Спортивная Генетика
Дисбактериоз
Восстановление после применения антибиотиков
Лямблиоз
Исследование мочи
Спортивная Генетика
Лабораторная диагностика
Научно-популярная микробиология

Футбольные генетические маркеры

Генетические маркеры предрасположенности к занятиям ФУТБОЛОМ

И.И. Ахметов, А.М. Дружевская, А.М. Хакимуллина, И.А. Можайская, В.А. Рогозкин

 

Всероссийский НИИ физической культуры и спорта

Санкт-Петербургский НИИ физической культуры

 

ВВЕДЕНИЕ

    Высокая конкуренция на международной спортивной арене требуют неустанного поиска эффективных, методических, организационных и управленческих решений в многолетней подготовке футболистов. Важное место в этой системе занимает 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 данной деятельности. Еще в 80-90 гг. прошлого столетия учеными были разработаны диагностические комплексы, позволяющие определять спортивные задатки по серологическим, гормональным, морфологическим и функциональным маркерам. Необходимо отметить, что вышеперечисленные маркеры относятся к внешним признакам – фенотипам, в основе которых лежит взаимодействие множества генотипов с факторами окружающей среды, а потому не позволяют выявить наследственную предрасположенность к двигательной деятельности в ранний период развития человека. 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.

    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.

    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 из психических, психофизиологических или физических качеств являются антагонистами, то одновременное развитие этих качеств с помощью варьирования различными физическими нагрузками, составляющими 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.

    К настоящему моменту 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). Ранее уже было показано, что наличие этого генотипа ассоциируется с выдающимися скоростно-силовыми возможностями, чем не преминула воспользоваться Австралийская футбольная лига в отборе детей для занятий футболом.

    Цель настоящего исследования заключалась в изучении распределения частот аллелей генов, ответственных за энергетическое и кислородное обеспечение мышечной деятельности и мышечное сокращение у футболистов.

    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 гамма-рецептора, 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.

Таблица 1. Описание основных функций генов ACTN3PGC1A, PPARA, PPARG, UCP2UCP3VEGF и их аллельных вариантов.

Ген

Функция белка

Аллели дикого типа

Аллели альтернативного типа

ACTN3

Стабилизация сократительного аппарата быстрых мышечных волокон

R, наличие белка в быстрых мышечных волокнах, аллель быстроты/силы

X, отсутствие белка в гомозиготном состоянии (генотип XX), ограничение скоростно-силового потенциал, аллель выносливости

PGC1A

Регуляция экспрессии генов, вовлеченных в жировой и углеводный обмен

Gly, нормальная утилизация жирных кислот и глюкозы, аллель выносливости

Ser, снижение утилизации жирных кислот, аллель риска развития ожирения

PPARA

Регуляция экспрессии генов, вовлеченных в жировой и углеводный обмен

G, нормальная утилизация жирных кислот и глюкозы, аллель выносливости

C, увеличение утилизации глюкозы, аллель быстроты/силы

PPARG

Регуляция экспрессии генов, вовлеченных в жировой и углеводный обмен

Pro, аллель риск развития сахарного диабета 2 типа

Ala, пониженная транскрипционная активность гена, повышенная чувствительность к инсулину, аллель быстроты/силы

UCP2

Разобщение окислительного фосфорилирования, терморегуляция

Ala, нормальная терморегуляция

Val, увеличение метаболической эффективности мышечной деятельности

UCP3

Транспорт жирных кислот, разобщение окислительного фосфорилирования, терморегуляция

C, нормальная терморегуляция

 

T, больший расход энергии в покое за счет повышенной экспрессии гена, пониженный риск развития ожирения

VEGF

G634C

Стимуляция роста кровеносных и лимфатических сосудов

G, нормальная экспрессия гена

C, высокая экспрессия гена, аллель выносливости

VEGF

A2578C

Стимуляция роста кровеносных и лимфатических сосудов

A, нормальная экспрессия гена

C, высокая экспрессия гена, аллель выносливости

 

МЕТОДИКА

    В исследовании приняли участие 41 футболист (мужчины в возрасте 18,9±1,2 лет; 21 вратарь, 3 защитника, 5 полузащитников, 12 нападающих). На момент получения биологического материала для генотипирования 3 спортсменов 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 на наличие спортивного разряда).

    Выделение ДНК из эпителиальных клеток ротовой полости. Для молекулярно-генетического анализа использовали образцы ДНК испытуемых, выделенных 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. 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.

 

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. При этом частоты аллелей генов не отличались между футболистами различного амплуа.

    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 при преобразовании энергии метаболических процессов в механическую работу; 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 элитных испанских футболистов, 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). Эти данные согласуются с генетической концепцией спортивного отбора и отражают феномен накопления благоприятных для определенной двигательной деятельности аллелей.

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

    Анализ показал, что все мужчины в семье являлись носителями хотя бы одного ACTN3 R аллеля (в том числе дед, хотя его ДНК не подвергалась анализу). Кроме того, отец и сыновья имели от одного до двух PPARA C, UCP2 Val, VEGF 634C и VEGF 2578C аллелей.

    На основании сопоставления данных генеалогического анализа и генетического тестирования общей группы футболистов (n=41) можно предположить, что как минимум 3 генетических маркера являются значимыми при определении наследственной предрасположенности к занятиям футболом. Это PPARA C, UCP2 Val и VEGF 634C аллели. Заметим, что данное предположение вытекает из результатов обследования ограниченного числа футболистов, в основном имеющих невысокую квалификацию.

    В качестве еще одного ограничения настоящей работы отметим факт выбора генов-кандидатов для выявления ассоциации с предрасположенностью к занятиям футболом. В нашем исследовании были изучены 7 полиморфизмов генов, регулирующих энергетическое и кислородное обеспечение мышечной деятельности, а также один полиморфизм гена, ответственного за мышечное сокращение. В таком сложном виде спорта, как футбол, естественно, одни лишь быстрота, сила и выносливость не являются определяющими конечный успех качествами. В дальнейшем у футболистов необходимо изучать структурные особенности генов, ответственных за координацию движений, гибкость, психические, психофизиологические и другие качества с учетом их специализации.

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

 

Таблица 2. Распределение частот аллелей генов у футболистов и в контрольной группе.

Аллели генов

Частота аллелей, %

P

Футболисты

Контрольная группа

ACTN3 R

63.4

60.8

0.72

PGC1A Ser

43.9

29.9

0.037*

PPARA C

30.5

18.3

0.012*

PPARG Ala

18.3

13.8

0.25

UCP2 Val

56.1

35.4

0.0003*

UCP3 T

30.5

23.2

0.14

VEGF 634C

34.1

23.8

0.045*

VEGF 2578C

58.5

47.4

0.089

Все аллели

41.9

30.4

<0.0001*

*P<0.05, статистически значимые различия между группами спортсменов и контрольной группой.

Рис. 1. Пример спортивной семьи, в которой все мужчины занимались либо продолжают заниматься футболом (с указанием генотипов по ACTN3, PGC1A, PPARAPPARG, UCP2UCP3 и VEGF).

 

 

И.И. Ахметов,1,2 А.М. Дружевская,2 А.М. Хакимуллина,2 И.А. Можайская,2 В.А. Рогозкин2

 

Генетические маркеры предрасположенности к занятиям ФУТБОЛОМ

 

1Всероссийский НИИ физической культуры и спорта

2Санкт-Петербургский НИИ физической культуры

 

АННОТАЦИЯ

Цель исследования заключалась в изучении распределения частот аллелей генов, ответственных за энергетическое и кислородное обеспечение мышечной деятельности и мышечное сокращение, у футболистов (n=41). ДНК выделяли из эпителиальных клеток ротовой полости. Генотипирование осуществляли с помощью полимеразной цепной реакции. Частота PGC1A Ser, PPARA C, UCP2 Val и VEGF 634C аллелей была значимо выше у футболистов по сравнению с контрольной группой. Кроме того, генеалогический анализ одной спортивной семьи, в которой все мужчины (дед, отец, два сына) профессионально занимались футболом, показал, что в семье из поколения в поколение происходила передача PPARA C, UCP2 Val и VEGF 634C аллелей. Таким образом, PPARA G/C, UCP2 Ala55Val и VEGF G634C полиморфизмы ассоциируются с предрасположенностью к занятиям футболом.

 

 

 

 

 

I.I. Ahmetov,1,2 A.M. Druzhevskaya,2 A.M. Hakimullina,2 I.A. Mozhayskaya,2 V.A. Rogozkin2

 

genetic markers of predisposition to Play football

 

1All-Russian Research Institute of Physical Culture and Sports

2St Petersburg Research Institute of Physical Culture

 

ABSTRACT

 

The aim of the study was to investigate allelic distribution of genes involved in energy and oxygen supply of muscle performance and muscle contraction in football players (n=41). DNA was extracted from the mouth epithelium cells. Genotyping was carried out by polymerase chain reaction. The frequencies of PGC1A Ser, PPARA C, UCP2 Val and VEGF 634C alleles were significantly higher in football players than in controls. Furthermore, genealogic analysis of one sportive family, in which all males were professional football players, has shown that there occurred transmission of PPARA C, UCP2 Val and VEGF 634C alleles from generation to generation. Thus, PPARA G/C, UCP2 Ala55Val and VEGFG634C polymorphisms are associated with predisposition to play football.

 

 

Ахметов И.И., Дружевская А.М., Хакимуллина А.М., Можайская И.А., Рогозкин В.А. Генетические маркеры предрасположенности к занятиям футболом // Ученые записки университета им. П.Ф. Лесгафта. – 2007. – №.11(33). – C.5-10.





© 2009-2015 OOO «Лабораторные технологии»
Телефон/факс : +7 (342)291-21-91, 205-52-90
E-mail: labt1@yandex.ru