Молекулярно-генетичні фактори розвитку гіпертрофії міокарда при інтенсивних фізичних навантаженнях

С. Б. Дроздовська

Анотація


Мета: розглянути молекулярно-генетичні механізми розвитку гіпертрофії міокарда у відповідь на систематичні фізичні навантаження та встановити ключові фактори, що сприяють розвитку крайніх форм гіпертрофії, виявити спадкові фактори, які сприяють її розвитку. Методи: аналіз наукової та науково-методичної літератури. Результати. Встановлено, що схильність до розвитку гіпертрофії міокарда під впливом інтенсивних фізичних навантажень має спадкові особливості, які залежать від поліморфізмів генів та рівня їх експресії. До переліку таких генів належать гени білків–регуляторів метаболічних мереж, ренін-ангіотензинової системи, структурних білків серцевого м’яза, факторів росту та гени некодуючих РНК (мікрота довгих некодуючих РНК). Висновки. Дослідження поліморфізмів генів білків–регуляторів метаболічних мереж, ренін-ангіотензинової системи, структурних білків серцевого м’яза, некодуючих РНК та рівня їх експресії у відповідь на фізичні навантаження дозволять розкрити молекулярногенетичні механізми регуляції адаптаційної відповіді серцево-судинної системи та слугуватимуть основою створення методу неінвазивної діагностики схильності до розвитку патологічних форм гіпертрофії міокарда. Експресія генів некодуючих РНК є потенційним інформаційним маркером перебігу адаптаційних процесів до фізичних навантажень.

Ключові слова


гіпертрофія міокарда; молекулярно-генетичні фактори; поліморфізми генів; міРНК; експресія генів; фізичні навантаження

Повний текст:

PDF

Посилання


Bezughla, V.V. (2016). Kardiomiopatija vnaslidok fizychnogho perevantazhennja [Cardiomyopathy due to overexertion]. Zhurnal klinichnykh ta eksperymentalnykh medychnykh doslidzhen – J. of clinical and experimental medical research, Vol. 4, 2, 226-236 [in Ukranian].

Belotserkovskiy, Z.B., & Lyubina, B.G. (2012). Serdechnaya deyatelnost i funktsionalnaya podgotovlennost u sportsmenov (norma i atipichnye izmeneniya v normalnykh i izmenennykh usloviyakh adaptatsii k fizicheskim nagruzkam). [Cardiac activity and functional preparation of athletes (normal and atypical changes in normal and changed conditions of adaptation to physical exercises)]. Moskow: Sovetskiy sport [in Russian].

Berg, A.R. (2014). Assotsiatsiya riska razvitiya kardiomiopatiy s polimorfnymi variantami genov angiotenzinprevrashchayushchego fermenta, glutation-S-transferazy, interleykinov [Association of the risk of developing cardiomyopathies with polymorphic variants of genes of angiotensinconverting enzyme, glutathione-S-transferase, interleukins]. Klinicheskaya laboratornaya diagnostika – Clinical laboratory diagnostics, Vol. 3, 24-27 [in Russian].

Golberg, N.D., Druzhevskaya, A.M., Rogozkin, V.A., & Akhmetov, I.I. (2014). Rol mTOR v regulyatsii metabolizma skeletnykh myshts [The role of mTOR in the regulation of skeletal muscle metabolism]. Fiziologiya cheloveka – Human physiology, Vol. 40, 5, 123-132 [in Russian].

Linde, Ye.V., Akhmetov, I.I., Ordzhonikidze, Z.G. (2009). Klinikogeneticheskie aspekty formirovaniya «patologicheskogo sportivnogo serdtsa» u vysokokvalifitsirovannykh sportsmenov [Clinical and genetic aspects of the formation of a «pathological sports heart» in highly qualified athletes]. Vestnik sportivnoy nauki – Bulletin of Sport Science, Vol. 2, 1-6 [in Russian].

Bostrom, P., Mann, N., Wu, J., Quintero, P.A., Plovie, E.R., Panakova, D., et al. (2010). C /EBP beta controls exercise-induced cardiac growth and protects against pathological cardiac remodeling. Cell, Vol.143, 1072-1083.

Cao, Q.A., Ju, X, Li, P, Meng, X, Shao, P, et al. (2012). Functional Variant in the MTOR Promoter Modulates Its Expression and Is Associated with Renal Cell Cancer Risk. PLoS ONE, Vol. 7, 11, 3983-3994. Available at: e50302. doi:10.1371 /journal.pone.005030216.

Deldieque, L., Atherton, P., Patel, R., et al. (2008). Decrease in Akt / PKB signaling in human skeletal muscle by resistance exercise. Eur. J. Appl. Physiol., Vol. 104, 1, 57-65. Available at: doi: 10.1007 /s00421-008-0786-7.

Drozdovskа, S., & Oleshko, V. (2016). Association of FRAP1 Т /G (rs 2295080) gene polymorphisms with power-oriented athlete status. Sporto mokslas, 3, 59-64.

Fluck, M., & Hoppeler, H. (2003). Molecular basis of skeletal muscle plasticity-from gene to form and function. Rev. Physiol. Biochem. Phar­ macol., vol. 146, 159-216.

Frank, S., Aguirre, A., Hescheler, J., & Kurian, L. (2016). A lncRNA Perspective into (Re)Building the Heart. Frontiers in Cell and Developmental Biology, Vol. 4, 128. Available at: doi:10.3389 / fcell.2016.00128.

Huang, Y., Wang, Ch., & Yao, Y. (2015). Molecular Basis of GeneGene Interaction: Cyclic Cross-Regulation of Gene Expression and PostGWAS Gene-Gene Interaction Involved in Atrial Fibrillation. PLoS Genet., Vol. 11, 8. Available at: https: //doi.org /10.1371 /journal.pgen.1005393

Glotov, A.S., Kazakov, S.V., Zhukova, E.A., Alexandrov, A.V., & Glotov, O.S. (2015). Targeted next-generation sequencing (NGS) of nine candidate genes with custom AmpliSeq in patients and a cardiomyopathy risk group. Cli­ nica Chimica Acta, Vol. 446, 132-140.

Graf, Ch., Diet, F., Palma-Hohmann, I., Mahnke, N., Bohm, M., Rost, R., et al. (2001). Сorrelations of the renin-angiotensin-system (RAS) gene polymorphisms with cardiac growth factors endothelin-1 and angiotensin ii in high performance athletes. European Journal of Sport Science, Vol. 1, 5, 1-7.

Gupta, R., & Musunuru, K. (2013). Mapping novel pathway in cardiovascular disease using eQTL data. Frontiers in Genetics, Vol. 3, 232-236.

Jianming, Jiang (2013). Allele-specific silencing of mutant Myh6 transcript in mice suppresses hypertrophic cardiomyoparthy. Science, Vol. 342, 111-115.

Johnson, S., Rabinovitch, P., & Kaeberlein, M. (2013). mTOR is a key modulator of ageing and age-related disease. Nature, Vol. 493, 7432, 338.

Kim, E., Goraksha-Hicks, P., Neufeld, T.P. et al. (2008). Regulation of TORC1 by Rag GTPases in nutrient response. Nat. Cell Biol., Vol.10, 8, 935.

Laplante, M., & Sabatini, D.M. (2012). mTOR signaling in growth control and disease. Cell, Vol. 149, 2, 274.

Liu, N., & Olson, E.N. (2010). Microrna regulatory networks in cardiovascular development. Dev. Cell, Vol. 18, 510–525.

Liao, J., Li, Y., Zeng, F., & Wu, Y. (2015). Regulation of mTOR Pathway in Exercise-induced Cardiac Hypertrophy. Int. J. Sports Med., Vol. 36, 343–350.

Lichyan Tao, Yihua Bei, Haifeng Zhang, Junjie Xiao, Xinli Li (2015). Exercise for the heart: signaling pathways. Oncotarget, Vol. 6, 25, 2077320784.

Liu, X., Xiao, J., Zhu, H., Wei, X., Platt, C., Damilano, F., et al. (2015). Mir-222 is necessary for exercise-induced cardiac growth and protects against pathological cardiac remodeling. Cell Metab., Vol. 21, 584–595.

Maron, B.J., Doerer, J.J., Haas, T.S., Tierney, D.M., Mueller, F.O. (2009). Sudden death in young competitive athletes. Analysis of 1866 deaths in the United States, 1980–2006. Circulation, Vol. 119, 1085-92.

Marini, M., Lapalombella, R., Margonato, V., Ronchi, R., Samaja, M., Scapin, C. et al. (2007). Mild exercise training, cardioprotection and stress genes profile. Eur. J. Appl. Physiol., Vol. 99, 503-510.

MakKenzie, M.G., Hamilton, D.L., Murray, J.T. et al. (2009). mVps34 is activated following high-resistance contractions. J. Physiol., Vol. 587, 1, 253.

McManus, D.D., Freedman, J.E. (2015). MicroRNAs in platelet function and cardiovascular disease. Nature Reviews Cardiology, 12, 711717.

Melo, S.F., Barauna, V.G., Junior, M.A., Bozi, L.H., Drummond, L.R., Natali, A.J. et al. (2015). Resistance training regulates cardiac function through modulation of mirna-214. Int. J. Mol. Sci., Vol. 16, 6855–6867.

Mooren, F.C., & Viereck, J. (2014). Circulating microRNAs as a potential biomarkers of aerobic exercise capacity. Am. J. Heart Circ. Physiol., 306, H577-H565.

Paterick, T., Gordon, E., & Spiegel, D. (2014). Echocardiography: Profiling of the Athlete`s Heart. Journal of the American Society of Echo­ cardiography, Vol. 27, 9, 940-948.

Sancak, Y., Bar-Peled, L., Zoncu, R. et al. (2010). Ragulator-Rag complex targets mTORC1 to the lysosomal surface and is necessary for its activation by amino acids. Cell, Vol. 141, 2, 90.

Sengupta, S., Peterson, T.R., & Sabatini, D.M. (2010). Regulation of the mTOR complex 1 pathway by nutrients, growth factors, and stress. Mol. Cell, Vol. 40, 2, 310-322.

Shao, J., Li, Y., Zhao, P., Yue, X., Jiang, J. et al. (2014). Association of mTOR Polymorphisms with Cancer Risk and Clinical Outcomes: A MetaAnalysis. PLoS ONE, Vol. 9, 5. Available at: e97085. doi:10.1371 /journal. pone.0097085.

Shimano, M., Ouchia, N., Nakamuraa, K., van Wijkb, B., Ohashia, K., Asaumia, Y. et al. (2010). Cardiac myocyte follistatin-like 1 functions to attenuate hypertrophy following pressure overload. PNAS., Vol. 108, 43, E899– E906.

Soci, U.P., Fernandes, T., Hashimoto, N.Y., Mota, G.F., Amadeu, M.A., Rosa, K.T., et al. (2011). Micrornas 29 are involved in the improvement of ventricular compliance promoted by aerobic exercise training in rats. Physiol Genomics, Vol. 43, 665-673.

Verhaaren, H.A., Schieken, R.M., Mosteller, M. et al. (1991). Bivariate genetic analysis of left ventricular mass and weight in pubertal twins (the Medical College of Virginia twin study). Am. J. Cardiol., Vol. 68, 661-68.

Yang, Y., Creer, A., Jemiolo, B. et al. (2005). Time course of myogenic and metabolic gene expression in response to acute exercise in human skele­ tal muscle. J. Appl. Physiol., Vol. 98, 5, 1745-1752.

Wang K., Fang Liu, Lu-Yu Zhou, Bo Long, Shu-Min Yuan, Yin Wang et al. (2014). The Long Noncoding RNA CHRF Regulates Cardiac Hypertrophy by Targeting miR-489. Circ. Res., Vol. 114, 1377-1388.

Weeks, K.L., McMullen, J.R. (2011). The athlete’s heart vs. The failing heart: Can signaling explain the two distinct outcomes? Physiology, Vol. 26, 97–105.


Пристатейна бібліографія ГОСТ


Безугла В. В. Кардіоміопатія внаслідок фізичного перевантаження / В. В. Безугла // Журн. клініч. та експеримент. мед. досліджень. – 2016. – Т. 4, No 2. – C. 226–236.

Белоцерковский З. Б. Сердечная деятельность и функциональная подготовленность у спортсменов (норма и атипичные изменения в нормальных и измененных условиях адаптации к физическим нагрузкам) / З. Б. Белоцерковский, Б. Г. Любина. – М. : Сов. спорт, 2012. – 548 c.

Берг А. Р. Ассоциация риска развития кардиомиопатий с полиморфными вариантами генов ангиотензинпревращающего фермента, глутатион-S-трансферазы, интерлейкинов / А. Р. Берг // Клинич. лаб. диагностика. – 2014. – No 3. – С. 24–27.

Гольберг Н. Д. Роль mTOR в регуляции метаболизма скелетных мышц / Н. Д. Гольберг, А. М. Дружевская, В. А. Рогозкин, И. И. Ахметов // Физиология человека. – 2014. – Т. 40, No 5 – С. 123–132.

Линде Е. В. Клинико-генетические аспекты формирования «патологического спортивного сердца» у высококвалифицированных спортсменов / Е. В. Линде, И. И. Ахметов, З. Г. Орджоникидзе // Вестн. спорт. науки. – 2009. − No 2. − С. 1–6.

Bostrom P. C/EBP beta controls exercise-induced cardiac growth and protects against pathological cardiac remodeling / P. Bostrom, N. Mann, J. Wu et al. // Cell. – 2010. – Vol. 143. – P. 1072–1083.

Cao Q. A. Functional Variant in the MTOR Promoter Modulates Its Expression and Is Associated with Renal Cell Cancer Risk / Q. A. Cao, X. Ju, P. Li et al. // PLoS ONE. – 2012. – Vol. 7, N 11. – P. 3983–3994. Available at: e50302. doi:10.1371 /journal.pone.005030216.

Deldieque L. Decrease in Akt /PKB signaling in human skeletal muscle by resistance exercise / L. Deldieque, P. Atherton, R. Patel et al. // Eur. J. Appl. Physiol. – 2008. – Vol. 104, N 1. – P. 57–65. Available at: doi: 10.1007 / s00421-008-0786-7.

Drozdovskа S. Association of FRAP1 Т/G (rs 2295080) gene polymorphisms with power-oriented athlete status / S. Drozdovskа, V. Oleshko // Sporto mokslas. – 2016. – N 3. – P. 59–64.

Fluck M. Molecular basis of skeletal muscle plasticity-from gene to form and function / M. Fluck, H. Hoppeler // Rev. Physiol. Biochem. Pharmacol. – 2003. – Vol. 146. – P. 159–216.

Frank S. (2016) A lncRNA Perspective into (Re) Building the Heart / S. Frank, A. Aguirre, J. Hescheler, L. Kurian // Frontiers in Cell and Developmental Biology. – 2016. – Vol. 4. – 128 p. Available at: doi:10.3389 / fcell.2016.00128.

Huang Y. Molecular Basis of Gene-Gene Interaction: Cyclic CrossRegulation of Gene Expression and Post-GWAS Gene-Gene Interaction Involved in Atrial Fibrillation / Y. Huang, Ch. Wang, Y. Yao // PLoS Genet. – 2015. – Vol. 11, N 8. Available at: https: //doi.org /10.1371 /journal.pgen.1005393

Glotov A. S. Targeted next-generation sequencing (NGS) of nine candidate genes with custom AmpliSeq in patients and a cardiomyopathy risk group / A. S. Glotov, S. V. Kazakov, E. A. Zhukova et al. // Clinica Chimica Acta. – 2015. – Vol. 446. – P. 132–140.

Graf Ch. Сorrelations of the renin-angiotensin-system (RAS) gene polymorphisms with cardiac growth factors endothelin-1 and angiotensin ii in high performance athletes / Ch. Graf, F. Diet, I. Palma-Hohmann et al. // Eur. J. of Sport Science. – 2001. – Vol. 1, N 5. – P. 1–7.

Gupta R. Mapping novel pathway in cardiovascular disease using eQTL data / R. Gupta., K. Musunuru // Frontiers in Genetics. – 2013. – Vol. 3. – P. 232–236.

Jianming Jiang. Allele-specific silencing of mutant Myh6 transcript in mice suppresses hypertrophic cardiomyoparthy / Jiang Jianming // Science. – 2013. – Vol. 342. – P. 111–115.

Johnson S. mTOR is a key modulator of ageing and age-related disease / S. Johnson, P. Rabinovitch, M. Kaeberlein // Nature. – 2013. – Vol. 493, N 7432. – P. 338.

Kim E. Regulation of TORC1 by Rag GTPases in nutrient res­ ponse / E. Kim, P. Goraksha-Hicks, T. P. Neufeld et al. // Nat. Cell Biol. – 2008. – Vol. 10, N 8. – P. 935.

Laplante M. mTOR signaling in growth control and disease / M. Laplante, D. M. Sabatini // Cell. – 2012. – Vol. 149, N 2. – P. 274.

Liu N. Microrna regulatory networks in cardiovascular development / N. Liu, E. N. Olson // Dev Cell. – 2010. – Vol. 18. – P. 510–525.

Liao J. Regulation of mTOR Pathway in Exercise-induced Cardiac Hypertrophy / J. Liao, Y. Li, F. Zeng, Y. Wu // Int. J. Sports Med. – 2015. – Vol. 36. – P. 343–350.

Lichyan Tao. Exercise for the heart: signaling pathways / Tao Lichyan, Bei Yihua, Zhang Haifeng et al. // Oncotarget. – 2015. – Vol. 6, N 25 – P. 20773–20784.

Liu X. Mir-222 is necessary for exercise-induced cardiac growth and protects against pathological cardiac remodeling / X. Liu, J. Xiao, H. Zhu et al. // Cell. Metab. – 2015. – Vol. 21. – P. 584–595.

Maron B. J. Sudden death in young competitive athletes. Analysis of 1866 deaths in the United States, 1980–2006 / B. J. Maron, J. J. Doerer, T. S. Haas et al. // Circulation. – 2009. – Vol. 119. – P. 1085–1092.

Marini M. Mild exercise training, cardioprotection and stress genes profile / M. Marini, R. Lapalombella, V. Margonato et al. // Eur. J. Appl. Phy­ siol. – 2007. – Vol. 99. – P. 503–510.

MakKenzie M. G. mVps34 is activated following high-resistance contractions / M. G. MakKenzie, D. L. Hamilton, J. T. Murray et al. // J. Physiol. – 2009. – Vol. 587, N 1. – P. 253.

McManus D. D. MicroRNAs in platelet function and cardiovascular disease / D. D. McManus, J. E. Freedman // Nature Reviews Cardiology. – 2015. – N 12. – P. 711–717.

Melo S. F. Resistance training regulates cardiac function through modulation of mirna-214 / S. F. Melo, V. G. Barauna, M. A. Junior et al. // Int. J. Mol. Sci. – 2015. – Vol. 16. – P. 6855–6867.

Mooren F. C. Circulating microRNAs as a potential biomarkers of aerobic exercise capacity / F. C. Mooren, J. Viereck // Amer. J. Heart Circ. Physiol. − 2014. – N 306. – P. 577–565.

Paterick T. Echocardiography: Profiling of the Athlete`s Heart / T. Paterick, E. Gordon, D. Spiegel // J. of the Amer. Society of Echocardiography. – 2014. – Vol. 27, N 9. – P. 940–948.

Sancak Y. Ragulator-Rag complex targets mTORC1 to the lysosomal surface and is necessary for its activation by amino acids / Y. Sancak, L. Bar-Peled, R. Zoncu et al. // Cell. – 2014. – Vol. 141, N 2. – P. 90.

Sengupta S. Regulation of the mTOR complex 1 pathway by nut­ rients, growth factors, and stress / S. Sengupta, T. R. Peterson, D. M. Sabatini // Mol. Cell. – 2010. – Vol. 40, N 2. – P. 310–322.

Shao J. Association of mTOR Polymorphisms with Cancer Risk and Clinical Outcomes: A Meta-Analysis / J. Shao, Y. Li, P. Zhao et al. // PLoS ONE. – 2014. – Vol. 9, N 5. Available at: e97085. doi:10.1371 /journal. pone.0097085.

Shimano M. Cardiac myocyte follistatin-like 1 functions to attenuate hypertrophy following pressure overload / M. Shimano, N. Ouchia, K. Nakamuraa et al. // PNAS. – 2010. – Vol. 108, N 43. – E899–E906.

Soci U. P. Micrornas 29 are involved in the improvement of ventricular compliance promoted by aerobic exercise training in rats / U. P. Soci, T. Fernandes, N. Y. Hashimoto et al. // Physiol. Genomics.– 2011. – Vol. 43. – P. 665–673.

Verhaaren H. A. Bivariate genetic analysis of left ventricular mass and weight in pubertal twins (the Medical College of Virginia twin study) / H. A. Verhaaren, R. M. Schieken, M. Mosteller et al. // Amer. J. Cardiol. – 1991. – Vol. 68. – P. 661–668.

Yang Y. Time course of myogenic and metabolic gene expression in response to acute exercise in human skeletal muscle / Y. Yang, A. Creer, B. Jemiolo et al. // J. Appl. Physiol. – 2005. – Vol. 98, N 5. – P. 1745–1752.

Wang K. The Long Noncoding RNA CHRF Regulates Cardiac Hypertrophy by Targeting miR-489 / K. Wang, Liu Fang, Zhou Lu-Yu // Circ. Res. – 2014. – Vol. 114. – P.1377–1388.

Weeks K. L. The athlete’s heart vs. The failing heart: Can signaling explain the two distinct outcomes? / K. L. Weeks, J. R. McMullen // Physio­ logy. – 2011. – Vol. 26. – P. 97–105.


Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.


Creative Commons License
Ця робота ліцензована Creative Commons Attribution 4.0 International License.

----------------------------------------------

ISSN:1992-7894 (друк)
ISSN: 1992-9285 (інтернет)

Адреса редакції: 03150, м. Київ-150, вул. Фізкультури, 1.
Довідка: тел.: +38(044) 287-65-20;
факс: +38(044) 287-65-20;
моб.: +38(067) 724-48-23; +38(050) 067-64-13;
е-mail: sportmedkafedra@gmail.com, sportmedicine.ua@gmail.com