Влияние полиморфизма гена разобщающего белка 3 (UCP3) на ремоделирование миокарда и аэробную работоспособность спортсменов

СПОРТИВНАЯ МЕДИЦИНА

ВЛИЯНИЕ ПОЛИМОРФИЗМА ГЕНА РАЗОБЩАЮЩЕГО БЕЛКА 3

НА РЕМОДЕЛИРОВАНИЕ МИОКАРДА И АЭРОБНУЮ РАБОТОСПОСОБНОСТЬ

СПОРТСМЕНОВ

И.И. АХМЕТОВ, ВНИИФК; Ш.Б. ГОРИЕВА, ФГУ Российский кардиологический научно-производственный комплекс Росмедтехнологий, НИИ клинической кардиологии им. А.Л. Мясникова; Д.В. ПОПОВ, С.С. МИССИНА,О.Л. ВИНОГРАДОВА, ГНЦ РФ Институт медико-биологических проблем РАН; О.А. САРАЕВ, Федерация гребного спорта России

Аннотация

Цель исследования заключалась в изучении взаимосвязи -55С/Т полиморфизма гена иСРЗ с изменением морфометрических показателей эхокардиографии и физиологическими параметрами у гребцов-академистов (п = 19) в годичном тренировочном цикле. Генотипирование осуществляли с помощью анализа полиморфизма длин рестрикционных фрагментов. Эхокардиографическое исследование проводилось на ультразвуковом сканере Л1ока-З500. Выявлена ассоциация иСРЗ Т аллеля с минимальным ростом миокарда и высокой аэробной работоспособностью спортсменов.

Abstract

The aim of the study was to investigate interrelation between UCP3 gene -55С/Тpolymorphism and morphometric echocardiography and physiologic parameters in male rowers (n=19) during 1-year training period. Genotyping was performed by RFLP. Echocardiography was performed by ultrasound scanner Aloka-3500. We found that UCP3 T allele was associated with low myocardial growth and high aerobic performance of athletes.

Ключевые слова: гипертрофия миокарда, UCP3, генетический полиморфизм.

Введение

Разобщающие белки, или термогенины, - это белки, вызывающие разобщение окисления и фосфорилирова-ния в митохондриях скелетных мышц, миокарда и бурой жировой ткани; иными словами, при их функционировании происходит окисление субстрата дыхания, но фосфо-рилирования - синтеза АТФ из АДФ - не происходит, а энергия выделяется в виде тепла [7]. Разобщающий белок 3 (UCP3; uncoupling protein 3) является одним из представителей семейства разобщающих белков и принимает участие в терморегуляции, транспорте жирных кислот, поддержании гомеостаза глюкозы и нейтрализации реактивных форм кислорода, вызывающих липид-

индуцированныи оксидативныи стресс и повреждение митохондрий [6, 9, 13].

Обнаруженный у человека в промоторе гена иСРЗ -55С/Т полиморфизм представляет наибольший интерес, поскольку является функционально значимым и влияет на уровень экспрессии иСРЗ. Показано, что носительство более редкого иСРЗ Т аллеля связано с высокой активностью гена [11], пониженным индексом массы тела и сниженным уровнем жироотложения [1, 8, 10]. иСРЗ Т аллель также ассоциируется с высокими аэробными возможностями у женщин, занимающихся академической греблей [3]. Кроме того, частота иСРЗ Т аллеля в группе российских спортсменов, занимающих-

ся видами спорта с преимущественным проявлением выносливости, составляет 33,2%, что значимо выше по сравнению с контрольной группой (23,8%; p < 0,0001) [4]. На этом основании UCP3 T аллель рассматривают как протективный аллель в отношении риска развития ожирения (в связи с повышенной утилизацией жирных кислот, высокой теплопродукцией и высокими анти-оксидантными возможностями), а также как маркер выносливости [4, 10].

Поскольку у человека оксидативный стресс и пониженное окисление жирных кислот являются причиной развития гипертрофии миокарда - неблагоприятного признака, характеризующего неэффективную адаптацию сердца к аэробным нагрузкам [2, 5, 12], то можно предположить вероятную связь полиморфизма гена UCP3 с ремоделированием миокарда у спортсменов.

Цель исследования заключалась в изучении взаимосвязи -55С/Т полиморфизма гена UCP3 с изменением морфометрических показателей эхокардиографии и физиологическими параметрами у гребцов-академистов в годичном тренировочном цикле.

Методика

19 спортсменов (мужчины; рост - 191,2 (7,2) см; вес - 88,3 (10,7) кг; возраст - 26,7 (3,8) лет), специализирующихся в академической гребле (12 мастеров спорта, 7 мастеров спорта международного класса и заслуженных мастеров спорта), прошли эхокардиографическое и физиологическое обследования.

ВыделениеДНК. Образцы ДНК испытуемых выделяли методом щелочной экстракции или сорбентным методом в зависимости от способа забора биологического материала (смыв либо соскоб эпителиальных клеток ротовой полости).

Анализ полиморфизма длин рестрикционных фрагментов (ПДРФ). -55C/T полиморфизм гена UCP3 определяли в соответствии с методикой, описанной ранее [3].

Эхокардиография. Эхокардиографическая оценка морфофункциональных характеристик миокарда спортсменов проводилась два раза (ноябрь 2006 и 2007 гг.) в течение годичного тренировочного цикла на ультразвуковом сканере Aloka-3500 с использованием ультразвукового датчика 3,5 МГц в режиме М- и В-сканирования. Определяли общепринятые показатели, характеризующие систолическую и диастолическую функцию сердца с компьютерной обработкой изображения на экране и регистрацией на бумаге. Измеряли и рассчитывали следующие параметры: толщину межжелудочковой перегородки в диастолу (МЖП), толщину задней стенки левого желудочка (ЛЖ) в диастолу (ЗСЛЖ), конечнодиастолический размер ЛЖ, конечно-систолический размер ЛЖ, конечно-диастолический объем ЛЖ, конечно-систолический объем ЛЖ, массу миокарда ЛЖ (ММЛЖ, г) и индекс ММЛЖ (ИММЛЖ, г/м2).

ММЛЖ рассчитывали с помощью формулы:

ММЛЖ =

= 1,04 х ((КДР + МЖП + ЗСЛЖ)3 - КДР3) - 13,6.

Определение показателей аэробной работоспособности в тесте со ступенчато повышающейся нагрузкой до отказа. Определение аэробных возможностей в тесте с нарастающей нагрузкой производили однократно (2006 г.) на механическом гребном эргометре PM3 (Concept II, США). Начальная нагрузка составила 150 Вт, длительность ступени - 3 мин, время отдыха между ступенями - 30 с. Работа выполнялась до отказа (снижение мощности гребка > 30 Вт от заданной мощности, дыхательный коэффициент > 1,1).

Во время теста постоянно (каждый дыхательный цикл) регистрировали показатели газообмена и частоту сердечных сокращений (ЧСС, уд./мин) (газоанализатор MetaMax 3B, Cortex, Германия). Максимальное потребление кислорода (МПК, л/мин) определяли по значениям усредненных за последние 30 с каждой ступени теста показателей газообмена. Содержание лактата в крови определяли электрохимическим методом (Super GL easy, Dr. Mueller, Германия); капиллярную кровь (20 мкл) брали из пальца после каждой ступени и сразу после окончания работы (La^^, ммоль/л).

Статистическая обработка данных была выполнена с применением компьютерной программы «GraphPad InStat». Определяли: средние значения (M) и среднее квадратическое отклонение (s). Сравнение групп по количественному признаку проводили с помощью непарного теста и дисперсионного анализа. При проведении корреляционного анализа использовали критерий Спирмена. Различия считались статистически значимыми при p < 0,05.

Результаты исследования и их обсуждение

1. Анализ распределения частот генотипов и аллелей по гену UCP3.

Частота UCP3 CC, CT и TT генотипов у гребцов-академистов составила 47,4, 42,1 и 10,5%. При этом частота UCP3 T аллеля (31,6%) у них была выше по сравнению с популяционными данными (23,8%). Отметим, что ранее уже было выявлено значимое преобладание UCP3 T аллеля у российских стайеров по сравнению с лицами, не имевшими спортивного стажа, и высказано предположение, что данный аллель является благоприятным для занятий видами спорта с преимущественным проявлением выносливости [4].

2. Выявление взаимосвязи полиморфизма гена UCP3 с морфометрическими показателями эхокардиографии.

Исходно среднее значение ММЛЖ у гребцов-академистов составило 308 (77) г и значимо не отличалось от данных повторного тестирования через год (315 (44) г; p > 0,05). Вместе с тем если у спортсменов с UCP3 CC генотипом изменения ММЛЖ были положительными (53,8 г), то у носителей UCP3 T аллеля -отрицательными (-25 г).

Наиболее значимые различия в ремоделировании миокарда между носителями разных генотипов были получены на примере прироста толщины МЖП в течение годичного тренировочного цикла. Максимальный

прирост толщины МЖП наблюдался у носителей С С генотипа (3 (1,4) мм), средний - у спортсменов с СТ генотипом, наименьший и отрицательный - по ТТ генотипу (- 1 мм; г = 0,97; р = 0,017).

На основании полученных данных можно предположить, что у гребцов-академистов с иСРЗ СС генотипом адаптация сердечно-сосудистой системы к физическим нагрузкам осуществляется по нерациональному пути с развитием неэффективной гипертрофии миокарда, снижающей физическую работоспособность, в то время как наличие иСРЗ Т аллеля является наиболее оптимальным для сердечно-сосудистой деятельности при занятиях академической греблей. Вместе с тем эти результаты необходимо рассматривать как предварительные.

3. Выявление взаимосвязи генотипов по иСРЗ с физиологическими показателями.

Определение показателей аэробной работоспособности в тесте со ступенчато повышающейся нагрузкой до отказа показало, что носители иСРЗ Т аллеля в среднем показывают МПК на 1 л/мин больше, чем спортсмены с иСРЗ СС генотипом (МПК: СС - 4,54 (0,87) л/мин, СТ + ТТ - 5,59 (0,26) л/мин; р = 0,007).

Можно утверждать, что иСРЗ Т аллель ассоциируется с высокой аэробной работоспособностью у гребцов-академистов, что также подтверждается результатами предыдущей работы на примере российских спортсменок, занимающихся академической греблей [3].

Функциональная значимость -55С/Т полиморфизма гена иСРЗ может быть связана с локализацией этого вариабельного участка в промоторной области гена. Однонуклеотидная замена нуклеотида С на Т приходится

на локус, расположенный рядом с ТАТА-боксом (выше на 6 пар оснований) и РРАИ-отвечающим элементом (ниже на 4 пары оснований) [10]. Предполагается, что наличие Т аллеля может модифицировать ответ гена на присоединение к его промотору транскрипционных факторов семейства ядерных рецепторов, активируемых пролифераторами пероксисом (РРАИ). С этим может быть связан тот факт, что иСРЗ Т аллель экспрессируется в большей степени, чем его аллель-антагонист [11]. Повышенная экспрессия иСРЗ Т аллеля предполагает более высокую утилизацию жирных кислот в миокарде и скелетных мышцах (фактор, повышающий аэробную работоспособность), а также более выраженный про-тективный эффект иСРЗ в плане защиты митохондрий миокарда и скелетных мышц от действия реактивных форм кислорода (фактор, повышающий максимальную производительность сердечно-сосудистой системы и предотвращающий быстрое развитие гипертрофии миокарда). С этой гипотезой согласуются результаты настоящей работы, в которой была обнаружена ассоциация иСРЗ Т аллеля с минимальным приростом толщины межжелудочковой перегородки и высокими значениями МПК у гребцов-академистов.

Таким образом, -55С/Т полиморфизм гена иСРЗ ассоциируется с эхокардиографическими показателями и аэробной работоспособностью гребцов-академистов. Результаты проведенного исследования имеют большое значение в понимании молекулярных механизмов адаптации сердечно-сосудистой системы к аэробным физическим нагрузкам, при подборе оптимальной спортивной специализации, а также в профессиональной подготовке спортсменов.

Литература

1. Ахметов И.И., Дондуковская Р.Р., Рябинкова Е.К., Топанова А.А, Хальчицкий С.Е., Астратенкова И.В. Генетические маркеры предрасположенности к занятиям бодибилдингом и фитнесом // Теория и практика физической культуры. - 2008. - № 1. - C. 74-80.

2. Ахметов И.И., Линде Е.В., Рогозкин В.А. Ассоциация полиморфизмов генов-регуляторов с типом адаптации сердечно-сосудистой системы к физическим нагрузкам // Вестник спортивной науки. - 2008. -№ 1. - С. 38-41.

3. Ахметов И.И., Попов Д.В., Астратенкова И.В., Дружевская А.М., Миссина С.С., Виноградова О.Л., Рогозкин В.А. Использование молекулярно-генетических методов для прогноза аэробных и анаэробных возможностей у спортсменов // Физиология человека. - 2008. -Т. 34. - № 3. - С. 86-91.

4. Ахметов И.И., Хакимуллина А.М., Дружевская А.М., Можайская И.А., Шихова Ю.В., Хальчицкий С.Е., Астратенкова И.В., Комкова А.И., Рогоз-кин В.А. Оценка суммарного вклада аллелей генов в определение предрасположенности к спорту // Теория и практика физической культуры. - 2008. - № 3. -С. 67-72.

5. Линде Е.В., Ахметов И.И., Астратенкова И.В., Федотова А.Г. Роль наследственных факторов в формировании гипертрофии миокарда левого желудочка у высококвалифицированных спортсменов // Международный журнал интервенционной кардиоангиологии. - 2008. - № 13. - С. 56-62.

6. Boss O, Bobbioni-Harsch E., Assimacopoulos-Jean-net F., Muzzin P., Munger R., Giacobino J.P., Golay A. Uncoupling protein-3 expression in skeletal muscle and free fatty acids in obesity // Lancet. - 1998. - V. 351. - P. 1933.

7. Bouillaud F., Coulpan E., Pecqueur C., Ricquier D. Homologues of the uncoupling protein from brown adipose tissue (UCP1): UCP2, UCP3, BMCP1 and UCP4 // Biochim. Biophys. Acta. - 2001. - V. 1504. - P. 107-119.

8. Halsall D.J., Luan J., Saker P., Huxtable S., Farooqi I.S., Keogh J., Wareham N.J., O’Rahilly S. Uncoupling protein 3 genetic variants in human obesity: the c-55t promoter polymorphism is negatively correlated with body mass index in a UK Caucasian population // Int. J. Obes. Relat. Metab. Disord. - 2001. - V. 25 (4). - P. 472.

9. Hesselink M.K., Mensink M., Schrauwen P. Human uncoupling protein-3 and obesity: an update // Obes. Res. -2003. - V. 11. - P. 1429-1443.

Cd

10. Liu YJ, Liu P.Y., Long J., Lu Y, Elze L, Recker R.R., Deng H.W. Linkage and association analyses of the UCP3 gene with obesity phenotypes in Caucasian families // Physiol. Genomics. - 2005. - 22 (2). - P. 197-203.

11. Schrauwen P., Xia J., Walder K, Snitker S., Ravus-sin E. A novel polymorphism in the proximal UCP3 promoter region: effect on skeletal muscle UCP3 mRNA expression and obesity in male non-diabetic Pima Indians // Int. J. Obes. Relat. Metab. Disord. - 1999. - 23 (12). -P.1242-1245.

12. Seddon M, Looi Y.H., Shah A.M. Oxidative stress and redox signalling in cardiac hypertrophy and heart failure // Heart. - 2007. - V. 93. - P. 903-907.

13. Solanes G, Vidal-Puig A., Grujic D, Flier J.S., Lowell B.B. The human uncoupling protein-3 gene. Genomic structure, chromosomal localization, and genetic basis for short and long form transcripts // J. Biol. Chem. - 1997. -V.272.- P. 25433-25436.