ACTN3: "Speed Gene"
Abstract:
Varianta p. R577X din gena ACTN3 este una dintre cele mai studiate și replicabile variante asociate cu o predispoziție la performanțe atletice. Datorită formării unui codon oprit prematur în sinteza α-actininei-3 codificată de această genă, această proteină este complet absentă în aparatul contractil al fibrelor musculare rapide, ducând la transformarea lor în fibre lente. Această schimbare este însoțită de modificări ale nivelului structural, metabolic, de semnalizare și al procesării calciului. Cercetările pentru a studia efectul deficitului de α-actinină-3 asupra performanței atletice la sportivi și la populația generală non-atletică au relevat o frecvență semnificativ mai scăzută a genotipului XX la sprinteri de top și sportivi de forță, sugerând că acest genotip nu este potrivit pentru și contracții musculare puternice, prin urmare, gena ACTN3 a fost denumită „gena vitezei”. Acest articol de revizuire oferă informații despre α-actinin-3, mecanismul deficienței sale și potențialele sale avantaje sau dezavantaje ale anumitor caracteristici sportive.
Cuvinte cheie: ACTN3, α-actinin-3, R577X, performanță sportivă
* Toate tabelele, graficele și cifrele care fac parte din articol pot fi găsite în fișierul PDF atașat la sfârșitul studiului.
Introducere
Performanța sportivă la om are parțial un fundal genetic, influența genetică de la 30% la 80%, dar și medii de mediu, cum ar fi nutriția, activitatea fizică, apartenența rasială, sexul și vârsta. În ultimele decenii, cercetările din domeniul sportului s-au concentrat pe elucidarea influenței predispoziției genetice asupra performanței sportive, ceea ce a condus la identificarea unui număr de gene candidate asociate cu diferite trăsături sportive. Una dintre cele mai studiate și mai bine replicate variante asociate cu performanța mușchilor scheletici este p. Varianta R577X în gena ACTN3 care codifică proteina musculară structurală α-actinin-3 (1).
Familia genelor α-actininei
α-actinin-3
Datorită localizării, funcției și conservării evolutive ridicate, α-actininele au devenit candidați potriviți pentru identificarea mutațiilor cauzale asociate cu distrofiile musculare la om. În 1996, North și Beggs au raportat că deficiența de α-actinină-3 a fost asociată cu distrofia musculară congenitală și că această deficiență ar putea fi un marker al bolii la un subgrup de pacienți (10). Mai târziu, însă, sa dovedit a fi fie un fenomen secundar, fie un fenomen independent, care nu are absolut nimic de-a face cu boala. Această deficiență a fost găsită și la pacienții cu diferite tipuri de distrofie musculară, dar a fost exclusă prin analize obligatorii sau detectată la pacienții la care a fost deja identificată o mutație cauzală (13). Mutațiile în α-actinin-3 ca singură familie de α-actinine umane nu sunt asociate cu nicio patologie, probabil pentru a compensa deficiența sa de α-actinin-2. O singură mutație NM_001104.3 (ACTN3) a fost identificată în ea: c.1729C> T: p. Arg577Ter (p. R577X). Este un schimb nucleotidic unic de citozină cu timină, care determină un codon oprit prematur, care duce în cele din urmă la absența completă a α-actinin-3 (14).
Această confuzie nu duce la un fenotip patologic, după cum se indică prin frecvența apariției alelei minoritare X, despre care se crede că aproximativ 1,5 miliarde de persoane poartă genotipul XX. Genotipul XX este cel mai frecvent în populațiile asiatice și caucaziene, unde frecvențele sale sunt de 25% și 18%, în populația non-atletică de control etiopian este de 12%, în afro-americanii de 4%, jamaicanii de 2% și numai în Kenya 1% (15,16). În populația nigeriană, genotipul XX nu a apărut nici în grupul non-atletic testat, nici în sportivii de top (15). Frecvențele genotipurilor p.R577X sunt prezentate grafic în figura 2. Frecvența crescută a alelei X în unele populații sugerează o selecție pozitivă a acestei alele ca urmare a adaptării la temperaturi ambientale mai scăzute cu surse limitate de hrană (17), deoarece acest genotip este cel mai frecvent în zonele nordice cu temperaturi medii anuale mai scăzute și reduse. diversitatea speciilor (18). În același timp, este una dintre puținele variante de funcționare a pierderilor care a fost menținută în populație prin selecție pozitivă datorită expansiunii migratorii a oamenilor moderni din Africa în partea de nord cu 40.000 până la 60.000 de ani în urmă (17).
Modificări ale mușchilor cu deficit de α-actinin-3
Modificări în procesarea calciului ca instrument de selecție pozitivă
În mușchi, calciul este procesat în reticulul sarcoplasmatic (SR). Comparativ cu șoarecii de tip sălbatic, șoarecii Actn3 KO au prezentat o creștere de 3 până la 4 ori a eliberării și recaptării de calciu în SR, aceste fibre fiind mai rezistente la oboseală datorită unei rate mai scăzute a eliberării de calciu după stimularea musculară repetată . La șoarecii Actn3 KO, expresia SR Ca 2+ ATPaza 1 (SERCA1) și a SR Ca 2+ tamponează proteine calequestrină și sarcolumenină a fost crescută. Datorită supraexprimării canalelor SERCA1 45 există o scurgere excesivă de calciu din Republica Slovacă, o parte din care este utilizată ulterior în mitocondrii, unde crește activitatea enzimelor mitocondriale.
Acestea pot fi, de asemenea, stimulate de calcineurină, care a fost eliberată din inhibiție de calcarcinină-2 datorită reglării ascendente a-actininei-2. Activitatea crescută a enzimelor mitocondriale duce la producerea de ATP, ceea ce crește rezistența musculară la oboseală. Scurgerea excesivă de calciu necesită, de asemenea, o pompare sporită prin canalele SERCA1 înapoi către SR, calsequestrina și sarcolumina participând, de asemenea, la acest transport în lumenul SR. Această recaptare determină hidroliza crescută a ATP, care este necesară funcționării SERCA1, generând căldură metabolică în mușchi. Head și colab. (2015) au sugerat că această trecere de la metabolismul glicolitic la o cale aerobă generatoare de căldură mai eficientă ca produs secundar este o posibilă explicație pentru selecția pozitivă a genotipului XX în populație. În timpul migrației oamenilor moderni către climă eurasiatică mai rece, indivizii cu deficit de α-actinină-3 au putut să se aclimatizeze mai bine, oferindu-le avantajul de a supraviețui într-un mediu rece.
ACTN3 și sport
Datorită rezultatelor ambigue ale studiilor, efectul deficitului de α-actinin-3 asupra acestor caracteristici nu a fost încă clarificat. Pe lângă fibrele musculare rapide, α-actinina-3 este exprimată și în osteoblaste. Persoanele care au genotipul XX au redus densitatea minerală osoasă (26), sugerând că acest genotip ar putea fi asociat cu o susceptibilitate la leziuni osoase în timpul antrenamentului, dar până acum nu a fost stabilită nicio legătură. Limitările pentru care rezultatele studiilor sunt ambigue sunt în principal dimensiunea grupului de testare atunci când numărul subiecților de testare din grup este prea mic, includerea ambelor sexe într-un singur grup de testare și, de asemenea, diferențele dintre cohorte atunci când ambii nu sunt instruiți. iar persoanele profesionale sunt testate.atleti de la diferite discipline. În general, totuși, rezultatele sugerează că persoanele care poartă genotipul XX sunt mai susceptibile la leziuni musculare în timpul tipurilor excentrice de exerciții și exerciții de rezistență folosind greutăți. Au, de asemenea, o probabilitate mai mare de rănire, niveluri mai scăzute de densitate minerală osoasă și valori mai mici ale forței musculare (o prezentare generală a diferențelor este dată în tabelul 2). La șoareci, genotipul XX a fost asociat cu o capacitate de performanță mai mare, dar acest lucru nu a fost confirmat la om (23,24).
Concluzie
Din studiile publicate ale genei ACTN3 este clar că acest polimorfism poate afecta o serie de trăsături, altele decât predispoziția la forță sau activități sportive de anduranță, și anume recuperarea după exerciții, riscul de rănire a mușchilor, ligamentelor, articulațiilor și oaselor, precum și adaptarea la antrenament și performanță sportivă, sugerând că ACTN3 este mai mult decât o „genă a vitezei”. Informațiile despre predispoziția sa genetică îi permit sportivului să personalizeze planul de antrenament, intensitatea și concentrarea acestuia și astfel să-și maximizeze performanța.
LITERATURĂ