Епігенетичні модифікації як механізм реалізації оздоровчого ефекту фізичних вправ
Основний зміст сторінки статті
Анотація
Метою статті є систематизація сучасних уявлень про епігенетичні механізми, через які реалізується оздоровчий ефект фізичних вправ, а також визначення наукових перспектив дослідження в цьому напрямі. Стаття має оглядовий характер. Методи. Проведено аналіз наукових джерел, опублікованих українською та англійською мовами протягом останніх 10 років. Результати. Розглянуто результати експериментальних і клінічних досліджень, що стосуються епігенетичного регулювання, зокрема метилювання ДНК, модифікацій гістонів, впливу некодуючих РНК та механізмів хроматинового ремоделювання у відповідь на фізичну активність. Установлено, що фізичні вправи здатні викликати специфічні та тривалі епігенетичні зміни в генах, пов’язаних із метаболізмом, міогенезом, адаптацією до навантаження й антизапальним захистом. Такі модифікації можуть зберігатися впродовж тривалого часу навіть за умов перерви в тренуваннях, формуючи так звану епігенетичну пам’ять. Особливу увагу приділено можливості застосування мультиомного підходу й персоналізованих тренувальних стратегій, адаптованих до індивідуального епігенетичного профілю.
Блок інформації про статтю
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Журнал практикує політику негайного відкритого доступу до опублікованого змісту, підтримуючи принципи вільного поширення наукової інформації та глобального обміну знаннями задля загального суспільного прогресу.
Редакційна колегія дотримується рекомендацій The Committee on Publication Ethics (COPE) з питань этики наукових публікацій.
ОБОВ'ЯЗКОВЕ ПОСИЛАННЯ НА АВТОРІВ ПРИ КОПІЮВАННІ ЧИ ЦИТУВАННІ МАТЕРІАЛУ НАУКОВИХ СТАТЕЙ
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
Посилання
Дроздовська СБ, Пастухова ВА, Імас ЄВ. Нутрігенетичні підходи у спортивній дієтології [Nutrigenetic approaches in sports nutrition]. Спортивна медицина і фізична реабілітація. 2018;(2):29-39.
Мазур ЮЮ, Ільїн ВМ, Пастухова ВА, Дроздовська СБ. Ефектив- ність застосування фізичних вправ при генетично обумовлених ожирінні та цукровому діабеті [The effectiveness of physical exercise in genetically determined obesity and diabetes mellitus]. Вісник проблем біології і медицини. 2024;(3(174)):36-49. DOI: 10.29254/2077-4214-2024-3-174-36-49.
Поліщук АО, Дроздовська СБ, Гончаров СВ, Досенко ВЄ. Рівень експресії довгих некодуючих РНК при тривалій та довготривалій адаптації у відповідь на фізичне навантаження [The level of expression of long non-coding RNAs during prolonged and long-term adaptation in response to physical exercise]. Український журнал медицини, біології та спорту. 2020;5(1):354-9. DOI: 10.26693/jmbs05.01.354.
Alegría-Torres JA, Baccarelli A, Bollati V. Epigenetics and lifestyle. Epigenomics. 2011 Jun;3(3):267-77. DOI: 10.2217/epi.11.22. PMID: 22122337; PMCID: PMC3752894.
Barrès R, Yan J, Egan B, Treebak JT, Rasmussen M, Fritz T, et al. Acute exercise remodels promoter methylation in human skeletal muscle. Cell Metab. 2012 Mar; 15(3): 405-11.
Barrón-Cabrera E, Ramos-Lopez O, González-Becerra K, Riezu-Boj JI, Milagro FI, Martínez-López E, Martínez JA. Epigenetic Modifications as Outcomes of Exercise Interventions Related to Specific Metabolic Alterations: A Systematic Review. Lifestyle Genom. 2019;12(1-6):25-44. DOI: 10.1159/ 000503289. Epub 2019 Sep 23. PMID: 31546245; PMCID: PMC6921698.
Bulyk ML, Drouin J, Harrison MM, Taipale J, Zaret KS. Pioneer factors – key regulators of chromatin and gene expression. Nat Rev Genet. 2023 Dec;24(12):809-815. doi: 10.1038/s41576-023-00648-z. Epub 2023 Sep 22. PMID: 37740118.
Chen LL, Kim VN. Small and long non-coding RNAs: Past, present, and future. Cell. 2024 Nov 14;187(23):6451-6485. DOI: 10.1016/j. cell.2024.10.024. PMID: 39547208.
Deichmann U. Epigenetics: The origins and evolution of a fashionable topic. Dev Biol. 2016;416(1):249-54. DOI: 10.1016/j.ydbio.2016.06.003.
Deichmann U (2024) Two pioneers of epigenetics: their different paths to chromatin research and DNA methylation, and general reflections on epigenetics. Front. Epigenet. Epigenom. 1:1334556. DOI: 10.3389/freae. 2023.1334556.
Ehlert T, Simon Р, Moser DA. Epigenetics in. Moser Sports medicine. 2013;43:93-110.
Fragoso-Bargas N, Mcbride NS, Lee-Ødegård S, Lawlor DA, Yousefi PD, Moen GH, Opsahl JO, Jenum AK, Franks PW, Prasad RB, Qvigstad E, Birkeland KI, Richardsen KR, Sommer C. Epigenome-wide association study of objectively measured physical activity in peripheral blood leukocytes. BMC Genomics. 2025 Jan 22;26(1):62. DOI: 10.1186/s12864-025-11262-0. Erratum in: BMC Genomics. 2025 Feb 13;26(1):142. DOI: 10.1186/s12864-025-11311-8. PMID: 39844050; PMCID: PMC11755845.
Geiger C, Needhamsen M, Emanuelsson EB et al. DNA methylation of exercise-responsive genes differs between trained and untrained men. BMC Biol. 2024;22:147. https://doi.org/10.1186/s12915-024-01938-6.
Kanzleiter T, Jähnert M, Schulze G, Selbig J, Hallahan N, Schwenk RW, Schürmann A. Exercise training alters DNA methylation patterns in genes related to muscle growth and differentiation in mice. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2015 Mar 24;308(10):E912–20. DOI: 10.1152/ajpendo. 00289.2014.
Liu T, Conley YP, Erickson KI, et al. 12-Year Physical Activity Trajectories and Epigenetic Age Acceleration Among Middle-Aged and Older Adults. Biological Research For Nursing. 2025;27(3):442-452. DOI: 10.1177/10998004251334415.
Ma Y, Zhao Y, Zhang JF, Bi W. Efficient and accurate framework for genome-wide gene-environment interaction analysis in large-scale biobanks. Nat Commun. 2025 Mar 29;16(1):3064. doi: 10.1038/s41467-025-57887-3. PMID: 40157913; PMCID: PMC11955004.
Motsinger-Reif AA, Reif DM, Akhtari FS, House JS, Campbell CR, Messier KP, Fargo DC, Bowen TA, Nadadur SS, Schmitt CP, Pettibone KG, Balshaw DM, Lawler CP, Newton SA, Collman GW, Miller AK, Merrick BA, Cui Y, Anchang B, Harmon QE, McAllister KA, Woychik R. Gene-environ- ment interactions within a precision environmental health framework. Cell Genom. 2024 Jul 10;4(7):100591. doi: 10.1016/j.xgen.2024.100591. Epub 2024 Jun 25. PMID: 38925123; PMCID: PMC11293590.
Noronha YN, da Silva Rodrigues G, Yonehara Noma IH, Brandao FCC, Rodrigues KP, Bruno AC, Sae-Lee C, Watanabe LM, Pin- hel MAS, Schineider IM, de Almeida ML, Barbosa Júnior F, Morais DA, de Sousa Júnior WT, Plösch T, Bueno Junior CR, Nonino CB. 14-weeks combined exercise epigenetically modulated 118 genes of menopausal women with prediabetes. Front Endocrinol (Lausanne). 2022 Aug 15;13:895489. DOI: 10.3389/fendo.2022.895489. PMID: 36046788; PMCID: PMC9423096.
Park S, Merino-Urteaga R, Karwacki-Neisius V, Carrizo GE, Athreya A, Marin-Gonzalez A, Benning NA, Park J, Mitchener MM, Bhanu NV, Garcia BA, Zhang B, Muir TW, Pearce EL, Ha T. Native nucleosomes intrinsically encode genome organization principles. Nature. 2025 May 7. DOI: 10.1038/ s41586-025-08971-7. Epub ahead of print. PMID: 40335690.
Peterson JA, Crow JA, Johnson AJ, Meng L, Rani A, Huo Z, Foster TC, Fillingim RB, Cruz-Almeida Y. Pain interference mediates the association between epigenetic aging and grip strength in middle to older aged males and females with chronic pain. Front Aging Neurosci. 2023 Mar 23;15:1122364. DOI: 10.3389/fnagi.2023.1122364.
Pilotto AM, Jähnert M, Schulze G, Selbig J, Hallahan N, Schwenk RW, Schürmann A. Human skeletal muscle possesses an epigenetic memory of high-intensity interval training. Am J Physiol Cell Physiol. 2025 Jan 1;328(1):C258-72. DOI: 10.1152/ajpcell.00423.2024. Epub 2024 Nov 21.
Plaza-Diaz J, Izquierdo D, Torres-Martos Á, Baig AT, Aguilera CM, Ruiz-Ojeda FJ. Impact of Physical Activity and Exercise on the Epig- enome in Skeletal Muscle and Effects on Systemic Metabolism. Biomedi- cines. 2022 Jan 7;10(1):126. DOI: 10.3390/biomedicines10010126. PMID: 35052805; PMCID: PMC8773693.
Prabhakaran R, Thamarai R, Sivasamy S, Dhandayuthapani S, Batra J, Kamaraj C, Karthik K, Shah MA, Mallik S, et al. Epigenetic frontiers: miRNAs, long non coding RNAs and nanomaterials are pioneering to cancer therapy. Epigenetics & Chromatin. 2024 Oct 16;17:31. DOI: 10.1186/s13072-024-00554-6.
Sailani MR, Halling JF, Møller HD, Lee H, Plomgaard P, Pilegaard H, Snyder MP, Regenberg B. Lifelong physical activity is associated with promoter hypomethylation of genes involved in metabolism, myogenesis, contractile properties and oxidative stress resistance in aged human skeletal muscle. Sci Rep. 2019 Mar 1;9(1):3272. DOI: 10.1038/s41598-018-37895-8. PMID: 30824849; PMCID: PMC6397284.
Sarigiannis D, Karakitsios S, Anesti O, Stem A, Valvi D, Sumner SCJ, Chatzi L, Snyder MP, Thompson DC, Vasiliou V. Advancing translational exposomics: bridging genome, exposome and personalized medicine. Hum Genomics. 2025 Apr 30;19(1):48. doi: 10.1186/s40246-025-00761-6. PMID: 40307849; PMCID: PMC12044731.
Sherif ZA, Ogunwobi OO, Ressom HW. Mechanisms and technol- ogies in cancer epigenetics. Front Oncol. 2025 Jan 7;14:1513654. DOI: 10.3389/fonc.2024.1513654. PMID: 39839798; PMCID: PMC11746123.
Tamargo JA, Strath LJ, Cruz-Almeida Y. High-Impact Pain Is Asso- ciated With Epigenetic Aging Among Middle-Aged and Older Adults: Find- ings From the Health and Retirement Study. J Gerontol A Biol Sci Med Sci. 2024 Aug 1;79(8):glae149. DOI: 10.1093/gerona/glae149. PMID: 38855906; PMCID: PMC11226994.
Visco V, Forte M, Giallauria F, D'Ambrosio L, Piccoli M, Schiat- tarella GG, Mancusi C, Salerno N, Cesaro A, Perrone MA, Izzo C, Loffredo FS, Bellino M, Bertero E, De Luca N, Pilichou K, Calabrò P, Manno G, De Falco E, Carrizzo A, Valenti V, Castelletti S, Spadafora L, Tourkmani N, D'Andrea A, Pacileo M, Bernardi M, Maloberti A, Simeone B, Sarto G, Frati G, Perrino C, Pedrinelli R, Filardi PP, Vecchione C, Sciarretta S, Ciccarelli M. Epigenetic mechanisms underlying the beneficial effects of cardiac rehabilitation. An overview from the working groups of «cellular and molecular biology of the heart» and «cardiac rehabilitation and cardi- ovascular prevention» of the Italian Society of Cardiology (SIC). Int J Car- diol. 2025 Jun 15;429:133166. DOI: 10.1016/j.ijcard.2025.133166. Epub 2025 Mar 13. PMID: 40088953.
Wu YL., Lin ZJ., Li CC. et al. Epigenetic regulation in metabolic diseases: mechanisms and advances in clinical study. Sig Transduct Target Ther 8, 98 (2023). https://doi.org/10.1038/s41392-023-01333-7.
Wu G, Zhang X, Gao F. The epigenetic landscape of exercise in car- diac health and disease. J Sport Health Sci. 2021 Dec;10(6):648-659. DOI: 10.1016/j.jshs.2020.12.003. Epub 2020 Dec 14. PMID: 33333247; PMCID: PMC8724625.
You, Y., Chen, Y., Ding, H. et al. Relationship between physical activ- ity and DNA methylation-predicted epigenetic clocks. npj Aging 11, 27 (2025). https://doi.org/10.1038/s41514-025-00217-0.
Zheng, X., Liu, X., Guo, Y. et al. Physical exercise and epigenetic modifications in skeletal muscle, brain, and heart. Epigenetics & Chromatin 18, 12 (2025). https://doi.org/10.1186/s13072-025-00576-8.