Результаты любого спортсмена представляют собой многофакторный фенотип, на который влияют факторы окружающей среды, а также множественные генетические варианты. Различные генетические элементы оказывают большое влияние на такие компоненты спортивных результатов, как выносливость, сила, мощь, гибкость, нервно-мышечная координация, психологические черты и другие характеристики, важные в спорте. В этом литературном обзоре представлены данные, подтверждающие мнение о том, что на физическую работоспособность человека могут влиять генетические профили, особенно в силовых видах спорта.
Одним из первых генетических маркеров, связанных со спортивными результатами, была распространенная генетическая вариация в гене ACTN3 (расположение: 11q13.1), которая приводит к замене аргинина (Arg или R) стоп-кодоном в аминокислоте 577 (C- переход к-Т в экзоне 16; rs1815739; R577X). Ген ACTN3 кодирует белок альфа-актинин-3, саркомерный белок, который является преобладающим белковым компонентом саркомерной линии Z в волокнах скелетных мышц, где они образуют решетчатую структуру, которая скрепляет вместе актин-содержащие тонкие филаменты и стабилизирует сократительный аппарат мышц. ACTN3 экспрессируется в быстрых волокнах II типа, где он играет важную роль в создании взрывных и мощных мышечных сокращений. Аллель 577X содержит изменение последовательности, которое полностью препятствует продукции функционального белка α-актинин-3. [1, с. 1]
Ген COTL1 человека (местоположение: 16q24.1) также был идентифицирован как белок, связывающий нитевидный актин (F-актин), который регулирует актиновый цитоскелет. Этот белок также взаимодействует с партнером по связыванию 5-липоксигеназы (5LO), которая является первым коммитированным ферментом биосинтеза лейкотриенов в лейкоцитах. В полногеномном ассоциативном исследовании (GWAS) аллель COTL1 rs7458 T находился в группе SNP, которые коррелировали со статусом силовых спортсменов и впоследствии реплицировались во всех трех подгруппах силовых спортсменов (независимо от их спортивного уровня. [2, с. 2]
CALCR (расположение: 7q21.3) кодирует пептидный гормон кальцитонин, его рецептор контролирует напрямую гомеостаз кальция. Стимуляция рецептора кальцитонина также регулирует опосредованную остеокластами резорбцию кости. Генетическая изменчивость гена CALCR коррелирует с минеральной плотностью костей и возникновением остеопороза. Можно предположить, что этот SNP может играть роль в регуляции костной массы у людей. Таким образом, спортсмены, несущие специфическую форму CALCR ген, может выиграть от наличия более прочных костей, которые лучше приспособлены, чтобы выдерживать экстремальные нагрузки и переносить нагрузки по сравнению с нормальными условиями нагрузки. [2, с. 3]
Инсулиноподобный фактор роста 1 (IGF-1) кодируется геном IGF1 (расположение: 12q23.2). Эффекты IGF-1 опосредованы рецептором инсулиноподобного фактора роста 1 (IGF-1R; кодируется IGF1R, местоположение: 15q26.3), который является трансмембранным рецептором. Мыши, лишенные рецептора IGF-1, умирают на поздних стадиях развития и демонстрируют резкое снижение массы тела, что свидетельствует о сильном стимулирующем рост эффекте этого рецептора. В исследованиях силовых спортсменов обнаружили, что аллель T IGF1 rs35767 чаще встречается у израильских силовых спортсменов высшего уровня (международный и олимпийский уровень) по сравнению со спортсменами национального уровня. [3, с. 2]
Инсулиноподобный фактор роста 2 (IGF2) представляет собой белковый гормон, который, наряду с IGF1, также играет ключевую роль в росте и дифференцировке скелетных мышц. IGF2 структурно подобен инсулину и действует как регулирующий рост, инсулиноподобный и митогенный фактор. IGF2 кодируется геном IGF2 (расположение: 11p15.5). IGF2 импринтируется по материнской линии и экспрессируется по отцовской линии, что указывает на его ключевую роль в качестве регулирующего фактора роста и развития плода. Частота генотипа rs680 GG была значительно выше среди легкоатлетов-спринтеров и прыгунов по сравнению с тяжелоатлетами, а также среди спринтеров и прыгунов высокого уровня по сравнению с тяжелоатлетами высшего уровня. [5, с. 3]
Гены, которые контролируют клеточные сигнальные пути и регулируют клеточную пролиферацию, являются ключевыми плейотропными факторами, которые могут способствовать полигенному профилю силовых спортсменов. Многие из сигнальных путей включают внутриклеточные вторичные мессенджеры, которые высвобождаются клеткой в ответ на воздействие внеклеточных сигнальных молекул. Одним из генов, взаимодействующих в таком пути вторичного мессенджера, является ген CREM (расположение: 10p11.21), который кодирует модулятор цАМФ-чувствительного элемента. Это фактор транскрипции bZIP, который связывается с чувствительным к цАМФ элементом, обнаруженным во многих вирусных и клеточных промоторах. Это важный компонент цАМФ-опосредованной передачи сигнала во время сперматогенетического цикла, а также других сложных процессов. [4, с. 3]
Следующим членом этой группы является ген IP6K3, кодирующий белок, принадлежащий к семейству инозитолфосфокиназ (IPK). Инозитолгексакисфосфаткиназа 3 (IP6K3) генерирует инозитолпирофосфаты (в частности, IP7–5-дифосфоинозитолпентакисфосфат), которые служат вторичным мессенджером и регулируют различные клеточные функции, контролируя передачу клеточных сигналов и взаимодействуя с другими клеточными компонентами. GWAS в исполнении обнаружили, что IP6K3 ген (местоположение: 6p21.31) rs6942022 Аллель C был связан со статусом силового спортсмена. Более того, в том же исследовании эти результаты были воспроизведены в разных подгруппах силовых спортсменов, что указывает на реальную корреляцию, существующую в отношении этого SNP. [2, с. 3]
В данном обзоре представлены данные, которые подтверждают мнение о том, что на физическую работоспособность человека могут влиять генетические профили, особенно в силовых видах спорта. Тем не менее, необходимо подчеркнуть, что большинство упомянутых выше исследований случай-контроль и ассоциаций еще не были воспроизведены в независимых выборках. Кроме того, большое значение имеют проблемы размера выборки, стратификации населения и качества измерения генотипа/фенотипа. Кроме того, следует подчеркнуть, что каждый локус ДНК, вероятно, может объяснить очень небольшую часть фенотипической изменчивости. Следовательно, для обнаружения ассоциаций необходимы очень большие размеры выборки, и следует рассмотреть различные комбинаторные подходы (с использованием редких мутаций и эпигенетических маркеров).
Литература:
- Yang N, MacArthur DG, Gulbin JP, Hahn AG, Beggs AH, Easteal S, North K. ACTN3 Genotype Is Associated with Human Elite Athletic Performance. Am J Hum Genet. 2003;73:627–631.
- Ischenko DS, Galeeva AA, Kulemin NA, Kostryukova ES, Alexeev DG, Egorova ES, Gabdrakhmanova LJ, Larin AK, Generozov E V, Ospanova EA, Pavlenko A V, Govorun VM, Ahmetov II. Genome-wide association study of elite power athlete status. Eur J Hum Genet. 2015;23:472.
- Ben-Zaken S, Meckel Y, Nemet D, Eliakim A. Can IGF-I polymorphism affect power and endurance athletic performance? Growth Horm IGF Res. 2013b; 23:175–8.
- Wang G, Padmanabhan S, Miyamoto-Mikami E, Fuku N, Tanaka M, Miyachi M, Murakami H, Cheng Y-C, Mitchell BD, Austin KG, Pitsiladis YP. GWAS of Elite Jamaican, African American and Japanese Sprint Athletes. Med Sci Sport Exerc. 2014;46:596–598.
- Ben-Zaken S, Meckel Y, Nemet D, Eliakim A. High prevalence of the IGF2 rs680 GG polymorphism among top-level sprinters and jumpers. Growth Horm IGF Res. 2017; 37:26–30.
