ACTN3: "Ген швидкості"
Анотація:
Варіант с. R577X у гені ACTN3 є одним із найбільш вивчених та реплікаційних варіантів, пов'язаних зі схильністю до спортивних результатів. Завдяки утворенню передчасного стоп-кодону в синтезі α-актиніну-3, кодованого цим геном, цей білок повністю відсутній у скорочувальному апараті швидких м’язових волокон, що призводить до їх перетворення в повільні волокна. Цей зсув супроводжується змінами структурного, метаболічного, рівня сигналізації та обробки кальцію. Дослідження для вивчення впливу дефіциту α-актиніну-3 на спортивні показники у спортсменів та загальної неатлетичної популяції виявили значно нижчу частоту генотипу XX у найкращих спринтерів та силових спортсменів, припускаючи, що цей генотип не підходить для швидких і потужні скорочення м’язів, тому ген ACTN3 був названий «геном швидкості». Ця оглядова стаття містить інформацію про α-актинін-3, механізм його дефіциту та його потенційні переваги чи недоліки деяких спортивних характеристик.
Ключові слова: ACTN3, α-актинін-3, R577X, спортивні показники
* Усі таблиці, графіки та малюнки, які є частиною статті, можна знайти у вкладеному PDF-файлі в кінці дослідження.
Вступ
Спортивні показники у людей частково мають генетичне походження, при цьому генетика впливає від 30% до 80%, а також фони навколишнього середовища, такі як харчування, фізична активність, расова приналежність, стать та вік. В останні десятиліття дослідження в галузі спорту були зосереджені на з'ясуванні впливу генетичної схильності на спортивні показники, що призвело до виявлення ряду генів-кандидатів, пов'язаних з різними спортивними рисами. Одним з найбільш вивчених і найкраще відтворених варіантів, пов’язаних з працездатністю скелетних м’язів, є с. Варіант R577X у гені ACTN3, що кодує структурний м’язовий білок α-актинін-3 (1).
сімейство генів α-актиніну
α-актинін-3
Завдяки своїй локалізації, функції та високій еволюційній збереженості, α-актиніни стали придатними кандидатами для виявлення причинних мутацій, пов’язаних з м’язовими дистрофіями у людини. У 1996 році Норт та Беггз повідомили, що дефіцит α-актиніну-3 був пов'язаний із вродженою м'язовою дистрофією, і що цей дефіцит може бути маркером цього захворювання у підгрупи пацієнтів (10). Однак згодом це виявилося або вторинним явищем, або самостійним явищем, яке абсолютно не має нічого спільного з хворобою. Цей дефіцит також був виявлений у пацієнтів з різними типами м'язової дистрофії, але був виключений аналізом зв'язування або виявлений у пацієнтів, у яких причинна мутація вже виявлена (13). Мутації α-актиніну-3 як єдиного сімейства людських α-актинінів не пов’язані з жодною патологією, ймовірно, для компенсації його дефіциту α-актиніну-2. У ній була виявлена одна мутація NM_001104.3 (ACTN3): c.1729C> T: p. Arg577Ter (стор. R577X). Це єдиний нуклеотидний обмін цитозину на тимін, який спричинює передчасний стоп-кодон, що в кінцевому підсумку призводить до повної відсутності α-актиніну-3 (14).
Ця плутанина не призводить до патологічного фенотипу, на що вказує частота зустрічальності алелю X меншості, оскільки приблизно 1,5 мільярда людей вважаються носіями генотипу XX. Генотип XX найпоширеніший у азіатських та кавказьких популяціях, де його частота становить 25% та 18%, у ефіопських контрольних неатлетичних популяцій він становить 12%, у афроамериканців 4%, ямайських 2% та лише в Кенії 1% (15,16). У нігерійській популяції генотип XX не спостерігався ні у випробуваній неатлетичній групі, ні у найкращих спортсменів (15). Частоти генотипів p.R577X показані графічно на малюнку 2. Підвищена частота алелю X у деяких популяціях свідчить про позитивний вибір цього алелю в результаті адаптації до нижчих температур навколишнього середовища з обмеженими джерелами їжі (17), оскільки цей генотип найпоширеніший у північних районах із нижчими середньорічними температурами та зниженими видове різноманіття (18). У той же час це один з небагатьох варіантів відключення втрат, який зберігся серед населення завдяки позитивному відбору внаслідок міграційного розширення сучасних людей з Африки в північні райони 40 000 - 60 000 років тому (17).
Зміни в м’язах з дефіцитом α-актиніну-3
Зміни в обробці кальцію як інструмент позитивного відбору
У м’язах кальцій переробляється в саркоплазматичній сітці (SR). Порівняно з мишами дикого типу, миші Actn3 KO продемонстрували 3- до 4-кратне збільшення вивільнення та зворотного захоплення кальцію в SR, при цьому ці волокна були більш стійкими до втоми через повільнішу швидкість зменшення вивільнення кальцію після багаторазової стимуляції м’язів. У мишей Actn3 KO експресія SR Ca 2+ АТФази 1 (SERCA1) та SR Ca 2+, що буферизують білки, калекестрин та саркуменін. Через надмірне вираження каналів SERCA1 45 Відбувається надмірне витікання кальцію зі Словацької Республіки, частина якого згодом використовується в мітохондріях, де це збільшує активність мітохондріальних ферментів.
Вони можуть також стимулюватися кальциневрином, який звільнився від інгібування калькарциніном-2 завдяки надрегуляції α-актиніну-2. Підвищена активність мітохондріальних ферментів призводить до вироблення АТФ, що підвищує стійкість м’язів до втоми. Надмірне витоку кальцію також вимагає його більшого перекачування через канали SERCA1 назад до SR, при цьому кальсекестрин і сарколюмін також беруть участь у цьому транспорті в просвіті SR. Це повторне захоплення спричиняє посилений гідроліз АТФ, необхідний для функціонування SERCA1, генеруючи метаболічне тепло в м’язі. Голова та ін. (2015) припустили, що цей перехід від гліколітичного метаболізму до більш ефективного теплогенеруючого аеробного шляху як побічного продукту є можливим поясненням позитивного вибору генотипу XX у популяції. Під час міграції сучасних людей до більш холодного євразійського клімату особи з дефіцитом α-актиніну-3 змогли краще акліматизуватися, надаючи їм перевагу виживання в холодному середовищі (21).
ACTN3 та спорт
Через неоднозначні результати досліджень, вплив дефіциту α-актиніну-3 на ці особливості ще не з’ясований. Окрім швидких м’язових волокон, α-актинін-3 також експресується в остеобластах. Особи, які носять генотип XX, мали знижену мінеральну щільність кісткової тканини (26), припускаючи, що цей генотип може бути пов'язаний зі схильністю до пошкоджень кісток під час тренувань, але дотепер жодної зв'язку не встановлено. Обмеження, для яких результати досліджень неоднозначні, це, головним чином, розмір тестової групи, коли кількість досліджуваних в групі занадто низька, включення обох статей до однієї тестової групи, а також різниця між когортами, коли обидві не треновані і тестуються професійні особи. спортсмени з різних дисциплін. Однак загалом результати свідчать про те, що особи, що мають генотип XX, більш сприйнятливі до пошкодження м’язів під час ексцентричних видів вправ та вправ на витривалість із використанням ваги. Вони також мають більшу ймовірність травми, нижчий рівень мінеральної щільності кісток і менші показники м’язової сили (огляд відмінностей наведено в в таблиці 2). У мишей генотип XX асоціювався з більш високою продуктивністю, але це не підтвердилося у людей (23,24).
Висновок
З опублікованих досліджень гена ACTN3 ясно, що цей поліморфізм може впливати на ряд рис, крім схильності до спортивних занять на витривалість чи витривалість, таких як відновлення після фізичних вправ, ризик травмування м’язів, зв’язок, суглобів та кісток, а також адаптація до тренувань та спортивних результатів, припускаючи, що ACTN3 - це більше, ніж просто "ген швидкості". Інформація про його генетичну схильність дозволяє спортсмену персоналізувати план тренувань, його інтенсивність та фокус, а отже, максимізувати свої результати.
ЛІТЕРАТУРА