Взаимодействие генов неиромедиаторных систем у спортсменов циклических и ациклических видов спорта

Размещено на http://www.allbest.ru/

Взаимодействие генов неиромедиаторных систем у спортсменов циклических и ациклических видов спорта

Н.В. Шепелевич

В.В. Маринич

Т.Л. Лебедь

Н.В. Жур

Аннотация

В статье представлены краткие сведения о генах нейромедиаторных систем, определяющих метаболизм дофамина и серотонина, которые входят в группу катехоламинов и играют важную роль в деятельности мозга как медиаторы нейронов ЦНС. Проведенный анализ межгенных взаимодействий ДНК-локусов генов Ь/Б 5НТТ, Т 102С 5НТ 2А, 02319А БАТ 1, 0472Л СОМТ и 1/0 АСЕ определил наиболее часто встречаемые сочетания генотипов среди спортсменов высокой квалификации циклических и ациклических видов спорта. нейромедиаторный метаболизм дофамин

Ключевые слова: психогенетика, генотип, гены нейротрасмиттерной системы, межгенные взаимодействия, серотонин, дофамин.

SHAPIALEVICH N.V

MARINICH V.V.

LEBED T.L

ZHUR N.V.

INTERACTION OF GENES OF NEUROMEDIATOR SYSTEMS IN ATHLETES OF CYCLIC AND ACYCLIC SPORTS

The article presents brief information about the genes of neurotransmitter systems that determine the metabolism of dopamine and serotonin, which are part of the catecholamine group and play an important role in brain activity as mediators of CNS neurons. The analysis of intergenic interactions of the L/S 5HTT, T102C 5HT2A, G2319A DAT1, G472A COMT, and I/D ACE DNA locus determined the most common combinations of genotypes among highly qualified athletes in cyclic and acyclic sports.

Keywords: psychogenetics, genotype, genes of the neurotransmitter system, intergenic interactions, serotonin, dopamine.

Введение

Развитие любых признаков у организмов является следствием сложных взаимодействий между генами, точнее - между продуктами их деятельности - белками- ферментами. Помимо оценки влияния отдельных полиморфных вариантов на определенный фенотип, необходимо учитывать воздействие, обуславливаемое другими генами и факторами окружающей среды [7].

Функциональное состояние оказывает значительное влияние на характеристики нервной ткани (возбудимость, проводимость, лабильность) и в связи с этим на особенности протекания нервных процессов. Оценка функционального состояния нервной системы спортсмена во время тренировочного и пред- соревновательного процесса количественно определяет спортивную форму обследуемого.

С учетом данных об участии генов серотонинергической и дофаминергической систем в функционировании нервной системы (мышление, моторика и скорость реакции) представлялось целесообразным исследовать полиморфные локусы генов серотонинового и дофаминового обмена и особенности ней- родинамических процессов в группах спортсменов.

Самым известным подходом моделирования межгенных и ген-средовых взаимодействий является биоинформатический метод MDR для изучения мультилокусных генотипов. В программе MDR мультилокусные генотипы суммируются в группы повышенной и пониженной вероятности, что позволяет уменьшить размерность числа рассматриваемых параметров [5]. Путем многократного перекрестного пересчета вводимых первичных данных программа выбирает оптимальную модель межгенных взаимодействий, позволяющая с наиболее высокой точностью и с наименьшей ошибкой предсказывать наличие или отсутствие предрасположенности к определенному признаку.

Цель исследования - анализ ген-генных взаимодействий генов L/S 5HTT, T102C 5HT2A, G2319A DAT1, G472A COMT и I/D ACE у спортсменов циклических и ациклических видов спорта.

Определенный уровень концентрации дофамина и серотонина зависит от наличия тех или иных полиморфизмов генов, связанных с транспортировкой, удалением этих нейромедиаторов, а также с плотностью рецепторов для них. Исследования в области психогенетики неоднократно выявляли роль гена 5HTT в регуляции настроения и темперамента.

Ген 5HTT кодирует белок-переносчик, осуществляющий выведение нейротрансмиттеров из синаптической щели и регулирует функцию серотонина. Ген состоит из 14 эк- зонов и имеет промоторную область, имеющую важное значение для "управления" экспрессией гена (rs25531) [1,6]. L/S полиморфизм гена связан с адаптивными способностями человека и контролем эмоциональной сферы, поэтому представляет большой интерес в качестве успешной модели повышенной устойчивости к психоэмоциональному напряжению. Обладатели аллели S характеризуются меньшей устойчивостью ЦНС к центральному утомлению под воздействием нагрузок, и более высокими скоростями реакций. Носительство генотипа LL, приводит к более быстрому удалению свободного серотонина из межклеточного пространства и играет роль фактора, облегчающего адаптационные реакции ЦНС на физические нагрузки, требующие выносливости.

Наиболее значимый полиморфизм Т 102С гена 5НТ 2А (rs6313), обусловленный заменой тимина на цитозин в положении 102 нуклеотидной последовательности гена, связан с уровнем экспрессии гена и является маркером психологических расстройств. С аллель сопряжен с меньшей экспрессией гена по сравнению с Т аллелью. Было выявлено, что при регулярных физических нагрузках плотность 5НТ 2А растет, повышаются настроение и физическая работоспособность. Но при продолжительных тренировках высокой интенсивности плотность этих рецепторов падает, ухудшается настроение и увеличивается общая усталость [1]. В формировании эмоционального состояния и темперамента может участвовать и ренин-ангиотензиновая система, компоненты которой экспрессируются в головном мозге [1].

Ген АСЕ кодирует ангиотензинпревращающий фермент, который катализирует превращение неактивного ангиотензина I до активного ангиотензина II. АСЕ содержится в больших количествах в нервных окончаниях и может оказывать влияние на скорость передачи нервного импульса и, соответственно, на активность нейротрансмиттеров (серотонина, дофамина). Гомозиготный генотип АСЕ DD обладает наивысшей скоростью передачи импульса.

Ген СОМТ кодирует фермент катехол-О-метилтрансферазу, участвующий в кортикальном метаболизме дофамина (в распаде дофамина в префронтальной коре мозга), деградируя катехоламины (такие как норэпи- нефрин, эпинефрин и дофамин). Одним из самых значимых полиморфизмов гена является точечный полиморфизм Val158Met (rs4680), при котором наблюдается замена гуанина на аденин в положении 472, при этом вместо валина (Val) синтезируется метионин (Met). Аллель G (Val) ассоциирован с повышеной активность фермента, соответственно уровень дофамина в синапсе снижен.

Ген DAT1 кодирует транспортер дофамина, осуществляющий обратный захват дофамина из синапса и доставку его в пресинап- тический терминал. В З'-нетранслируемом районе гена DAT1 существует нуклеотидная замена по типу транзиции (замена G на A) в 2319 положении (rs27072). Обнаруженный аллельный вариант А ассоциирован со сниженным синтезом DAT белка.

Материалы и методы исследований. В исследование включены 350 высококвалифицированных спортсменов, специализирующихся в циклических (биатлон, конькобежный спорт, академическая гребля, плавание, гребля на байдарке и каноэ) и ациклических (волейбол, тхэквондо, синхронное плавание, хоккей с шайбой, пулевая стрельба, самбо) видах спорта. Образцы биологического материала для исследования были собраны с соблюдением процедуры информированного согласия. Генотипирование ДНК спортсменов выполнялось на базе отраслевой лаборатории "Лонгитудинальных исследований" уО "ПолесГУ".

Генотипирование полиморфизмов генов T102C 5HT2A, G2319A DAT1, G472A COMT проводили на RT-термоциклере "QuantStudio 5" с помощью технологии TaqMan® зондов (SNP-Genotyping TaqMan PCR "Life Technologies, Inc", США) согласно рекомендациям производителя: C_3042197_1; C_25746809_50; C_2396868_10. Определение инсерционно-делеционных полиморфизмов генов 5НТТ и ACE проводилось с использованием 2-х праймерной системы, которая подбирались экспериментально [3].

Межгенные взаимодействия изучали с помощью метода Multifactor Dimensionality Reduction (MDR 3.0.2). Среди всех мультило- кусных моделей выбирали модель с наименьшей ошибкой предсказания и наивысшей воспроизводимостью. За критический уровень статистической значимости принимался р<0,05.

Результаты исследования. Следует отметить, что программное обеспечение метода MDR позволяет построить дендрограмму или граф и таким образом визуализировать рассматриваемые ген-генные и генно-средовые взаимодействия, а также оценить характер этих взаимодействий (synergy, additive, redundancy) и их силу (доля вклада в энтропию). Нами был проведен анализ комбинаций неаллельных генов с целью выявления наиболее значимых сочетаний генотипов, ассоциированных с предрасположенность к циклическим либо ациклическим видам спорта. В анализ были включены все анализируемые полиморфные варианты генов.

На основе полученных данных о моделях межгенных взаимодействий был проведен кластерный анализ, показывающий характер взаимодействия между полиморфными локусами генов нейротрансмиттерных систем у высококвалифицированных спортсменов циклических и ациклических видов спорта (рисунок 1).

Рисунок 1. - Межгенные взаимодействия полиморфных локусов генов L/S 5HTT, T102C 5HT2A, G2319A DAT1, G472A COMT и I/D ACE у спортсменов циклических и ациклических видов спорта

Анализ дерева кластеризации показал выраженный синергический эффект (линия красного цвета) между полиморфными локусами ге 4680 (СОМТ) и ге 27072 (БЛТ 1). Эти гены определяют метаболизм дофамина, который входит в группу катехоламинов и играет важную роль в деятельности мозга как медиатор дофаминергических нейронов ЦНС.

Рисунок 2. - граф межгенного взаимодействия полиморфных вариантов генов L/S 5HTT, T102C5HT2A, G2319A DAT1, G472A COMT и I/D ACE у спортсменов циклических и ациклических видов спорта

Согласно графу (рисунок 2), из 5 анализируемых полиморфизмов наибольшим предсказательным потенциалом обладает полиморфизм Т 102С 5НТ 2А (2,77%).

Отмечен выраженный синергический эффект (взаимозависимое действие) в отношении одновременного вклада полиморфизмов Л 23190 БЛТ 1 и Уа 1158Ме 1; СОМТ - общий вклад составил 1,81%. Умеренный синергический эффект установлен в отношении полиморфизмов 5НТТ и СОМТ (0,68%), 5НТ 2Л и СОМТ (0,45%). Дублирующий эффект (аддитивное взаимодействие) отмечен в предсказательной ценности моделей в отношении полиморфизмов АСЕ и 5НТ 2А (0,13%).

Результаты моделирования межгенных взаимодействий позволили определить статистически значимые модели, ассоциированные с предрасположенностью к циклическим или ациклическим видам спорта (таблица).

Таблица - Значимые модели межгенного взаимодействия полиморфных локусов L/S 5HTT, T102C 5HT2A, G2319A DAT1, G472A COMT и I/D ACE у спортсменов циклических и ациклических видов спорта

Как следует из представленной таблицы, для ациклических видов спорта характерно наиболее часто встречаемое сочетание генотипов DAT1 AG, COMT AG, 5HTT SS, 5HT2A CT, ACE DD. Для циклических видов DAT1 AG, COMT GG /AG, 5HTT SS/LL, 5HT2A CT, ACE DD/ID.

Заключение

Проведенный анализ межгенных взаимодействий ДНК-локусов изученных генов определил наиболее часто встречаемые сочетания генотипов среди спортсменов высокой квалификации циклических и ациклических видов спорта.

В обеих группах наблюдаются существенные отличия в структуре и характере взаимосвязей между полиморфными локусами, детерминирующие определенный метаболизм нейротрансмиттеров.

Список литературы