Доктор биологических наук, профессор В.А. Рогозкин Кандидат биологических наук И.В. Астратенкова Бакалавры А.М. Дружевская , О.Н. Федоровская, Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт физической культуры, Санкт-Петербург
Успешная реализация многолетней международной программы "Геном человека" оказала огромное влияние на фундаментальную и прикладную медико-биологическую науку, на многие социальные аспекты жизни. Она позволила выявить специфические гены, тесно связанные с развитием и проявлением наследственных болезней, а также определить гены, ответственные за выполнение нормальных физиологических и метаболических функций человека. В частности, возникла возможность выявить генетические маркеры, или гены предрасположенности, тесно ассоциированные с развитием и проявлением различных физических качеств [1, 2]. Основным генетическим маркером, связь которого со спортивными результатами в разных видах спорта убедительно доказана в исследованиях последних лет, остается ген ангиотензин превращающего фермента (ACE) [3, 6]. Наряду с этим наиболее вероятными кандидатами на роль генетических маркеров в спорте являются гены, определяющие функции сердечно-сосудистой системы: ангиотензиногена (AGT), ангиотензин-II -рецептора 1-го типа (AGT2R1), b2-рецептора брадикинина (b2BKR) и эндотелиальной NO-синтазы (eNOS). Определенные генотипы этих генов в той или иной степени ассоциированы с проявлением качества выносливости и указывают на предрасположенность к выполнению длительной физической работы. В то же время поиск генетических маркеров, определяющих предрасположенность человека к выполнению скоростно-силовых физических нагрузок, пока не привел к убедительным и достоверным результатам.
Цель исследования состояла в выявлении и анализе полиморфизма трех генов: a-актинина-3, АМФ-дезаминазы и ангиотензин превращающего фермента у представителей скоростно-силовых видов спорта
Методика . Работа выполнена на образцах геномной ДНК 97 учащихся ГУСПО СПбУОР № 2, специализирующихся в пяти скоростно-силовых видах спорта: дзюдо, вольной борьбе, греко-римской борьбе, боксе, тяжелой атлетике, а также конькобежцев-спринтеров и гребцов на короткие дистанции. ДНК выделяли из клеток букального эпителия ротовой полости. Полученную ДНК использовали в качестве матрицы в полимеразной цепной реакции (ПЦР) в присутствии двух-трех праймеров. После амплификации генов продукты ПЦР подвергали расщеплению эндонуклеазами рестрикции. Затем проводили разделение фрагментов ДНК с использованием вертикального электрофореза в полиакриламидном геле в присутствии маркерных красителей. Для визуализации полученных фрагментов ДНК после электрофореза их окрашивали флюоресцентным красителем - бромистым этидием и просматривали в ультрафиолетовом свете в трансиллюминаторе. Регистрацию полученных результатов проводили после фотографирования фрагментов ДНК. В качестве популяционного контроля использовали образцы ДНК, полученные у 111 жителей Санкт-Петербурга.
Результаты и обсуждение. Первым изученным геном у спортсменов был ген a-актинина-3 (ACTN3). Известно, что в скелетных мышцах существуют две изоформы белка a-актинина: изоформа a-актинин-2 (ACTN2) и изоформа a-актинин-3 (ACTN3), которые имеют высокую степень гомологичности, но различаются по локализации в мышечных волокнах. Все мышечные волокна содержат a-актинин-2, тогда как белок a-актинин-3 локализован только в быстросокращающихся волокнах скелетных мышц. Оба гена a-актининов (ACTN2 и ACTN3) экспрессируются в скелетных мышцах человека. Ген a-актинина-3 - ACTN3 находится в длинном плече 11-й хромосомы (11q13-q14).
Результаты анализа показали, что в скелетной мышце a-актинины-2 и -3 относятся к главным компонентам Z-дисков, где они связывают тонкие актиновые филаменты. Эти белки выполняют статическую функцию в организации тонких филаментов и взаимодействии между саркомерным цитоскелетом и саркоплазмой, тем самым обеспечивая упорядочение массива миофибрилл. Изоформы a-актининов в скелетных мышцах кроме статической выполняют и регуляторную функцию, принимая участие в регуляции дифференциации и сокращении миофибрилл. Дефицит a-актинина-3 в быстросокращающихся мышечных волокнах может снижать скоростно-силовые показатели физической работоспособности человека. Причиной такого недостатка ACTN3 у человека является однонуклеотидная замена цитозина на тимин в 577-м нуклеотиде кодирующей последовательности, который находится в 16-й экзоне. В результате этого кодон, кодирующий аминокислоту аргинин, превращается в стоп-кодон и останавливается синтез полипептидной цепи белка a-актинина-3. Нуклеотидная форма записи этой мутации - R577X. Наличие полиморфизма в гене ACTN3 позволяет выявить три генотипа: RR-гомозиготы по нормальному аллелю, RX-гетерозиготы, XX-гомозиготы по мутантному аллелю. Около 16% мировой популяции гомозиготны по X-аллелю, и их мышцы не содержат белка a-актинин-3. Однако патологии мышц у таких людей не наблюдается, так как a-актинин-2 компенсирует его отсутствие в Z-дисках быстросокращающихся мышечных волокон. Вместе с тем наличие 577R аллеля, свидетельствующего о присутствии в скелетных мышцах белка a-актинина-3, дает индивидуумам преимущество в проявлении скоростно-силовых физических качеств.
На первой стадии настоящего исследования необходимо было получить информацию о распределении полиморфизма гена АСТN3 в нормальной популяции жителей г.Санкт-Петербурга и провести сравнение с популяцией жителей Европы. Как показывают результаты исследований, частоты встречаемости полиморфизмов гена АСТN3 у жителей Санкт-Петербурга распределились следующим образом: по Х-аллелю - 40 %, по R-аллелю - 60%, а частоты встречаемости генотипа ХХ составляют 17%. Как в российской, так и в европейской популяции доминирующим оказался R-аллель (60%), что хорошо согласуется с аналогичными показателями для жителей других стран [5]. Затем было проведено сравнение генотипов гена АСТN3 среди жителей Санкт-Петербурга и спортсменов. Различия между частотой встречаемости R- и Х-аллелей в популяции жителей Санкт-Петербурга и спортсменов оказались недостоверными. Частота мутантного аллеля Х в контрольной группе составила 40%, а в группе спортсменов - 37%. При рассмотрении трех вариантов генотипа гена АСТN3 обнаружены отличия между группами. Среди спортсменов выявлено достоверное снижение частоты встречаемости гомозигот генотипа ХХ (7%) по сравнению с контрольной группой (17%) (р < 0,05). Смещение распределения генотипов в сторону ХХ произошло не за счет увеличения частоты генотипов RR, указывающего на наличие в мышечных волокнах II типа полноценного белка a-актинина 3, а вследствие более высокой частоты встречаемости гетерозиготного генотипа RX (60%). При сравнении этих данных с частотой обнаружения RX у жителей Санкт-Петербурга (45%) также выявлено достоверное различие (p