Взаимосвязь полиморфизмов генов с успешностью соревновательной деятельности элитных гребцов

ВЗАИМОСВЯЗЬ ПОЛИМОРФИЗМОВ ГЕНОВ С УСПЕШНОСТЬЮ СОРЕВНОВАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЭЛИТНЫХ ГРЕБЦОВ

И.И. АХМЕТОВ, ВНИИФК; Д.В. РЕБРИКОВ, ЗАО «НПФ ДНКТЕХНОЛОГИЯ»

Аннотация

Цель исследования заключалась в изучении взаимосвязи полиморфизмов генов ACE, ACTN3 и BDKRB2 с успешностью соревновательной деятельности элитных гребцов-байдарочников и каноистов. Генотипирование осуществляли с помощью стандартной полимеразной цепной реакции (ПЦР) и ПЦР в реальном времени. Успешность соревновательной деятельности гребцов (п = 30) определяли по их времени прохождения дистанций на чемпионате России по гребле на байдарках и каноэ (Москва, 2-6 июля 2008 г.). Выявлена ассоциация ACE DD, BDKRB2 -9/-9 и ACTN3 RR/RX генотипов с наилучшими результатами у мужчин-гребцов, выступающих в классах K-2 1000 м, K-4 1000 м и C-2 500 м

соответственно.

Abstract

The aim of the study was to investigate interrelation between ACE, ACTN3 and BDKRB2 gene polymorphisms and success in competition of elite kayakers and canoeists. Genotyping was performed by real-time PCR. The success in competition of kayakers and canoeists (n = 30) was determined by measurement of their rowing time in the Russian Kayak and Canoe Championship (Moscow, July 2-6, 2008). We found that ACE DD, BDKRB2 -9/-9 and ACTN3 RR/RX genotypes were associated with better results in athletes, participating in K-2 1000 m, K-4 1000 m and C-2 500 m boat classes respectively.

Ключевые слова: полиморфизм генов, гребля на байдарках и каноэ.

Введение

Наследственная обусловленность спортивной одаренности несомненна. В настоящее время признано аксиомой, что высоких спортивных результатов может достичь лишь талантливый человек, обладающий определенным комплексом генетических предпосылок к данной деятельности.

Согласно современным представлениям молекулярной генетики спорта, считается, что индивидуальные различия в степени развития тех или иных физических и психических качеств человека во многом обусловлены ДНК-полиморфизмами, которых насчитывается несколько миллионов. ДНК-полиморфизмы - это вариабельные участки в последовательности ДНК, ко-

торые встречаются в популяции с частотой не менее 1% и в подавляющем большинстве случаев обладают нейтральным эффектом. Существуют также полиморфизмы, способные повлиять на степень экспрессии генов, активность функциональных продуктов (белков, РНК) и структуру белков. Именно эти наименее представленные типы полиморфизмов являются предметом ассоциативных исследований спортивных генетиков. Однонуклеотидные полиморфизмы - наиболее частая причина существования нескольких вариантов одного гена (аллелей), на их долю приходится подавляющее большинство вариаций в геноме человека. К полиморфизмам также относятся инсерции/делеции (вставки/выпадения) нескольких пар нуклеотидов, сегментальные дупликации и повторы.

Описание основных функций белковых продуктов генов ACE, ACTN3, BDKRB2 и характеристика их полиморфизмов

Ген; функция кодируемого им белка Взаимосвязь аллелей генов с различными фенотипами

АСЕ; образование ангиотензина-11, активация синтеза альдостерона, распад брадикинина I, преобладание медленных мышечных волокон, предрасположенность к развитию выносливости; В, повышенный сосудистый тонус, преобладание быстрых мышечных волокон, предрасположенность к артериальной гипертензии, гипертрофии миокарда и к развитию скоростно-силовых качеств [4, 5]

АСТ^З; стабилизация сократительного аппарата быстрых мышечных волокон Я, наличие белка альфа-актинина-3 в быстрых мышечных волокнах, предрасположенность к развитию скоростно-силовых качеств; X, отсутствие белка альфа-актинина-3 в гомозиготном состоянии (генотип XX), ограничение скоростно-силового потенциала [3, 8]

ВВКЯВ2; опосредует сосудорасширяющее действие брадикинина -9, высокая транскрипционная активность гена, предрасположенность к эффективному мышечному сокращению и развитию выносливости; +9, предрасположенность к артериальной гипертензии и гипертрофии миокарда [1, 2, 6, 7]

К одним из первых генетических маркеров, исследованных на предмет ассоциации с физическими качествами, следует отнести инсерционно-делеционный полиморфизм гена ангиотензин-превращающего фермента (,ACE I/D), нонсенс-мутацию в гене альфа-акти-нина-3 (ACTN3 R577X) и инсерционно-делеционный полиморфизм гена рецептора брадикинина 2-го типа (BDKRB2 +9/-9). В таблице представлены основные функции белковых продуктов вышеуказанных генов и аллельные характеристики.

Цель настоящего исследования заключалась в изучении взаимосвязи полиморфизмов генов ACE, ACTN3 и BDKRB2 с успешностью соревновательной деятельности элитных гребцов-байдарочников и каноистов.

Методика

30 спортсменов (мужчины - 15 МСМК и 8 ЗМС; женщины - 7 МСМК), специализирующихся в гребле на байдарках (n=20) и каноэ (n=10; мужчины), подписали информированное согласие на участие в генетическом обследовании. Успешность соревновательной деятельности гребцов определяли по их времени прохождения дистанций (финальные заплывы) с использованием лодок различных классов (K-1 500 м, K-1 1000 м, K-2 500 м, K-2 1000 м, K-4 500 м, K-4 1000 м; C-1 500 м, C-1 1000 м, C-2 500 м, C-2 1000 м) на чемпионате России по гребле на байдарках и каноэ, прошедшем 2-6 июля 2008 г. в Москве (технические результаты доступны на официальном сайте Всероссийской федерации гребли на байдарках и каноэ -http://www.kayak-canoe.ru).

Анализ полиморфизма генов. Образцы ДНК испытуемых выделяли из венозной крови. Полиморфизмы генов ACE, ACTN3 и BDKRB2 определяли с помощью стандартной полимеразной цепной реакции (ПЦР) и ПЦР в реальном времени.

t, с

200-1—=

195

190

185

180

175-

170-

Статистическая обработка данных была выполнена с применением компьютерной программы «GraphPad InStat». Определяли: средние значения (M) и стандартную ошибку среднего (±SEM). Сравнение групп по количественному признаку проводили с помощью дисперсионного анализа (ANOVA). При проведении корреляционного анализа использовали критерий Спирмена. Различия считались статистически значимыми при p < 0,05.

Результаты и их обсуждение

Полученные данные по распределению частот генотипов и аллелей изучаемых генов у спортсменов значимо не отличались от популяционных данных [2, 3, 5].

Обнаружение значимых различий в технических результатах соревнований между гребцами разного пола, несмотря на выступление в одинаковых классах лодок, обусловило проведение раздельного анализа взаимосвязи генотипов с фенотипическими данными. Ассоциация генотипов с результатами соревнований была обнаружена только в группах мужчин. Так, гребцы-байдарочники с ACE DD генотипом (генотип «спринтера») показали наилучшие результаты в классе K-2 1000 м (DD: 195±0 с, ID: 198 с, II: 200 с; r = 0,99, p = 0,0004 (критерий Спирмена)). Кроме того, в классе K-4 1000 м быстрее остальных проплыли носители BDKRB2 -9/-9 генотипа (генотип, благоприятствующий проявлению эффективного мышечного сокращения) (-9/-9: 180,4±0,8 с, +9/-9: 181,4± 1,1 с, +9/+9: 185,7±0,7 с; p = 0,034 (ANOVA)) (см. рисунок). Наличие мутантного генотипа XX по гену ACTN3 (приводит к отсутствию белка альфа-актинина-3 в быстрых мышечных волокнах) ассоциировалось с существенным снижением скорости прохождения дистанции каноистов, выступавших в классе C-2 500 м (XX: 108,3±0,5 с, RX: 100,7 ±0,1 с, RR: 100,7±0,1 с; p = 0,0004 (ANOVA)).

t, с ПО-

108-

106

104

102-

100

98

96

XX

RX

ACTN3

RR

II ID DD +9/+9 +9/-9 -9/-9

АСЕ BDKRB2

Рис. Время (t, с) прохождения соревновательных дистанций байдарочниками (классы K-2 1000 м и K-4 1000 м) и каноистами (С-2 500) в зависимости от генотипов по ACE, BDKRB2 и ACTN3

СЙ

1

Полученные результаты согласуются с ранее опубликованными данными. В частности, на примере российских и британских спортсменов было показано, что частота ACE Б аллеля (аллель, ассоциированный с высоким содержанием ангиотензина II - вазоконстриктора и фактора роста) превалирует в группе спринтеров по сравнению с контролем [4, 5]. Гребля на байдарках и каноэ с прохождением дистанций 200-1000 м представляет собой вид спорта с преимущественным проявлением быстроты и силовой выносливости. На этом основании гребцов-байдарочников и каноистов можно классифицировать в большей степени как спринтеров и средневиков. В нашем исследовании гребцы с ACE ББ генотипом были быстрее носителей ГО и II генотипов на 3 и 5 с, соответственно. Кроме того, наличие BDKRB2 -9/-9 генотипа также давало преимущество гребцам-байдарочникам в заплыве на 1000 м. Этот генотип характеризуется как оптимальный для адаптации сердечно-сосудистой системы к физическим нагрузкам

[1] и ассоциируется с проявлением эффективного мышечного сокращения и выносливости [6, 7]. И, наконец, многочисленные исследования свидетельствуют о том, что отсутствие альфа-актинина-3 (при наличии двух мутантных (XX) копий гена ACTN3) в быстрых мышечных волокнах является лимитирующим фактором в развитии быстроты и силы [3, 8]. В нашем исследовании это было убедительно показано: каноисты с ACTN3 XX генотипом приходили к финишу на 7-8 с позже, чем носители RX и RR генотипов. Все вышесказанное указывает на то, что оптимальными генотипами для успешных занятий греблей на байдарках и каноэ являются ACE DD/ID, ACTN3 RR/RX и BDKRB2 -9/-9, +9/-9 генотипы.

Таким образом, полиморфизмы генов ACE, ACTN3 и BDKRB2 ассоциируются с успешностью соревновательной деятельности у спортсменов, занимающихся греблей на байдарках и каноэ.

Литература

1. Brull D., Dhamrait S., Myerson S., Erdmann J, Woods D., World M., Pennell D., Humphries S., Regitz-Zagrosek V., Montgomery H. Bradykinin B2BKR receptor polymorphism and left-ventricular growth response // Lancet. - 2001. -V. 358 (9288). - P. 1155-6.

2. Dhamrait S.S., Payne J.R., Li P., Jones A., Toor I.S., Cooper J.A., Hawe E, Palmen J.M., Wootton P.T, Miller GJ, Humphries S.E., Montgomery H.E. Variation in bradykinin receptor genes increases the cardiovascular risk associated with hypertension // Eur. Heart J. - 2003. - V. 24 (18). -P. 1672-80.

3. Druzhevskaya A.M., Ahmetov 1.1., Astratenkova I.V., Rogozkin V.A. Association of the ACTN3 polymorphism with power athlete status in Russians // Eur. J. Appl. Physiol. - 2008. - V. 103 (6). - P. 631-634.

4. Myerson S., Hemingway H., Budget R, Martin J., Humphries S., Montgomery H. Human angiotensin ¡-converting enzyme gene and endurance performance // J. Appl. Physiol. - 1999. - V. 87. - P. 1313-1316.

5. Nazarov I.B., Woods D.R., Montgomery H.E., Shnei-der 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.

6. Saunders CJ., Xenophontos S.L., Cariolou MA., Ana-stassiades L.C., Noakes T.D., Collins M. The bradykinin beta

2 receptor (BDKRB2) and endothelial nitric oxide synthase

3 (NOS3) genes and endurance performance during Iron-man Triathlons // Hum. Mol. Genet. - 2006. - V. 15 (6). -P. 979-87.

7. Williams A.G., Dhamrait S.S., Wootton P.T., Day S.H., Hawe E., Payne J.R., Myerson S.G., World M., Budgett R., Humphries S.E., Montgomery H.E. Bradykinin receptor gene variant and human physical performance // J. Appl. Physiol. - 2004. - V. 96 (3). - P. 938-42.

8. Yang N., MacArthur D.G., Gulbin J.P., Hahn A.G., Beggs A.H., Easteal S., North K. ACTN3 genotype is associated with human elite athletic performance // Am. J. Hum. Genet. - 2003. - V. 73 (3). - P. 627-31.

1