Identification of genetic polymorphisms associated with overweight in athletes of winter sports

• Elena Yu. Sorokina
• Solntseva Tatyana N.
• Radzhabkadiev Radzhabkadi M.
• Alexander S. Samoilov

AbstractThe identification of polymorphisms rs9939609 gene FTO, Trp64Arg ADRB3 and gene -866G> A UCP2 gene using multiplex allele-specific PCR hybridization- fluorescence detection in real time has been carried out in highly skilled athletes under the age of 30 years engaged in biathlon (n=25) and bobsleigh (n=28). The data on the frequency of allele risk of obesity has been obtained. The study of polymorphism rs9939609 of the FTO gene in biathletes found that 30% of them are carriers of the risk allele of obesity (A). Among the bobsledder the frequency of allele A is slightly higher than in European populations and is 55,4%. The study of gene polymorphism Trp64Arg ADRB3 showed that the frequency of risk allele of obesity 64Arg in biathletes (14%) was slightly higher than in the European population and biathletes (5,4%). The results of the identification of polymorphism -866G> A gene UCP2 in biathletes and bobsledders, found the incidence of obesity risk allele, respectively, 52 and 58,7%.

Keywords:obesity risk allele, rs9939609 polymorphism of the gene FTO, Trp64Arg polymorphism of the gene ADRB3, -866G> A polymorphism of the gene UCP2

В конце 1980-х гг. в связи с активным внедрением методов картирования генов, а также в рамках проекта "Геном человека" стали появляться данные о генах, ассоциированных с проявлением и развитием физических качеств человека.

В 1995 г. американский (до этого работавший в Канаде) ученый Клод Бушар начал грандиозный международный проект "HERITAGE" (сокращение от слов HEalth, RIsk Factors, Exercise Training And GEnetics), в котором участвовали несколько исследовательских центров и изучалась связь между генотипическими и фенотипическими данными у свыше 800 человек после нескольких недель различных физических нагрузок. Спортивная генетика - направление генетики, изучающее геном человека в аспекте физической (в частности спортивной) деятельности. Впервые термин "генетика физической (или двигательной) деятельности" (Genetics of Fitness and Physical Performance) был предложен Клодом Бушаром в 1983 г. Тогда он опубликовал два обзора в одном номере журнала "Exercise and Sport Science reviews" [цит. по 4], где представил обобщающие факты, во-первых, об индивидуальных различиях в ответ на физические нагрузки, во-вторых, о наследуемости многих физических, физиологических и биохимических качествах, вовлеченных в процесс физической деятельности.

Серьезными медицинскими проблемами последних десятилетий стали избыточная масса тела и ожирение, в значительной мере определяющиеся генетическими факторами. В различных популяциях выявлено более сотни генетических полиморфизмов, в той или иной степени связанных с развитием ожирения.

Наиболее достоверно связь с избыточной массой тела установлена у полиморфизма rs9939609 гена FTO. Показано, что аллель А этого полиморфизма достоверно ассоциирован с ожирением в европейской, японской, мексиканской и китайской популяциях [5, 11, 14, 15, 22]. Результаты многочисленных исследований показали, что частота встречаемости этого аллеля составляет 46% среди жителей Западной и Центральной Европы, 51% среди уроженцев Западной Африки и 16% в китайской популяции [12, 13]. Установлено, что носители этого аллеля имеют массу тела в среднем на 1,2 кг выше по сравнению с людьми, у которых аллель отсутствует; наличие двух аллелей А сопровождается увеличением массы тела в среднем на 3 кг [9, 10, 12].

Другими ассоциированным с ожирением полиморфизмами являются варианты Trp64Arg гена ADRB3 и -866G>A гена UCP2. Показано, что аллель 64Arg варианта Trp64Arg связан с висцеральным типом ожирения в европейской, японской и южнокитайской популяции [6, 16, 17]. Выявлена ассоциация аллеля А варианта -866G>A с избыточной массой тела для испанской и датской популяций, а также среди детей венгерской популяции [3, 7, 18].

Материал и методы

В представленной работе проведена идентификация полиморфизмов rs9939609 гена FTO, Trp64Arg гена ADRB3 и -866G>A гена UCP2. Обследованы профессиональные спортсмены высокой квалификации в возрасте до 30 лет, занимающиеся биатлоном (n=25) и бобслеем (n=28). От всех спортсменов было получено письменное информированное согласие на участие в обследовании.

ДНК выделяли из крови стандартным методом с использованием сорбента и набора реагентов "ДНК-сорб-С" (ФГУН ЦНИИЭ Роспотребнадзора, Москва). Генотипирование осуществляли с использованием мультиплексной аллель-специфичной ПЦР с гибридизационно-флуоресцентной детекцией в реальном времени [8, 19, 20]. Для проведения амплификации использовали амплификатор "RotorGene-6000" (Германия).

Результаты

Результаты исследования полиморфизма rs9939609 гена FTO у спортсменов, занимающихся биатлоном, показали, что треть из них являются носителями аллеля риска ожирения (А), что позволяет оценить частоту встречаемости его как обычную в Европе, в том числе в регионах Российской Федерации [1, 9, 14]. Однако у спортсменов, занимающихся бобслеем, частота аллеля риска ожирения (А) несколько выше, чем в европейских популяциях и выявляется более чем у половины обследованных (табл. 1).

Что касается полиморфизма Trp64Arg гена ADRB3, то у биатлонистов частота встречаемости аллеля риска ожирения 64Arg, несколько выше (14%), чем в европейских популяциях [2] и у спортсменов, занимающихся биатлоном (табл. 2). Результаты идентификации полиморфизма -866G>A гена UCP2 выявили сходные данные у спортсменов обеих групп, при этом частота встречаемости аллеля риска ожирения достаточно высока и превышает 50% (табл. 3). Следует, однако, отметить, что ассоциация этого полиморфизма с избыточной массой тела в настоящее время изучена недостаточно, а изучение связи с диабетом типа 2 привело к неоднозначным результатам в разных популяциях [3, 21].

Для подтверждения более достоверной ассоциации данных полиморфизмов с ожирением необходимы дальнейшие исследования на популяции спортсменов большей численности. Однако ясно, что исследование полиморфизма генов, связанных с ожирением, крайне важны не только для обычной популяции населения, но и для лиц, связанных с высокими физическими нагрузками.

Литература

1. Батурин А.К., Анохина О.В., Сорокина Е.Ю. и др. // Вопр. питания. - 2012. - № 5. - C. 53-56.

2. Батурин А.К., Погожева А.В., Сорокина Е.Ю. и др. // Вопр. питания. - 2012. - № 2. - С. 23-27.

3. Andersen G., Dalgaard L.T., Justesen J.M. et al. // Int. J. Obes. (Lond.). - 2013. - Vol. 37, N 2. - P. 175-181.

4. Bouchard C., Hoffman E.P. Genetic and Molecular Aspects of Sports Performance. - 2011. 424 p.

5. Chang Yi-C.., Liu Pi-H., Lee W.-J. et al. // Diabetes. - 2008. - Vol. 57. - P. 2245-2252.

6. Clement K., Vaisse C., Manning B.S. et al. // N. Engl. J. Med. - 1995. - Vol. 333. - P. 352-354.

7. Csernus K., Pauler G., Erhardt E. et al. // Acta Paediatr. - 2013. - Vol. 102, N 5.

8. Сecil J.E., Tavendale R., Watt P. // N. Engl. J. Med. - 2008. - Vol. 359. - P. 2558-2566.

9. Frayling T.M., Timpson N.J., Weedon M. N. et al. // Science. - 2007. - Vol. 316, N 5826. - P. 889-894.

10. Hinney А., Hebebrand J. // Obes. Facts. - 2008. - Vol. 1. - P. 35-42.

11. Hotta K, Nakata Y, Matsuo T, Kamohara S. et al. // J. Hum. Genet. - 2008. - Vol. 53. - P. 546-553.

12. Ho A.J., Steina J.L., Huaa X. et al. // PNAS. - 2010. - Vol. 107, N 18. - P. 8404-8409. www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.0910878107

13. Hennig B.J, Fulford A.J., Sirugo G. et al. // BMC Medical Genetics. - 2009, - Vol. 10. - P. 21. doi:10.1186/14712350-10-21. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2666669/

14. Jess T., Zimmermann E., Kring S.I. et al. // Int. J. Obes. (Lond.). - 2008. - Vol. 32, N 9. - P. 1388-1394.

15. Karasawa S., Daimon M., Sasaki S. et al. // Endocr. J. - 2010. - Vol. 57, N 4. - P. 293-301.

16. Kim-Motoyama H., Yasuda K., Yamaguchi T. et al. // Diabetologia. - 1997. - Vol. 40. - P. 469-472.

17. Thomas G.N., Tomlinson B., Chan J.C.N. et al. // Int. J. Obes. - 2000. - Vol. 24. - P. 545-551.

18. Martinez-Hervas S., Mansego M.L., de Marco G. et al. // Eur. J. Clin. Invest. - 2012 Feb. - Vol. 42, N 2. - P. 171-178.

19. Luis D.A., Gonzalez Sagrado M., Aller R. et al. // Eur. J. Intern. Med. - 2007. - Vol. 18, N 8. - P. 587-592.

20. Lussenko V., Almgren P., Anevski D. et al. // PloS Med. - 2005. - Vol. 2, N 12. - P. e345. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1274281/

21. Souza B.M., Brondani L.A., Bouc A.P. et al. // PLoS One. - 2013. - Vol. 8, N 1. - P. e54259. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3554780/

All articles in our journal are distributed under the CC BY-NC-ND 4.0 (Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International)

© GEOTAR-Media Publishing Group. The use of textual and illustrative content from this publication for the training of any artificial intelligence systems - including machine learning models and neural networks - is strictly prohibited without the prior written consent of the copyright holder.