ACE-geeni

Urheilusuoritukseen liittyvä ACE-geeni koodaa entsyymiä, joka vaikuttaa siihen, kuinka tehokkaasti lihakset polttavat happea ja kuinka tehokkaasti osa lihaksista kasvaa. ACE-geenistä on kaksi vaihtoehtoista alleelia, jotka ovat ACE I ja ACE D. I-alleelissa on 287 emäsparin insertio eli kromosomimutaatio, jossa kromosomiin liittyy jokin kromosomin osa muualta kromosomistosta. Insertion myötä alleeli tuottaa entsyymiä, jonka aktiivisuus on matalampi, mikä kasvattaa suorituskestävyyttä. D-alleelissa puolestaan tätä insertiota ei ole. ,Williams, A., Rayson, M., Jubb, M. et al. The ACE gene and muscle performance. Nature 403, 614 (2000). 

ACE I/I liittyy suorituskykyyn urheilijoiden kestävyyssuorituksissa ja ACE D/D liittyy lihasvoimaan. Tarkkoja syitä eri genotyyppien suorituskyvyille ei tunneta, mutta I-alleelin aiheuttaman kestävyyden arvellaan johtuvan paremmasta lihastehokkuudesta. D-alleelin lihaskasvua ja voimaa parantava vaikutus perustuu todennäköisesti angiotensiini II:n aiheuttamiin vasteisiin. Molemmat alleelit kuitenkin vaativat geenien ja ympäristön vuorovaikutusta toimiakseen, sillä suoritusten tiedetään paranevan vain urheilujaksojen jälkeen.,Jones, A., Montgomery, H. E., & Woods, D. R. (2002). Human performance: a role for the ACE genotype?. Exercise and sport sciences reviews, 30(4), 184-190.

 Yleisyys 

+ Genotyyppien (I/I, I/D, D/D) prosenttiosuudet eri etnisissä ryhmissä.  Etninen tausta I/I I/D D/D Afrikkalaiset,Sagnella, G. A., Rothwell, M. J., Onipinla, A. K., Wicks, P. D., Cook, D. G., & Cappuccio, F. P. (1999). A population study of ethnic variations in the angiotensin-converting enzyme I/D polymorphism: relationships with gender, hypertension and impaired glucose metabolism. Journal of hypertension, 17(5), 657-664.   18 %  50 %  32 % Valkoiset 18 %  51 %  31 % Etelä-aasialaiset 40 %  42 %  18 %

Genotyyppien osuudet voivat vaihdella myös alueellisesti. Omanin alueen arabiväestössä DD-genotyyppi on poikkeuksellisen suuri (7%, 44%, 49%), kiinalaisten jakauma noudattaa eteläaasialaisten yleisyyksiä (41%, 50%, 9%) ja valkoisilla eurooppalaisilla (25%, 50%, 25%) homotsygootit alleelit ovat yhtä yleisiä. ,Al-Hinai, A. T., Hassan, M. O., Simsek, M., Al-Barwani, H., & Bayoumi, R. (2002). Genotypes and allele frequencies of angiotensin converting enzyme (ACE) insertion/deletion polymorphism among Omanis. Journal for scientific research. Medical sciences, 4(1-2), 25–27.  ,Lee E. J. (1994). Population genetics of the angiotensin-converting enzyme in Chinese. British journal of clinical pharmacology, 37(2), 212–214.

 Vaikutus 
 Vaikutus aerobiseen kestävyyteen 
ACE-geenien varianttien aiheuttamia eroja luustolihasten mekaanisessa suorituskyvyssä on tutkittu ennen ja jälkeen 11 viikon aerobista harjoitteluohjelmaa. Vertailun kohteena käytettiin varusmiehiä, jotka jaettiin genotyyppien mukaisesti ryhmiin, joissa toisilla koehenkilöillä oli homotsygoottinen insertio alleelissaan (I/I) ja toisilla ei (D/D). Ennen harjoituskautta suoritetuissa mittauksissa alleelien välillä ei ollut eroa, mutta harjoittelun jälkeen ACE-geenin insertion (I/I) omaavat henkilöt suoriutuivat 8,62 % tehokkaammin samassa testissä. Ryhmässä, jossa alleelissa ei ollut insertiota (D/D), tulos laski lähes prosenttiyksikön (-0,39 %) edelliseen mittaukseen verrattuna.

 Vaikutus lihasvoimaan 
ACE-geenin toiminnan kautta tuotetun angiotensiini II:n tiedetään harjoittelun myötä vaikuttavan sydänlihaksen ja sileän lihaskudoksen kasvuun eli hypertrofiaan.,Charbonneau, D. E., Hanson, E. D., Ludlow, A. T., Delmonico, M. J., Hurley, B. F., & Roth, S. M. (2008). ACE genotype and the muscle hypertrophic and strength responses to strength training. Medicine and science in sports and exercise, 40(4), 677–683.

Intensiivinen voima- ja kestävyysharjoittelujakso vaikuttaa eri genotyyppien (I/I I/D, D/D) sydänlihaksen kasvuun eri tavoin. Tutkimuksessa koehenkilöiltä mitattiin sydämen vasemman kammion massa ja mitat sekä BNP-entsyymitasot, jota voidaan pitää lihassolujen kasvun biomarkkerina. Harjoittelujakson jälkeen D-alleelin homo- ja heterotsygoottien vasemman kammion massa kasvoi merkittävästi verrattuna I/I-genotyyppiin. BNP-tasot olivat kullakin genotyypeillä samat ennen harjoitusjaksoa, mutta harjoittelun jälkeen D/D-genotyypin koehenkilöiden BNP-tasot nousivat merkittävästi verrattuna I/I- ja I/D-genotyyppeihin.,Montgomery, H. E., Clarkson, P., Dollery, C. M., Prasad, K., Losi, M. A., Hemingway, H., Statters, D., Jubb, M., Girvain, M., Varnava, A., World, M., Deanfield, J., Talmud, P., McEwan, J. R., McKenna, W. J., & Humphries, S. (1997). Association of angiotensin-converting enzyme gene I/D polymorphism with change in left ventricular mass in response to physical training. Circulation, 96(3), 741–747. 

Angiotensiini II:n ja sen reseptorin  AT1  voidaan rotilla tehdyn tutkimuksen  perusteella väittää vaikuttavan myös luustolihasten kasvuun. Tutkimuksessa ACE-inhibiittorilla estettiin angiotensiini II tuotanto, jonka seurauksena harjoittelujakson jälkeinen luustolihasten kasvu hidastui. Myös AT1-reseptorien tukkiminen osoitti angiotensiini II:n olevan eniten lihaskasvuun vaikuttava tekijä.,Gordon, S. E., Davis, B. S., Carlson, C. J., & Booth, F. W. (2001). ANG II is required for optimal overload-induced skeletal muscle hypertrophy. American journal of physiology. Endocrinology and metabolism, 280(1), E150–E159.

 ACE-geenin alleelien merkitys reniini-angiotensiinijärjestelmässä 
Reniini-angiotensiinijärjestelmä (RAS) on elimistön verenpainetta ja nestetasapainoa säätelevä järjestelmä. Prosessin lopputuote, angiotensiini II, säätelee verenpainetta suoraan munuaisten natriumin ja veden takaisinimeytymisen kautta, mutta myös epäsuorasti tuottamalla lisämunuaisista aldosteronia tai nostaen janon tunnetta.,Lavoie, J. L., & Sigmund, C. D. (2003). Minireview: overview of the renin-angiotensin system—an endocrine and paracrine system. Endocrinology, 144(6), 2179-2183. Koska ACE-geenin toiminta vaikuttaa angiotensiinikonvertaasin (ACE) tuotantoon, ulottuvat sen vaikutukset RAS-järjestelmään, jossa se toimii angiotensiini I:n muuttamisessa angiotensiini II:ksi.,Puthucheary, Z., Skipworth, J. R., Rawal, J., Loosemore, M., Van Someren, K., & Montgomery, H. E. (2011). The ACE gene and human performance. Sports medicine, 41(6), 433-448. 

Angiotensiini II toimii agonistina angiotensiinin tyypin-1 reseptorin (AT1R) kanssa, joka aiheuttaa verenpaineen nousun valtimoissa supistamalla verisuonia. Lisäksi angiotensiini II saa aikaan aldosteroni-hormonin erityksen lisämunuaisissa, mikä johtaa suolojen ja veden takaisinottoon lisäten kiertävän veren tilavuutta. ACE-geenin tuottama entsyymi vaikuttaa angiotensiini I:sen lisäksi myös bradykiniini-proteiinin metaboliaan. ACE hajottaa bradykiniiniä, joka toimii valtioverisuonia laajentavana vaikuttajana.,Brown, N. J., Blais Jr, C., Gandhi, S. K., & Adam, A. (1998). ACE insertion/deletion genotype affects bradykinin metabolism. Journal of cardiovascular pharmacology, 32(3), 373-377. 

ACE-geenien eri alleelit I ja D johtavat erilaisiin ACE pitoisuuksiin veressä. Näiden alleelien tuottamien entsyymien määrät eroavat 47 % toisistaan, mikä tekee I- ja D-alleelien lokuksesta merkittävimmän ACE-pitoisuuteen vaikuttavan tekijän. ,Rigat, B., Hubert, C., Alhenc-Gelas, F., Cambien, F., Corvol, P., & Soubrier, F. (1990). An insertion/deletion polymorphism in the angiotensin I-converting enzyme gene accounting for half the variance of serum enzyme levels. The Journal of clinical investigation, 86(4), 1343–1346. I/I- ja D/D-genotyypit vaikuttavat merkittävästi myös bradykiniinin metaboliaan vähentämällä sen puoliintumisaikaa. D/D-genotyypin vaikutuksesta angiotensiini II pitoisuudet ovat korkeammat ja bradykiniinin puoliintumisaika merkittävästi alhaisempi kuin II-genotyypin arvoissa.  Näin ollen D/D-genotyypin deleetioiden myötä ACE:n tuotanto kasvaa, mikä merkitsee suurempaa angiotensiini II pitoisuutta ja nopeampaa bradykiniinin hajotusta. Näiden seurauksena verenpaine nousee valtioverisuonten supistuessa. Vastaavasti I/I-genotyypin insertioiden myötä angiotensiini II:sta ei muodostu normaaliin tapaan ja bradykiniinin hajotus inhiboituu, josta seuraa verenpaineen aleneminen.  

 Lähteet 

 Aiheesta muualla 
Huippu-urheilijan geeni löytyi?
Sprintteri pinkoo pyrähdyssoluilla

Luokka:Geenit