Genpolymorfism, fysisk prestationsförmåga och möjliga förklaringsmodeller

Bakgrund och syfte med projektet

Syftet är att studera betydelse av vissa genpolymorfier som tidigare, i flera oberoende studier har rapporterats vara av betydelse för specifika prestationsvariabler. Detta undersöks genom två tillvägagångssätt. I större material undersöker vi om association mellan genotyp och fenotyp föreligger också i vårt material. Därefter studerar vi individer med specifika genotyper, som identifierats i det större materialet, och undersöker möjliga mekanismer som kan förklara de observerade sambanden. Genpolymorfierna C34T i AMPD1-genen, som kodar för enzymet AMPdeaminas, och R577X i ACTN3-genen, som kodar för proteinet alfa-aktinin-3, har studerats närmare av oss inom ramen för projektet. Båda polymorfierna medför total avsaknad av respektive genprodukt hos homozygota individer. Individer som saknar AMPdeaminas bryter inte ner ATP-polen i skelettmuskulaturen men ackumulerar mycket adenosin under sprintarbete. Alfa-aktininer är strukturella muskelproteiner i Z-bandet. Den isoform som ACTN3 kodar för uttrycks normalt i snabba muskelfibrer. Avsaknad av alfa-aktinin-3 är lägre hos sprinttränade- än hos uthållighetstränade elitidrottare och har föreslagits vara förenad med sämre prestationsförmåga för kraft- och sprintidrotter.

Populärvetenskaplig sammanfattning av projektresultaten

Skelettmuskel är en mycket plastisk vävnad med stor förmåga att anpassa sig till skiftande krav. Denna förmåga regleras till en viss del av genetiska faktorer. Ett sätt att studera betydelse av specifika gener i dessa anpassningsprocesser är att undersöka effekter av vanligt förekommande mutationer i dessa gener, s.k. genpolymorfier. Vi har valt att närmare studera två gener, ACTN3 och AMPD1. Polymorfin i dessa gener medför att vissa individer helt saknar det protein som normalt ska syntetiseras. AMPD1-genen kodar för enzymet AMPdeaminas som aktiveras under intensivt arbete. Individer som på grund av mutationen saknar AMPdeaminas, bryter ner ATP som är muskelns bränsledepå på ett avvikande sätt. Vi har visat att dessa individer presterar något sämre vid sprintarbete men har en snabbare reglering av blodflödesrespons och förmodligen snabbare återhämtning efter uttröttande arbete. ACTN3 genen kodar normalt för att strukturellt muskelprotein alfa aktinin 3. Medan genvarianten som ger avsaknad av alfa aktinin 3 förekommer hos c:a 18% av den vita normalbefolkningen har ett flertal studier visat att mutationen i ACTN3 genen är mycket ovanlig hos kraft- och sprintidrottare på elitnivå vilket antyder att genen är viktig för den typen av prestation. Nya fynd på möss där man har slagit ut ACTN3 genen visar att dessa möss har en mer uthållighetsanpassad muskel, med mindre muskelmassa och enzymnivåer som tyder på en sämre kapacitet för att bryta ner glykogen i muskeln.

Vi har studerat 130 unga, normaltränade kvinnor och män med avseende på association mellan förekomst av genvarianter i AMPD1 och ACTN3 genen och fysisk prestationsförmåga. 83 individer av dessa ingår i en grupp som har undersökts vid 16- och 27-års ålder med tester för uthållighet och styrka. Muskelprover har analyserats för muskelfiberkarakteristika. I detta unika material har vi möjlighet att undersöka hur polymorfierna kan modifiera träningsrespons, påverka utveckling av den fysiska kapaciteten eller vilken effekt de har på fiberkarakteristika. Våra resultat visar att för den studerade gruppen har inte genotypen någon signifikant effekt för de undersökta variablerna. Varken basalt, vid 16- eller vid 27-års åldern, eller vad gäller förändringen i dessa variabler från 16- till 27-års åldern hade genotypen en bidragande roll för fysisk prestation eller muskelfiberkarakteristika. I hela det hittills undersökta materialet på 130 individer ser vi att kön och träningsgrad, men inte de studerade genvarianten, har stor effekt på t.ex. fibersammansättning och fiberytor. Vår slutsats är att bidraget från en enskild gen såsom AMPD1 eller ACTN3 till de multifaktoriellt modifierbara egenskaperna som vi mäter är förmodligen av liten betydelse för normaltränade individer. Det utesluter därmed inte att dessa genvarianter kan ha större betydelse för prestationsförmågan på elitnivå.

Ett annat sätt att studera effekter av olika genvarianter är att, på cell- och molekylärnivå, undersöka respons till akut arbete eller till en träningsperiod. Genom att studera hur en genvariant kan påverka svar på fysiskt arbete får man möjlighet att fastställa de bakomliggande mekanismerna. Vi har utgått från fynd om förändrad glykogenmetabolism och mindre muskelmassa, som rapporterats från möss där ACTN3 genen är utslagen, för att undersöka mekanismer som kan förklara varför elitidrottare verkar behöva alfa aktinin 3 för optimal muskelfunktion.

Glykogenmetabolism: 48 kvinnor och män har utfört en 30-s cykelsprint där muskelprover togs före och omedelbart efter arbete. Eftersom ACTN3 bara uttrycks i snabba muskelfibrer är det en stor fördel att studera varje muskelfibertyp separat. Muskelprovet har behandlats så att man har tagit fram separata poler av snabba och långsamma muskelfibrer och glykogen analyserades i prover tagna före och ommedelbart efter arbetet. Våra resultat tyder på att individer som saknar alfa aktinin 3 har signifikant lägre glykogenanvändning under sprintarbetet just i de snabba muskelfibrerna.

Muskelmassa: 18 kvinnor och män har utfört tre 30-sek cykelsprinter och muskelprover togs före och 1 timme efter avslutat arbete. I detta material studerades molekylära processer som leder till muskeltillväxt. Resultaten visar att individer som saknar alfa aktinin 3 hade svagare molekylär signalering av den typ som anses leda till muskeltillväxt.

Tillsammans visar dessa resultat att ACTN3 genotypen kan påverka muskel till en anpassning som liknar de karakteristiska muskelegenskaper som observerats i musmodellen.

Läs mer

Projektansvarig:
Barbara Norman
Projektnummer:
P2010-0017
Lärosäte:
Karolinska institutet
År:
2010
Nyckelord:

Feedback

All form av feedback är välkommen.

Var innehållet i artikeln det du sökte efter?
Skriv en kommentar
Ditt meddelande är skickat!