Sport a genetyka

Epigenetyka

Termin „epigenetyka” pojawił się po raz pierwszy w połowie XX wieku jako określenie nauki zajmującej się dziedziczeniem nie związanym z genami. Chodziło o chemiczne substancje przyłączające się do genów, a powstające pod wpływem czynników inne niż genetyczne. Chociaż od dawna wiadomo, że dziedziczenie jest związane z kodowaniem DNA, teoria ewolucji nie może ograniczać się do działania genów. Komórki obdarzone tym samym kodem genetycznym mogą mieć różne funkcje, zależnie od ich rodzaju. I tak zróżnicowania funkcji komórkowych nie da się wyjaśnić samymi wariantami genetycznymi. Badanie różnych sposobów regulacji epigenetycznej jest kluczowe dla zrozumienia tych zjawisk.

• Metylacja DNA to modyfikacja jednej z czterech zasad azotowych DNA. Grupa metylowa (-CH3) zastępuje atom wodoru. Zazwyczaj zachodzi ona w cytozynach w sekwencjach dinukleotydowych (CpG). Istnieją rejony bardzo gęste w dinukleotydy CG, gdzie zachodzą zjawiska metylacji. Regiony te pełnią rolę regulującą względem ekspresji genów, ponieważ są niezbędne do transkrypcji DNA w RNA. Poziom transkrypcji genów może się zmieniać dzięki metylacji nukleotydów w tych rejonach.
• Niekodujące RNA uczestniczy w regulacji ekspresji genów i w różnicowaniu komórek.
• Metylacja histonów może prowadzić do wyciszenia lub indukcji transkrypcji jakiegoś genu. Zmienia ona właściwości hydrofobowe aminokwasów i jest źródłem możliwego pozyskiwania białek regulujących transkrypcję DNA w RNA.
• Acetylacja zapewnia rozluźnienie chromatyny i wzrost aktywności transkrypcyjnej w genach.

Korzyści z aktywności fizycznej

Podczas badania oceniano wpływ aktywności fizycznej na metylację DNA u osób używających jednej nogi podczas ćwiczenia na rowerach. Noga nie obciążona ćwiczeniem u każdej z badanych osób służyła jako porównanie. Metoda badawcza polegała na pedałowaniu jedną nogą przez 45 minut cztery razy tygodniowo przez trzy miesiące. W eksperymencie uczestniczyły dwadzieścia trzy osoby obu płci. Wyniki tego badania wskazują, że różnice zaobserwowano w ponad 5000 miejsc DNA komórek mięśniowych. Te ostatnie odgrywają główną rolę w procesach zapalanych, reakcjach immunologicznych i tworzeniu się mięśni.

Inne badanie, zrealizowane przez szwedzki zespół naukowców, również skupiło się na epigenetyce komórek mięśniowych. Wyniki tego eksperymentu wskazują, że regularna aktywność fizyczna modyfikuje w komórkach mięśniowych proces metylacji DNA genów zaangażowanych w cukrzycę typu 2. Co więcej, prace te oceniły wpływ regularnej aktywności fizycznej na komórki tłuszczowe. Badanie miało na celu zmierzenie poziomu metylacji w całym DNA tkanki tłuszczowej za pomocą chipa DNA mierzącego poziom metylacji w niemal wszystkich genach tej tkanki. W tym celu zbadano dwadzieścia trzy zdrowe osoby, nie będące zawodowymi sportowcami, w wieku około 40 lat, z których połowa miała wśród bliskich osoby z cukrzycą. Chodziło o określenie, czy aktywność sportowa ma wpływ na ekspresję genów zaangażowanych w cukrzycę na tej samej zasadzie co na geny związane z otyłością. Uczestnicy uprawiali regularnie aktywność fizyczną – dwa razy tygodniowo w ciągu sześciu miesięcy. Pomiarów dokonano przed rozpoczęciem uprawiania sportu i po zakończeniu, za pomocą biopsji tkanki tłuszczowej na brzuchu.

Wyniki sugerowały, że aktywność fizyczna modyfikuje znacząco ogólny poziom metylacji DNA w około 18000 miejsc CpG rozłożonych w ponad 7000 genów. Większość badanych genów prezentowała podwyższony poziom metylacji i zmniejszoną ekspresję. Wpływ regularnej aktywności fizycznej dotyczył również czynników znanych z ich związków z ryzykiem wystąpienia chorób sercowo-naczyniowych. Częstotliwość uderzeń serca, ciśnienie tętnicze i stosunek obwodu talii do obwodu bioder ulegały wyraźnej poprawie. Regularne uprawianie sportu daje też możliwość utrzymania dobrego stanu zdrowia i może modyfikować mechanizmy regulujące dojrzewanie molekularne genów i ich rolę w procesach genetycznych.

Konkluzja jest taka, że genetyczne uwarunkowania to jedno, ale czynniki epigenetyczne, czyli określony styl życia, daja nadzieję na uniknięcie pewnych zagrożeń, np. chorób, związanych z czynnikami dziedzicznymi.

dr Florent Amsallem

tlum. Dorota Bury