ACTN3: "Скоростен ген"
Резюме:
Вариант стр. R577X в гена ACTN3 е един от най-изследваните и реплицируеми варианти, свързани с предразположение към спортни постижения. Поради образуването на преждевременен стоп кодон в синтеза на а-актинин-3, кодиран от този ген, този протеин напълно липсва в съкратителния апарат на бързи мускулни влакна, което води до превръщането им в бавни влакна. Тази промяна е придружена от промени в структурното, метаболитно, сигнално ниво и в обработката на калций. Изследвания за изследване на ефекта на дефицита на α-актинин-3 върху спортните постижения при спортистите и общата неатлетична популация разкриха значително по-ниска честота на XX генотип при най-добрите спринтьори и силови спортисти, което предполага, че този генотип не е подходящ за бързи и мощни мускулни контракции, поради което генът ACTN3 е наречен "ген за скорост". Тази прегледна статия предоставя информация за α-актинина-3, механизма на неговия дефицит и потенциалните му предимства или недостатъци на някои спортни характеристики.
Ключови думи: ACTN3, α-актинин-3, R577X, спортно представяне
* Всички таблици, графики и фигури, които са част от статията, могат да бъдат намерени в прикачения PDF файл в края на изследването.
Въведение
Спортните резултати при хората имат отчасти генетичен произход, като генетиката влияе от 30% до 80%, но също така и фона на околната среда като хранене, физическа активност, расова принадлежност, пол и възраст. През последните десетилетия изследванията в областта на спорта се фокусираха върху изясняване на влиянието на генетичната предразположеност върху спортните постижения, което доведе до идентифициране на редица кандидат-гени, свързани с различни спортни черти. Един от най-изследваните и най-добре възпроизведени варианти, свързани с представянето на скелетната мускулатура, е p. Вариант R577X в гена ACTN3, кодиращ структурния мускулен протеин α-актинин-3 (1).
α-актинин генно семейство
α-актинин-3
Поради своята локализация, функция и висока еволюционна консервация, α-актинините са станали подходящи кандидати за идентифициране на причинителни мутации, свързани с мускулни дистрофии при хората. През 1996 г. Норт и Бегс съобщават, че дефицитът на α-актинин-3 е свързан с вродена мускулна дистрофия и че този дефицит може да бъде маркер на заболяването при подгрупа пациенти (10). По-късно обаче се оказа или вторично явление, или самостоятелно явление, което няма абсолютно нищо общо с болестта. Този дефицит е установен и при пациенти с различни видове мускулна дистрофия, но е изключен чрез свързващ анализ или открит при пациенти, при които вече е установена причинна мутация (13). Мутациите в α-актинин-3 като единственото семейство човешки α-актинини не са свързани с никаква патология, вероятно за да компенсират неговия дефицит на α-актинин-2. В него е идентифицирана единична мутация NM_001104.3 (ACTN3): c.1729C> T: p. Arg577Ter (стр. R577X). Това е един нуклеотиден обмен на цитозин за тимин, който причинява преждевременно спиране на кодон, което в крайна сметка води до пълното отсъствие на α-актинин-3 (14).
Това объркване не води до патологичен фенотип, както се посочва от честотата на появата на малцинствения алел X, като се смята, че приблизително 1,5 милиарда души носят XX генотип. XX генотип е най-често срещан в азиатските и кавказките популации, където честотата му е 25% и 18%, в етиопската контролна неатлетична популация е 12%, в афроамериканците 4%, ямайските 2% и в Кения 1% (15,16). При нигерийското население генотипът XX не се наблюдава нито в тестваната неатлетична група, нито при най-добрите спортисти (15). Честотите на p.R577X генотипите са показани графично на фигура 2. Повишената честота на алела X в някои популации предполага положителен подбор на този алел в резултат на адаптация към по-ниски температури на околната среда с ограничени източници на храна (17), тъй като този генотип е най-често в северните райони с по-ниски средногодишни температури и намалени видово разнообразие (18). В същото време това е един от малкото варианти за изключване на загубите, които са оцелели в популацията чрез положителна селекция поради миграционното разширяване на съвременните хора от Африка до северните части преди 40 000 до 60 000 години (17).
Промени в мускулите с дефицит на а-актинин-3
Промени в обработката на калций като инструмент за положителен подбор
В мускулите калцият се обработва в саркоплазматичния ретикулум (SR). В сравнение с мишки от див тип, Actn3 KO мишките показват 3- до 4-кратно увеличение на освобождаването и повторното поемане на калций в SR, като тези влакна са по-устойчиви на умора поради по-бавна скорост на намаляване на освобождаването на калций след многократна мускулна стимулация . При мишки Actn3 KO експресията на SR Ca 2+ ATPase 1 (SERCA1) и SR Ca 2+ буфериращи протеини калекестрин и саркуменин се увеличава. Поради свръхекспресията на SERCA1 канали 45 Настъпва прекомерно изтичане на калций от Словашката република, част от което впоследствие се използва в митохондриите, където увеличава активността на митохондриалните ензими.
Те могат също да бъдат стимулирани от калциневрин, който е освободен от инхибиране от калкарцинин-2 поради надрегулация на α-актинин-2. Повишената активност на митохондриалните ензими води до производството на АТФ, което увеличава мускулната устойчивост на умора. Прекомерното изтичане на калций също изисква повишеното му изпомпване през каналите SERCA1 обратно към SR, като калсекестринът и сарколуминът също участват в този транспорт в лумена на SR. Това повторно поемане причинява повишената хидролиза на АТФ, необходима на SERCA1, за да функционира, генерирайки метаболитна топлина в мускула. Head et al. (2015) предполагат, че това преминаване от гликолитичен метаболизъм към по-ефективен топлинно генериращ аеробен път като страничен продукт е възможно обяснение за положителния подбор на XX генотип в популацията. По време на миграцията на съвременните хора към по-студения евразийски климат индивидите с дефицит на α-актинин-3 успяха да се аклиматизират по-добре, като им дадоха предимството да оцелеят в студена среда (21).
ACTN3 и спорт
Поради неясните резултати от проучванията, ефектът от дефицита на α-актинин-3 върху тези характеристики остава да бъде изяснен. В допълнение към бързите мускулни влакна, а-актинин-3 се експресира и в остеобласти. Лицата, носещи XX генотип, имат намалена костна минерална плътност (26), което предполага, че този генотип може да бъде свързан с податливост към костни наранявания по време на тренировка, но досега не е установена връзка. Ограниченията, при които резултатите от изследванията са двусмислени, са главно размерът на тестовата група, когато броят на изследваните субекти в групата е твърде малък, включването на двата пола в една тестова група, както и разликите между кохортите, когато и двете са нетренирани и се тестват професионални лица.състезатели от различни дисциплини. Като цяло обаче резултатите показват, че хората, носещи XX генотип, са по-податливи на мускулни увреждания по време на ексцентрични видове упражнения и упражнения за издръжливост с използване на тежести. Те също имат по-голяма вероятност от нараняване, по-ниски нива на костна минерална плътност и по-ниски стойности на мускулна сила (преглед на разликите е даден в в таблица 2). При мишки генотип XX е свързан с по-висока производителност, но това не е потвърдено при хора (23,24).
Заключение
От публикувани проучвания на гена ACTN3 става ясно, че този полиморфизъм може да повлияе на редица черти, различни от предразположение към спортни дейности за сила или издръжливост, а именно възстановяване след тренировка, риск от нараняване на мускулите, сухожилията, ставите и костите, както и адаптация към тренировки и регенерация след спортни постижения, което предполага, че ACTN3 е нещо повече от "скоростен ген". Информацията за неговата генетична предразположеност позволява на спортиста да персонализира тренировъчния план, неговата интензивност и фокус и по този начин да увеличи максимално представянето си.
ЛИТЕРАТУРА