet, C. A. Meier, D. R. Bell, A. Kralli, J. P. Giacobino, O. Deriaz. Endurance training in humans leads to fiber type-specific increases in levels of peroxisome proliferator-activated receptor-γ coactivator-1 and peroxisome proliferator-activated receptor-α in skeletal muscle // Diabetes. – 2003. – V.52. – P..

41.  Semple R. K., V. K. Chatterjee, S. O'Rahilly PPAR gamma and human metabolic disease // J Clin Invest. – 2006. – V.116(3). – P.581-9.

42.  Simoneau J.-A, C. Bouchard. Genetic determinism of fiber type proportion in human skeletal muscle // FASEB J. – 1995. – V.9. – P..

43.  Skogsberg J., K. Kannisto, T. N. Cassel, A. Hamsten, P. Eriksson, E. Ehrenborg Evidence That Peroxisome Proliferator–Activated Receptor Delta Influences Cholesterol Metabolism in Men // Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. – 2003. - V.23. – P.637-43. (a)

44.  Stumvoll M., H. Haring // The peroxisome proliferator-activated receptor-gamma2 Pro12Ala polymorphism / Diabetes. – 2002. – V.51(8). – P.2341-7.

45.  Williams AG, Day SH, Folland JP et al. Circulating angiotensin converting enzyme activity is correlated with muscle strength. Med Sci Sports Exerc., 2005, V.37, N6, P.944-948.

46.  Wolfarth B., Rankinen T., Mьhlbauer S., Scherr J., Boulay M. R., Pйrusse L., Rauramaa R., Bouchard C. Association between a beta2-adrenergic receptor polymorphism and elite endurance performance // Metabolism. – 2007. –V.56(12). – P.1649-51.

47.  Yang N., Daniel G. M., Jason P. G. ACTN3 genotype is associated with human elite performance // American J. Human GeneteticsV.73. - P.627-631.