Краткое сообщение генетическая предрасположенность к физической работоспособности у спортсменов гребцов

Вид материала

Содержание

Материалы и методы
Список литературы
Подписи к рисункам.
Таблица 1. морфофизиологические характеристики гребцов.

Подобный материал:

УДК 575:599.9

КРАТКОЕ СООБЩЕНИЕ

ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ПРЕДРАСПОЛОЖЕННОСТЬ К ФИЗИЧЕСКОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ У СПОРТСМЕНОВ - ГРЕБЦОВ

Глотов А.С.^2,3*, Глотов О.С.^2,3, Москаленко М.В., Иващенко Т.Э.², Петров М.Г.⁴, Рогозкин В.А.¹, Баранов В.С.

¹ГУ Санкт-Петербургский НИИ физической культуры, 197110, Россия, Санкт- Петербург, ул. Динамо 2, телефон/факс (812) 237-04-61, E-mail: fizcult@wplus.net

²ГУ НИИ акушерства и гинекологии РАМН им. Д.О. Отта, 199034, Россия, Санкт- Петербург, Менделеевская линия 3, телефон/факс: (812) 328-04-87, netics.spb.ru

³Санкт-Петербургский государственный университет, 199034 , Россия, Санкт- Петербург, Университетская набережная 7/9, Биолого-почвенный факультет, Кафедра генетики и селекции, телефон: (812) 328-15-90.

⁴Санкт-Петербургская академия физической культуры им. П.Ф. Лесгафта, 190121, Россия, Санкт-Петербург, ул. Декабристов, 35, тел. (812) 318-51-39, факс. (812) 114-10-84.

АННОТАЦИЯ

Методом ПЦР/ПДРФ анализа в группе атлетов (гребцы, N=56, мужчины) исследован полиморфизм пяти генов: ACE (I/D), AGT (M235T), AGT2R1 (A1166C), VDR (Taq), ecNos (27 п.н. повтор). Показано достоверное отличие частоты генотипа T/M гена AGT между группой гребцов (68%) и контрольной группой (мужчины среднего возраста) (31%) – р<0,01. Выявлено возрастание частот генотипа I/D гена АСЕ (57% у гребцов и 35% в контрольной группе), А/А гена AGT2R1 (57% и 39%), 4/5 гена ecNos (38% и 31%), t/t гена VDR (20% и 12%). При сравнительном анализе частот генотипов исследованных генов между группами спортсменов разной квалификации и контрольной выборкой выявлено увеличение показателей силы и выносливости у высококвалифицированных спортсменов, имеющих генотип T/M гена AGT. Можно рассматривать M235T полиморфизм гена AGT, как один из генетических маркеров физических качеств у гребцов. Этот тест может быть использован при проведении первичного отбора спортсменов данной специализации.

ВВЕДЕНИЕ

Формирование, проявление и развитие физических качеств человека подчинено сложной цепи взаимодействия генетических факторов и внешнего влияния окружающей среды, которая в процессе многолетней спортивной подготовки включает тренировочные воздействия, соревновательные нагрузки и необходимые средства восстановления. В результате такого взаимодействия наследственные признаки могут проявляться полностью или частично. Очевидно, можно говорить о наследовании определенной генетической предрасположенности к проявлению различных физических качеств человека, развитие которых зависит от биосоциальных условий. Молекулярно-генетические исследования предрасположенности человека к выполнению физических нагрузок постепенно расширяют позиции в спортивной генетике. Идентификация генетических маркеров, позволяющих прогнозировать развитие физических качеств человека, имеет большое практическое значение для наиболее эффективного отбора в виды деятельности, связанные с большими физическими нагрузками [1].

Основные направления этих исследований связаны с генами ренин-ангиотензиновой системы [2-5], к которым относятся гены ангиотензин-превращающего фермента (АСЕ), ангиотензиногена (AGT), рецептора к ангиотензиногену II (AGT2R1). Как известно, белковые продукты генов данной системы участвуют в регулировании артериального давления и в поддержании водно-солевого баланса в почке, регулируя, таким образом, общий гомеостаз организма человека. Наиболее изученным генетическим маркером физической работоспособности является I/D полиморфизм гена ангиотензин-превращающего фермента (АСЕ). К примеру, у бегунов на длинные дистанции и велосипедистов преобладает I/I генотип, тогда как у бегунов на короткие дистанции, штангистов и пловцов – D/D [2,3]. Кроме того, показано, что полиморфизм по генам ангиотензиногену (AGT), рецептору к ангиотензиногену II (AGT2R1), рецептору витамина Д (VDR3) и эндотелиальной NO синтазы (ecNOS) также может являться фактором, предрасполагающим к повышенной физической работоспособности. Белковые продукты двух последних генов так же, как и генов ренин-ангиотензиновой системы имеют большое значение при формировании определенного физического статуса организма. NO синтаза – ключевой фермент регуляции тонуса кровеносных сосудов, работы гладкомышечной мускулатуры сосудистой стенки и процесса тромбообразования. Рецептор VDR - ключевой регулятор метаболизма костной ткани, который определяет уровень всасывания кальция в костях, активность ремоделирования костной ткани и продукцию паратиреоидного гормона [6].

Основной целью исследования явилось изучение возможной ассоциации полиморфизма нескольких генов с проявлением физической работоспособности у спортсменов-гребцов.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Работа выполнена на образцах ДНК, выделенных стандартными методами, из клеток букального эпителия и лимфоцитов периферической крови. Критериями отбора спортсменов служили следующие тесты: а) на выносливость: гребля на “Концепте 11” – 12 мин (оценивалось пройденное расстояние и мощность) – тест 1, модифицированный тест Купера – 2 км (оценивалось время выполнения и мощность) – тест 2, модифицированный тест Купера на велоэргометре – 12 мин (оценивалось пройденное расстояние) – тест 3; б) на силу: 10 максимальных гребков (оценивалось время выполнения и мощность) - тест 4. Кроме того, учитывался уровень спортивного мастерства: анализируемую группу атлетов составили 6 мастеров спорта, 26 кандидатов в мастера спорта и 24 спортсмена, имеющих 1 разряд.

Методом полимеразной цепной реакции и анализом полиморфизма длины рестрикционных фрагментов исследован полиморфизм пяти генов: ACE (I/D), AGT (M235T), AGT2R1 (A1166C), VDR (Taq1 полиморфизм), ecNos (27 п.н. повтор) в группе спортсменов (гребцы, N=56, мужчины) и в контрольной выборке (индивидуумы среднего возраста, N=26, мужчины).

Смесь для амплификации объемом 25 мкл включала 67 мМ трис-НСI, рН 8.8 при 25^оС; 16.6 мМ (NH₄)₂SO₄; 6.7 мМ MgCI₂; 6.7 мкм ЭДТА; 10 мМ 2-меркаптоэтанола, 170 мкг БСА, смесь четырех основных dNTP в концентрации 1.0 мМ каждого и термостабильную ДНК-полимеразу 0,2 ед/мкл и по 0.001 оптической единицы каждого олигопраймера. Для амплификации использовали программируемый термоциклер фирмы “Perkin Elmer, Cetus” (USA) или ДНК-амплификатор фирмы “ДНК-технология” (Россия).

Для амплификации фрагментов генов ACE (F: 5'-CTGGAGA CCACTCCCATCCTTTCT-3, R: 5'-ATGTGGCCATCACATTCGTCAGAT-3) и ecNos (F: 5'-AGGCCCTATGGTAGTGCCTT-3', R: 5'-TCTCTTAGTGCTGTGGTCAC-3') использовали следующие условия ПЦР: предварительная денатурация 94⁰С (7мин), 30 циклов амплификации: 94⁰С (1мин), 62⁰С (1мин), 72⁰С (1мин 10сек). Заключительный синтез 72^оС - 5 мин. Размер ПЦР продукта гена АСЕ: I аллель - 477 п.о. и D аллель - 190 п.о.; гена ecNos: “4” аллель - 370 п.о. и “5” аллель - 397 п.о.

Для амплификации фрагмента гена VDR (F: 5'-GATGATCCAGAAGCTAG CCGACCT -3, R: 5'- GCAACTCCTCATGGCTGAGGTCT -3) использовали следующие условия ПЦР: предварительная денатурация 94⁰С (7мин), 30 циклов амплификации: 94⁰С (1мин), 58⁰С (1мин), 72⁰С (1мин 30сек). Заключительный синтез 72^оС - 5 мин. Ферментативный гидролиз ПЦР продукта гена VDR эндонуклеазой Taq1 (Сибэнзим) проводили при 65^оС в течение 3 ч в 10 мкл реакционной смеси, содержащей 5 мкл ПЦР продукта, 1мкл 10Х буфера (рекомендованного производителем) и 5 ед. рестриктазы Taq I. Размер ПЦР продукта гена VDR: T аллель - 360 п.о. и t аллель - 248 п.о. и 112 п.о.

Для амплификации фрагмента гена AGT (F: 5'- CCGTTTGTGCAGGG CCTGGCTCTC-3, R: 5'- CAGGGTGCTGTCCACACTGGACCCC-3) использовали следующие условия ПЦР: предварительная денатурация 94⁰С (7мин), 10 циклов амплификации: 94⁰С (1мин), 68⁰С (1мин), 72⁰С (1мин) и 18 циклов амплификации: 90⁰С (30сек), 68⁰С (1мин), 72⁰С (30сек). Заключительный синтез 72^оС - 10 мин. Ферментативный гидролиз ПЦР продукта гена AGT эндонуклеазой TthI111 (Сибэнзим) проводили при 65^оС в течение 6 ч в 10 мкл реакционной смеси, содержащей 7 мкл ПЦР продукта, 1мкл 10Х буфера (рекомендованного производителем) и 10 ед. рестриктазы TthI111. Размер ПЦР продукта гена AGT: T аллель - 165 п.о. и M аллель - 139 п.о. и 26 п.о.

Для амплификации фрагмента гена AGT2R1 (F: 5'- CACCATGTTTTGAGGTTGAGTGACA-3, R: 5'-AAAGTCGGTTCAGTCCAC ATAATGC-3) использовали следующие условия ПЦР: предварительная денатурация 94⁰С (7мин), 40 циклов амплификации: 94⁰С (1мин), 57⁰С (1мин), 72⁰С (1мин). Заключительный синтез 72^оС - 7 мин. Ферментативный гидролиз ПЦР продукта гена AGT2R1 эндонуклеазой BstDE1 (Сибэнзим) проводили при 60^оС в течение 3 ч в 10 мкл реакционной смеси, содержащей 3 мкл ПЦР продукта, 1мкл 10Х буфера (рекомендованного производителем) и 10 ед. рестриктазы BstDE1 . Размер ПЦР продукта гена AGT2R1: A аллель - 165 п.о. и C аллель – 103 п.о. и 62 п.о.

После амплификации и рестрикции продукты реакции анализировали электрофорезом в 6,0% полиакриламидном геле с последующей окраской этидиумбромидом и визуализацией в проходящем УФ на трансиллюминаторе Мarcovue (LKB,UK).

Определение достоверности различий популяционных частот производили методом χ²по стандартной формуле (Microsoft Excel).

РЕЗУЛЬТАТЫ

При исследовании генетического полиморфизма (ACE (I/D полиморфизм), AGT (M235T), AGT2R1 (A1166C), VDR (Taq1 полиморфизм), ecNos (27 п.н. повтор)) в группе гребцов (в табл. 1 приведены основные характеристики спортсменов) и в контрольной группе нами выявлены различия в частотах генотипов данных генов между этими двумя выборками (рис. 1а). Показано достоверное увеличение частоты генотипа T/M гена AGT в группе гребцов (68%) по сравнению с контрольной группой (31%)(р<0,01). Также обнаружено возрастание частот генотипа I/D (АСЕ), генотипа А/А (AGT2R1), генотипа 4/5 (ecNos) и генотипа t/t (VDR) в группе гребцов (57%; 57%; 37,5%; 19,7% соответственно) по сравнению с контрольной выборкой (35%; 39%; 31%; 12% соответственно). Однако данные различия статистически не достоверны.

При сравнительном анализе частот генотипов исследованных генов между группами спортсменов разной квалификации и контрольной выборкой выявлено увеличение показателей силы и выносливости у высококвалифицированных спортсменов, имеющих генотип T/M гена AGT (рис. 1б). Показано снижение частоты данного генотипа в ряду высококвалифицированные спортсмены (I) - квалифицированные спортсмены (II) - контроль (III). Частота T/M генотипа в данном ряду при анализе тестов на выносливость составила: 91%-50%-31%, соответственно для каждой из групп (1 тест), 80%-56%-31% (2 тест), 80%-67%- 31% (3 тест) и 83%-55%-31% при анализе теста 4 (на силу). Для генотипов других генов подобных ассоциаций выявлено не было.

ОБСУЖДЕНИЕ.

Белковый продукт гена ангиотензиногена (AGT) является одним из ключевых в ренин-ангиотензиновой системе. Т-аллель данного гена ассоциирована с высоким уровнем ангиотензина I в крови и повышенным кровяным давлением. Нередко у лиц, имеющих T/T генотип, развивается гипертрофия левого желудочка сердца [4], что не является благоприятным фактором для занятия греблей – спортом, требующим развития не только силы, но и выносливости. Таким образом, выявленная нами ассоциация генотипа T/M гена AGT с физической работоспособностью и ростом квалификации гребцов, подтверждает гипотезу об отборе для занятий данным видом спорта лиц имеющих нормальное кровяное давление. На наш взгляд, использование генетических маркеров для спортивного отбора (тестирование полиморфизма гена AGT) существенно упростит задачу формирования групп лиц, перспективных для занятий греблей и достижения высоких результатов в этом виде спорта.

Отмеченное нами возрастание частоты некоторых генотипов для других полиморфных локусов ренин-ангиотензиновой системы (ACE - генотип I/D; AGT- генотип A/A), а также генов VDR (генотип t/t), ecNos (генотип 4/5) у спортсменов-гребцов высокой квалификации косвенно свидетельствует о возможности участия продуктов этих генов в формировании и развитии физических качеств спортсмена.

В заключении необходимо отметить, что изучение и использование генетических маркеров ассоциированных с повышенной физической работоспособностью в спорте будет иметь не только научное, но и социально-экономическое значение, так как позволит повысить надежность и эффективность системы индивидуального отбора и подготовки высококвалифицированных спортсменов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Рогозкин В.А. Расшифровка генома человека и спорт // Теория и практика физической культуры. 2001. N. 6. С. 60-63.
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.
Myerson S., Hemingway H., Budget R., Martin J., Humphries S., Montgomery H. Human angiotensin I-converting enzyme gene and endurance performance // J. Appl. Physiol. 1999. V. 87. P. 1313-1316.
Karjalainen J., Kujala U.M., Stolt A., Mantysaari M., Viitasalo M., Kainulainen K., Kontula K. Angiotensinogen gene M235T polymorphism predicts left ventricular hypertrophy in endurance athletes // J. Am. Coll. Cardiol. 1999. V. 34. P. 494-499.
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. 21. P. 221-222.
Tajima O., Ashizawa N., Ishii T., Amagai H., Mashimo T., Liu L.J., Saitoh S., Tokuyama K., Suzuki M. Interaction of the effects between vitamin D receptor polymorphism and exercise training on bone metabolism // J. Appl. Physiol. 2000. V. 88. P. 1271-1276.

ПОДПИСИ К РИСУНКАМ.

Рис.1

а) Анализ полиморфизма генов ACE, AGT, AGT2R1, NOS3, VDR генов у гребцов.

Примечание:

# - при p<0,01 достоверные отличия между гребцами и контрольной группой.

б) Анализ T/M полиморфизма гена AGT у гребцов разной квалификации.

Примечания:

I – Высококвалифицированные гребцы

II – Квалифицированные гребцы

III – Контроль

∆ - при p<0,001 достоверные отличия между гребцами и контролем,

# - при p<0,01 достоверные отличия между гребцами и контролем, * - при p<0,05 достоверные отличия между гребцами и контролем.

ТАБЛИЦА 1. МОРФОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРЕБЦОВ.

Характеристика		Показатель
Возраст, год		18.5 + 4.1
Вес, кг		77.5 + 16.5
Рост, см		181.5 + 17.5
Показатели 1-го теста	Пройденное расстояние, м	3262 + 106(*) и 3453 + 83(#)
Показатели 1-го теста	Мощность, вт	260.5 + 25.5(*) и 302.5 + 15.5(#)
Показатели 2-го теста	Время выполнения, сек	432 + 14(*) и 402.5 + 15.5(#)
Показатели 2-го теста	Мощность, Вт	284.5 + 23.5(*) и 347 + 29(#)
Показатели 3-го теста	Пройденное расстояние, м	7290 + 340(*) и 7955 + 325(#)
Показатели 4-го теста	Время выполнения, сек	14.9 +1.1(*) и 11.9 + 1.9(#)
Показатели 4-го теста	Мощность, вт	533.5 + 38.5(*) и 741.5 + 116.5(#)

Примечание:

* - Квалифицированные гребцы

# - Высококвалифицированные гребцы

#

∆

Адрес для корреспонденции:

Андрей Сергеевич Глотов

Лаборатория пренатальной диагностики наследственных заболеваний человека,

Государственное учреждение научно-исследовательский институт акушерства и гинекологии им. Д.О. Отта, РАМН,

199034, Россия, Санкт- Петербург, Менделеевская линия 3,

Телефон (812) 328-98-09,

Факс (812) 328-04-87,

ссылка скрыта

e-mail: anglotov@mail.ru

Олег Сергеевич Глотов

Татьяна Эдуардовна Иващенко

Михаил Гаврилович Петров,

Виктор Алексеевич Рогозкин

Saint-Petersburg Scientific Research Institute of Physical Culture

Ott's Institute of Obstetrics and Gynecology RAMS

Saint-Petersburg State University

Saint-Petersburg Academy of Physical Culture by P.F. Leshaft

А.S. Glotov

O.S. Glotov

T. E. Ivashchenko

M.G. Petrov

V.A. Rogozkin

Blog

Краткое сообщение генетическая предрасположенность к физической работоспособности у спортсменов гребцов

Содержание