Генетические маркеры предрасположенности к занятиям футболом

Генетические  маркеры предрасположенности к  занятиям футболом

 

ВВЕДЕНИЕ 

Высокая конкуренция на международной  спортивной арене требуют неустанного  поиска новых эффективных, методических, организационных и управленческих решений в многолетней подготовке футболистов. Важную роль в этой системе  играет процесс совершенствования  комплексного контроля и отбора перспективных  футболистов на всех этапах многолетней  подготовки.

 В настоящее время  признано аксиомой, что высоких  спортивных результатов может  достичь лишь талантливый человек,  обладающий определенным комплексом  генетических предпосылок к данному  виду деятельности [3]. Еще в 80-90 гг. прошлого столетия учеными  были разработаны диагностические  комплексы, позволяющие определять  спортивные задатки по серологическим, гормональным, морфологическим и  функциональным маркерам. С совершенствованием  методов молекулярной биологии  появилась возможность определения  генотипов уже сразу после  рождения ребенка. В связи с  этим, внедрение молекулярно-генетических  методов в практику спортивной  науки существенно повысило прогностические  возможности спортивного отбора  и профессиональной ориентации  и привело к формированию молекулярной  генетики спорта.

В спортивной генетике под  термином «молекулярно-генетический маркер»  понимается определенный аллель (вариант) гена, ассоциированный с развитием  и проявлением какого-либо физического  или психического качества, антропометрических, композиционных и других показателей.

В медико-биологическом аспекте  элитный спортсмен представляет собой носителя большого числа аллелей  генов с нужными для занятий  каким-либо видом двигательной деятельности характеристиками. В соответствии с  генетической концепцией спортивного  отбора, частота благоприятствующих проявлению какого-либо физического  качества аллелей значимо выше у  спортсменов по сравнению с контрольной  группой и достигает максимальных значений у высококвалифицированных  атлетов [1].

С физиологической точки  зрения, футбол представляет собой  преимущественно динамическую работу переменной интенсивности. Во время игры в различной последовательности и соотношении с разными интервалами чередуются упражнения, отличные по характеру, мощности и продолжительности. Интенсивность физической нагрузки во время игры колеблется от умеренной до максимальной. Основную часть нагрузки футболиста составляет работа скоростно-силового характера достаточно большой мощности, требующая проявления высокого уровня общей, скоростной и специальной выносливости [2].

Необходимость развития и  совершенствования всего этого  набора качеств как раз и составляет главную сложность организации  и проведения тренировочного процесса в футболе. Если же учесть, что многие психические, психофизиологические или  физические качества являются антагонистами, то одновременное развитие их с помощью  варьирования различных физических нагрузок, составляющих на сегодняшний  день главный арсенал тренировочных  средств в футболе, представляет собой почти неразрешимую задачу. Не случайно в современном, особенно клубном и профессиональном, футболе широко распространены поиск и «покупка» талантливых игроков, которых природа уже наградила почти всеми необходимыми качествами [2].

К настоящему времени ассоциация полиморфизмов генов с предрасположенностью к занятиям футболом изучена мало. Так, например, известно, что среди  испанских футболистов высокого класса чаще всего встречаются носители генотипа RR по гену альфа-актинина-3 (ACTN3) [10]. Ранее уже было показано, что  наличие этого генотипа ассоциируется  с выдающимися скоростно-силовыми возможностями [13], чем не преминула  воспользоваться Австралийская  футбольная лига в отборе детей для  занятий футболом.

Цель настоящего исследования заключалась в изучении распределения  частот аллелей генов у футболистов  различной специализации и квалификации.

Для поиска ассоциаций были выбраны генетические маркеры, гипотетически  способные оказать прямое либо косвенное  влияние на скоростно-силовые качества, выносливость, а также мышечную массу: R577X полиморфизм гена ACTN3, Gly482Ser полиморфизм  гена 1-альфа-коактиватора гамма-рецептора, активируемого пролифераторами пероксисом (PGC1A), 2528G>C полиморфизм гена альфа-рецептора, активируемого пролифераторами пероксисом (PPARA), Pro12Ala полиморфизм гена гаммарецептора, активируемого пролифераторами пероксисом (PPARG), Ala55Val полиморфизм гена разобщающего белка-2 (UCP2), -55C/T полиморфизм гена разобщающего белка-3 (UCP3), G-634C и A-2578C полиморфизмы гена фактора роста эндотелия сосудов (VEGF).

В таблице 1 представлены основные функции вышеуказанных генов  и характеристики их полиморфизмов.

 

МЕТОДИКА

В исследовании принял участие 41 футболист (мужчины в возрасте 18,9±1,2 лет). На момент получения биологического материала для генотипирования 3 спортсмена являлись кандидатами в мастера спорта (КМС) и 38 спортсменов имели взрослый разряд.

Контрольная группа состояла из 490 мужчин (возраст - 14-40 лет), жителей  и студентов Санкт-Петербурга и  Москвы, а также учащихся средних  школ г. Набережные Челны. Главным условием для включения испытуемых в контрольную группу являлось отсутствие стажа регулярных занятий какими-либо видами спорта (по данным анкетирования респонденты не указывали наличие спортивного разряда).

Выделение ДНК из эпителиальных  клеток ротовой полости. Для молекулярногенетического анализа использовали образцы ДНК испытуемых, выделенные 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. Полиморфизмы генов определяли с использованием двухпраймерной системы по методам, описанным ранее [1,5-7,9,13]. Для гидролиза ампликонов применяли специфические эндонуклеазы рестрикции. Анализ длин рестрикционных фрагментов продуктов проводили путем электрофоретического разделения.

Статистический анализ данных проводили, используя пакет прикладных программ «GraphPad InStat». Значимость различий в частоте аллелей сравниваемых выборок определяли с использованием критерия хи-квадрат (для больших выборок) или точного теста Фишера (для малых выборок). Различия считались статистически значимыми при p<0.05.

 

Таблица 1

 

Описание основных функций генов ACTN3, PGC1A, PPARA, PPARG, UCP2, UCP3, VEGF

и их аллельных  вариантов

 

 

РЕЗУЛЬТАТЫ И  ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Анализ распределения  частот аллелей по полиморфизмам  изучаемых генов в группе футболистов  и в контрольной выборке выявил между ними статистически значимые различия. Как видно из таблицы 2, частота PGC1A Ser (аллель быстроты и силы), PPARA C (аллель быстроты и силы), UCP2 Val (аллель высокой метаболической эффективности мышечной деятельности) и VEGF 634C (аллель выносливости) аллелей была значимо выше у футболистов по сравнению с контрольной группой.

 

 Таблица 2

 

Распределение частот аллелей генов у футболистов  и в контрольной группе

 

 

Интересно отметить, что  преобладающие в группе футболистов  аллели являются антагонистами (в одном  случае благоприятствующие проявлению быстроты и силы, в другом – выносливости). Однако в биохимическом аспекте  эти аллели не интерферируют друг с другом: PGC1A Ser и PPARA C аллели увеличивают утилизацию глюкозы (и, соответственно, анаэробную мощность скелетных мышц и миокарда); UCP2 Val аллель повышает КПД энергопродукции; VEGF 634C аллель повышает аэробные возможности за счет увеличения капилляризации скелетных мышц и миокарда.

Помимо обнаружения значимых аллелей, следует выделить аллели, преобладающие  в группе футболистов по сравнению  с контролем, но лишь на уровне значимости, близкой к p=0.05. Это – PPARG Ala (аллель быстроты и силы: увеличивает утилизацию глюкозы за счет повышенной чувствительности мышц к инсулину), UCP3 T (аллель выносливости: увеличивает утилизацию жирных кислот) и VEGF 2578C (аллель выносливости: увеличивает капилляризацию мышц) аллели (табл. 2). Что касается ACTN3 R аллеля (аллель быстроты и силы), который преобладал у испанских футболистов [10], то в нашем исследовании существенных различий в частоте аллелей по ACTN3 получено не было. Тем не менее, заметим, что все футболисты-КМС являлись носителями генотипа RR.

Проведение комплексного анализа позволило выявить значимое преобладание суммарной частоты  вышеуказанных аллелей у футболистов  по сравнению с контрольной группой (41.9% против 30.4%, P<0.0001).

 

 

Рис. 1. Пример спортивной семьи, в которой все мужчины занимались либо продолжают заниматься футболом (с указанием генотипов по ACTN3, PGC1A, PPARA, PPARG, UCP2, UCP3 и VEGF)

Для установления факта передачи аллелей, благоприятствующих занятиям футболом, нами дополнительно был  проведен генеалогический анализ одной спортивной семьи, в которой все представители мужской линии профессионально занимались футболом (сыновья продолжают заниматься), мать – бегом на короткие дистанции, дочь – спортивной гимнастикой.

В настоящем исследовании у пловцов и в контрольной  выборке нами были изучены полиморфизмы 5 генов, регулирующих активность нескольких десятков генов, вовлеченных в энергообеспечение  мышечной деятельности и обмен кальция. Показано, что частоты аллелей  выносливости преобладают у стайеров и достигают максимальных значений у высококвалифицированных спортсменов. Аналогичным образом частоты  аллелей быстроты/силы превалируют  в группе спринтеров и имеют тенденцию  к повышению по мере роста спортивной квалификации. Эти факты согласуются  с генетической концепцией спортивного  отбора и отражают феномен накопления благоприятных для определенной двигательной деятельности аллелей.

Таким образом, результаты проведенного исследования открыли возможность  создания диагностических комплексов на основе ДНК-технологий для выявления  индивидуальной наследственной предрасположенности  человека к занятиямразличными видами спорта.

 

 

ЛИТЕРАТУРА 

 

1. Ассоциация полиморфизмов  генов-регуляторов с аэробной  и анаэробной работоспособностью  спортсменов / И.И. Ахметов, Д.В.  Попов, И.А. Можайская, С.С. Миссина, И.В. Астратенкова, О.Л. Виноградова, В.А. Рогозкин // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. – 2007. – Т. 93 – №.8. – С. 837-843.

2. Высочин, Ю.В. Факторы, лимитирующие прогресс спортивных результатов и квалификации футболистов / Ю.В. Высочин, Ю.П. Денисенко // Теория и практика физ. культуры. – 2001. – № 2. – С. 17-21.

3. Сергиенко, Л.П. Основы  спортивной генетики : учеб. пособие / Л.П. Сергиенко. – Киев : Вища шк., 2004. – 631 с.

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

5. A Pro12Ala substitution in PPARgamma2 associated with decreased receptor activity, lower body mass index and improved insulin sensitivity / S.S. Deeb, L. Fajas, M. Nemoto, J. Pihlajamaki, L. Mykkanen, J. Kuusisto, M. Laakso, W. Fujimoto, J. Auwerx // Nat Genet. – 1998. – V. 20 (3). – P. 284-7.

6. ACTN3 genotype is associated with human elite athletic performance / N. Yang, D.G. MacArthur, J.P. Gulbin, A.G. Hahn, A.H. Beggs, S. Easteal, K. North // Am J Hum Genet. – 2003. – V. 7 3(3). – P. 627-631.

7. ACTN3 genotype in professional soccer players / C. Santiago, M. GonzalezFreire, L. Serratosa, F.J. Morate, T. Meyer, F. Gomez-Gallego, A. Lucia // Br J Sports Med. – 2007. – 5 June. – 10.1136/bjsm.2007.039172.

8. DNA sequence variation in the promoter region of the VEGF gene impacts VEGF gene expression and maximal oxygen consumption / S.J. Prior, J.M. Hagberg, C.M. Paton, L.W. Douglass, M.D. Brown, J.C. McLenithan, S.M. Roth // Am J Physiol Heart Circ Physiol. – 2006. – V. 290. – P. 1848-1855.

9. Effect of polymorphism of uncoupling protein 3 gene -55 (C>T) on the resting energy expenditure, total body fat and regional body fat in Chinese / Q.C. Fang, W.P. Jia, M. Yang, Y.Q. Bao, L. Chen, R. Zhang, K.S. Xiang // Chin J Cardiovasс Diseas. – 2005. – 22 (5). – P. 485-488. 10. Polymorphisms in vascular endothelial growth factor gene are associated with increased risk of acute rejection in renal transplant recipients / M. Shahbazi, A.A. Fryer, V. Pravica, I.J. Brogan, H.M. Ramsay, I.V. Hutchinson // J Am Soc Nephrol. – 2002. – V. 13. – P. 260-264.

11. PPARalpha gene variation and physical performance in Russian athletes / I.I. Ahmetov, I.A. Mozhayskaya, D.M. Flavell, I.V. Astratenkova, A.I. Komkova, E.V. Lyubaeva, P.P. Tarakin, B.S. Shenkman, A.B. Vdovina, A.I. Netreba, D.V. Popov, O.L. Vinogradova, H.E. Montgomery, V.A. Rogozkin // Eur J Appl Physiol. – 2006. – V. 97 (1). – P. 103-108.

12. PPARGC1A genotype (Gly482Ser) predicts exceptional endurance capacity in European men / A. Lucia, F. Gomez-Gallego, I. Barroso, M. Rabadan, F. Bandres, A.F. San Juan, J.L. Chicharro, U. Ekelund, S. Brage, C.P. Earnest, N.J. Wareham, P.W. Franks // J Appl Physiol. – 2005. – V. 99 (1). – P. 344-8.

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