Некоторые аспекты ассоциации генов с высокими спортивными достижениями

Большинство работ по генетике спорта направлено на выявление различий между генотипами спортсменов и контрольной группы. Очевидно, генетические различия должны быть и среди спортсменов разной квалификации, поскольку чем больше благоприятных для спорта аллелей содержится в генотипе атлета, тем более высоких результатов он может достичь. Кроме того, спортивная одаренность зависит не только от наличия тех или иных полиморфных вариантов генов, но и от уровня их экспрессии, которая меняется в процессе тренировок у разных людей по-разному.

Цель исследования – сравнить генотипы атлетов разной спортивной квалификации и проанализировать изменение активности генов, обеспечивающих адаптацию спортсменов к физическим нагрузкам. Методом ПЦР проанализированы генотипы 143 представителей 18 национальных команд Беларуси по разным видам спорта. Сравнение генотипов спортсменов разной квалификации (мастеров спорта, мастеров спорта международного класса, заслуженных мастеров спорта) показало, что чем выше квалификация спортсменов, тем чаще встречаются в их генотипах благоприятные для спорта аллельные варианты, что доказывает необходимость соответствующего генетического потенциала для достижения высоких спортивных результатов. У 15 высококвалифицированных спортсменов-конькобежцев проведен анализ экспрессии генов UCP2, HIF1A и MTHFR в ответ на двухнедельную гипоксическую тренировку. Выявлено статистически значимое увеличение среднегруппового уровня мРНК генов UCP2 и MTHFR в ответ на гипоксию, в то время как экспрессия гена HIF1A статистически значимо снизилась. При этом индивидуальные уровни экспрессии генов UCP2, HIF1A и MTHFR как на начальном этапе гипоксической тренировки, так и по ее окончании у спортсменов существенно различались. На примере гена UCP2 показано влияние полиморфизма на экспрессию гена: для носителей генотипа Val/Val гена UCP2 установлена более высокая активность гена по сравнению с носителями генотипов Val/Ala и Ala/Ala. Следовательно, генотипирование и анализ экспрессии генов имеют большое значение для отбора и подготовки спортсменов. 

1. Agresti A. Categorical Data Analysis. 2nd ed. N.Y.: Wiley, 2002;91-101.

2. Ahmetov I.I. Molekulyarnaya genetika sporta [Molecular genetics of sport]. Moscow: Sovetskiy Sport, 2009. (in Russian)

3. Ameln H., Gustafsson T., Sundberg J., Okamoto K., Jansson E., Poellinger L., Makino Y. Physiological activation of hypoxia inducible factor-1 in human skeletal muscle. FASEB J. 2005;19(8):1009-1011. DOI 10.1096/fj.04-2304fje.

4. Barres R., Zierath J.R. DNA methylation in metabolic disorders. Am. J. Clin. Nutr. 2011;93(4):897-900. DOI 10.3945/ajcn.110.001933.

5. Brand M.D., Esteves T.C. Physiological functions of the mitochondrial uncoupling proteins UCP2 and UCP3. Cell Metab. 2005;2(2):85-93. DOI 10.1016/j.cmet.2005.06.002.

6. Buemann B., Schierning B., Toubro S., Bibby B.M., Sørensen T., Dalgaard L., Pedersen O., Astrup A. The association between the val/ala-55 polymorphism of the uncoupling protein 2 gene and exercise efficiency. Int. J. Obes. Relat. Metab. Disord. 2001;25(4):467-471.

7. Döring F., Onur S., Fischer A., Boulay M.R., Pérusse L., Rankinen T., Rauramaa R., Wolfarth B., Bouchard C. A common haplotype and the Pro582Ser polymorphism of the hypoxia-inducible factor-1α (HIF1A) gene in elite endurance athletes. J. Appl. Physiol. 2010; 108(6):1497-1500. DOI 10.1152/japplphysiol.01165.2009.

8. Druzhevskaya A.M. Polimorfizm gena ACTN3 u sportsmenov [R577X polymorphism of the ACTN3 gene in athletes]. Geneticheskie, psikhofizicheskie i pedagogicheskie tekhnologii podgotovki sportsmenov [Genetic, Psychophysical and Pedagogical Technologies of Athlete Training]. Petersburg, 2006;58-67. (in Russian)

9. Janssen P. Lactate Threshold Training. L.: Human Kinetics, 2001.

10. Kikuchi N., Miyamoto-Mikami E., Murakami H., Nakamura T., Min S.K., Mizuno M., Naito H., Miyachi M., Nakazato K., Fuku N. ACTN3 R577X genotype and athletic performance in a large cohort of Japanese athletes. Eur. J. Sport. Sci. 2015;16(6):694-701. DOI 10.1080/17461391.2015.1071879.

11. Kukhtinskaya L.V., Zhur K.V., Kundas L.A. Molecular genetic analysis of genetic markers of adaptation to hypoxia in highly qualified athletes. Prilozhenie k zhurnaly “Vestsі Natsyanalnay akademіі nauk Belarusi” = Supplement to Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. 2012;3:102-105. (in Russian)

12. Kundas L.A., Zhur K.V., Byshnev N.I., Prohorova T.N., Lositskiy Y.A., Mosse I.B. Analysis of genetic markers for resistance to a physical stress in elite collegiate rowers. Molekular. i prikl. genetika = Mol. Appl. Genetics. 2013;14:101-106. (in Russian)

13. Lundby C., Gassmann M., Pilegaard H. Regular endurance training reduces the exercise induced HIF-1α and HIF-2α mRNA expression in human skeletal muscle in normoxic conditions. Eur. J. Appl. Physiol. 2006;96(4):363-369. DOI 10.1007/s00421-005-0085-5.

14. 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., BarnardM., BellJ.D., PrasadK., Rayson M., Talmud P.J., Humphries S.E. Human gene for physical performance. Nature. 1998;393:221-222. DOI 10.1038/30374.

15. Mosse I.B., GoncharA.L. KukhtinskayaL.V., MosseN.I., MalashevichP.N., SemenyakovA.V. Genetic markers of organism resistance to hypoxia. Molekular. i prikl. genetika = Mol. Appl. Genetics. 2010;11:74-82. (in Russian)

16. Mosse I.B., Gonchar A.L., Zhur K.V., Kundas L.A., Byshnev N.I. Molecular genetic analysis of predisposition to various sports. Dosyagnennya i problemi genetiki, selektsii ta biotekhnologii = Achievements and Problems of Genetics, Breeding, and Biotechnology. 2012a;3:332-337. (in Russian)

17. Mosse I.B., Gonchar A.L., Zhur K.V., Kundas L.A., Byshnev N.I., MalashevichP.N., LositskiyE.A., PozdnjakN.V. A system of genetic testing of athletes for resistance to hypoxia. Konsilium = Consilium. 2013;3:17-18. (in Russian)

18. Mosse I.B., Gonchar A.L., Zhur K.V., Mosse N.I., Kundas L.A., Byshnev N.I., Malashevich P.N., Semenyakov A.V. A genotype comparison of different specialization sportsmen by sport gene complex. Molekular. i prikl. genetika = Mol. Appl. Genetics. 2012b;13:19-24. (in Russian)

19. Rigat B., Hubert C., Corvol P., Soubrier F. PCR detection of the insertion/deletion polymorphism of the human angiotensin converting enzyme gene (DCP1) (dipeptidyl carboxypeptidase 1). Nucl. Acids Res. 1992;20(6):1433.

20. Sgourou A., Fotopoulos V., Kontos V., Patrinos G.P., Papachatzopoulou A. Association of genome variations in the reninangiotensin system with physical performance. Human Genomics. 2012;6:24. DOI 10.1186/1479-7364-6-24.

21. Stepto N.K., Coffey V.G., Carey A.L., Ponnampalam A.P., Canny B.J., Powell D., Hawley J. A. Global gene expression in skeletal muscle from well-trained strength and endurance athletes. Med. Sci. Sports Exerc. 2009;41:546-565. DOI 10.1249/mss.0b013e31818c6be9.

22. Terruzzi I., Senesi P., Montesano A., Luzi L. Genetic polymorphisms of the enzymes involved in DNA methylation and synthesis in elite athletes. Physiol. Genomics. 2011;43(16):965-973. DOI 10.1152/physiolgenomics.00040.2010.

23. Wang P., Koehle M.S., Rupert J.L. No association between alleles of the bradykinin receptor-B2 gene and acute mountain sickness. Exp. Biol. Med. 2010;235(6):737-740. DOI 10.1258/ebm.2010.009325.

24. Zempo H., Tanabe K., Murakami H., IemitsuM., MaedaS., KunoS. Agedifferences in the relation between ACTN3 R577X polymorphism and thigh-muscle cross-sectional area in women. Genet. Testing Mol.Biomarkers. 2011;15(9):639-643. DOI 10.1089/gtmb. 2011.0005.

25. Zhur K.V., Kundas L.A., Byshnev N.I., LositskiyY.A., MalashevichP.N., Mosse I.B. Molecular genetic analysis of HIF1A gene to test athlete performance. Molekular. i prikl. genetika = Mol. Appl. Genetics. 2013;13:19-24. (in Russian)