Repositorio Institucional de Documentos

UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA Asociación entre el gen alfa-actinina 3 ( ACTN3) y el rendimiento en maratón. Trabajo fin de grado. Ciencias de la Actividad Física y del Deporte. Adrián Hernández Vicente. 19/06/2014 ÍNDICE RESUMEN ...................................................................................................................................... 2 RÉSUMÉ ......................................................................................................................................... 3 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................. 4 a. La genética como factor del rendimiento ......................................................................... 4 b. La maratón como deporte de resistencia ......................................................................... 5 c. Función del ACTN3 ............................................................................................................ 5 d. Objetivo ............................................................................................................................. 7 e. Hipótesis ............................................................................................................................ 7 MÉTODO ........................................................................................................................................ 8 a. Sujetos ............................................................................................................................... 8 b. Genotipado ........................................................................................................................ 8 c. Análisis estadísticos ........................................................................................................... 9 RESULTADOS ............................................................................................................................... 10 a. Total de la muestra: ........................................................................................................ 10 b. 20% de los mejores tiempos de cada sexo...................................................................... 10 c. 10% de los mejores tiempos de cada sexo...................................................................... 11 DISCUSIÓN ................................................................................................................................... 12 CONCLUSIONES ........................................................................................................................... 16 CONCLUSIONS ............................................................................................................................. 16 TABLAS ........................................................................................................................................ 17 AGRADECIMIENTOS..................................................................................................................... 26 BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................................................. 27 1 RESUMEN Objetivo: Comparar las frecuencias alélicas y genotípicas del ACTN3 R577X en un grupo de corredores de maratón y controles. Participantes: 720 corredores (661 hombres y 59 mujeres) caucásicos con un tiempo medio (Tpo) (mejor marca personal) de 3:23:19±0:31:44 para los hombres y 3:53:49±0:39:39 para las mujeres y 284 controles (217 hombres y 67 mujeres). Método: Se obtuvo una muestra de ADN del epitelio bucal a partir del cual se realizó el genotipado para la variante R577X mediante la reacción en cadena de la polimerasa (PCR). Resultados: No hubo diferencias significativas ni en las frecuencias genotípicas ni alélicas cuando se utilizaba el total de la muestra o el 20% de los mejores tiempos de cada sexo. Sin embargo, en el grupo formado por el 10% de los mejores tiempos para los hombres (n=58) se encontraron diferencias significativas respecto al genotipo ACTN3 577XX tanto para el modelo codominante (RR vs XX: odd ratio (OR)=2.171, 95% Intervalo de confianza (IC)=0.284-0.976, P=0.048; XX vs RX: OR=0.480, IC95%=0.239-0.964, P=0.039) como para el recesivo (OR=0.472, IC95%=0.250-0.892, P=0.021) así como en los alelos R vs X (OR=1.528, IC95%=1.012-2.307, P=0.044). También se obtuvieron diferencias significativas entre grupos (OR=0.526, IC95%=0.284-0.976 P=0.041) en el modelo recesivo de la muestra cuando solamente incluía el 10% de los sujetos con los mejores tiempos de cada sexo, tomando el sexo como covariable. En el grupo de mujeres no se encontraron diferencias significativas. Conclusión: Existe una asociación positiva entre el polimorfismo ACTN3 R577X y la posibilidad de ser maratoniano (<2:33:20±0:10:44) existiendo una mayor frecuencia del genotipo XX y del alelo X en el grupo de maratonianos respecto al grupo control. Esta asociación solamente fue corroborada en hombres. 2 RÉSUMÉ Objectif: comparer les fréquences alléliques et génotypiques de l'ACTN3 R577X dans un groupe de coureurs de marathon et contrôles. Participants: 720 coreurs (661 hommes et 59 femmes) caucasiens avec un temps moyen (Tpo) (record personnel) de 03:23:19±00:31:44 pour les hommes et 03:53:49±00:39:39 pour les femmes, et 284 contrôles (217 hommes et 67 femmes). Méthode: Il a été obtenu une échantillon de ADN de l'épithélium buccal à partir de lesquels le génotypage pour le variant R577X a été réalisé en utilisant la réaction en chaîne de la polymérase (PCR). Résultats: Il n'y avait pas de différences significatives dans fréquences alléliques ou génotypiques lorsque l'échantillon total, soit 20% des meilleurs temps de chaque sexe ont été utilisés. Cependant, dans le groupe des 10% des meilleurs temps pour les hommes (n=58), ont été observées différences significatives dans le génotype ACTN3 577XX pour le modèle codominant (RR vs XX: odd ratio (OR)=2.171, intervalle de confiance 95% (IC)=0.2840.976, P=0.048; XX vs RX: OR=0.480, IC95%=0.239-0.964, P=0.039) et pour le récessif (OR=0.472, IC95%=0.250-0.892 , P=0.021) et dans le allèle X vs R (OR=1.528, IC95%=1.012-2.307, P=0.044). Ils ont été également obtenues différences significatives entre les groupes (OR=0.526, IC95%=0.284-0.976, P=0.041) dans le modèle récessif lorsque l'échantillon comprend seulement 10% des meilleurs temps de chaque sexe en prenant le sexe comme variable. Dans le groupe des femmes on n'a pas trouvé de différences significatives. Conclusion: Il existe une association positive entre le polymorphisme ACTN3 R577X et la possibilité d'être marathonien (<± 02:33:20 00:10:44) en existant une fréquence plus élevée du génotype XX et du l´allèle X dans le groupe des marathoniens que chez les contrôles. Cette association a été confirmée que chez les hommes. 3 INTRODUCCIÓN a. La genética como factor del rendimiento Según estudios de heredabilidad en familias y en hermanos gemelos, los factores genéticos explican un 66% la heredabilidad del estado de atleta,1 un 47% el consumo de oxígeno máximo,2 y en cuanto a la fuerza y la masa muscular un 31-78%.3 Sin embargo estas excepcionales heredabilidades estimadas han sido criticadas con argumentos como el idéntico ambiente social o el bajo número de sujetos gemelos incluidos en los estudios.4 Está generalmente aceptado por la comunidad científica que tanto los factores genéticos como los ambientales determinan el rendimiento de un atleta,5 por este motivo tiene un gran valor conocer la influencia real de las distintas variantes genéticas sobre el rendimiento. Se considera que existen más de 200 variaciones genéticas potencialmente asociadas con fenotipos de rendimiento físico, y cerca de 20 polimorfismos asociados con los atletas de élite.6 La contribución de cada variante al fenotipo no es necesariamente similar, además la probabilidad de convertirse en un atleta de élite aumenta conforme crece el número de alelos relacionados con el rendimiento.7 Aunque los estudios de asociación genética caso-control han jugado un papel importante para empezar a entender los detalles específicos de la heredabilidad del rendimiento, la gran mayoría de genes candidatos para el rendimiento deportivo descubiertos hasta la actualidad no son los candidatos clave seriamente implicados en los fenotipos de interés. Nos encontramos en el momento en el que la investigación en genética se mueve hacia la era de la genómica, ya que los nuevos avances tecnológicos (GWAS; Estudios de asociación del genoma completo) posibilitan conocer las 4 interacciones ente los diferentes genes y encontrar otros genes hasta la fecha no estudiados.4 b. La maratón como deporte de resistencia Eynon et al8 afirma que “Lo ideal es que los estudios proporcionen datos de atletas en los extremos del rendimiento humano Ej. Pruebas de potencia (esprines, saltos, lanzamientos, levantamientos de peso) vs eventos de resistencia (maratón, ciclismo de carretera, triatlones de larga distancia)”. En nuestro estudio el extremo del rendimiento elegido es el de los deportes de resistencia y más concretamente la maratón como una prueba atlética clásica del extremo del rendimiento humano de resistencia aeróbica. Está bien demostrado que la maratón es una de las pruebas por excelencia de resistencia aeróbica y se conocen bien los factores y los limitantes del rendimiento en dicha prueba. Por ejemplo: Legaz Arrese et al9 afirma al respecto que “los principales factores fisiológicos que contribuyen al rendimiento en carreras de resistencia son la capacidad aeróbica (VO2max) y el coste energético de la carrera: factores adicionales, como la morfología del corazón y las cinéticas de lactato durante el esfuerzo (en hombres), y la adiposidad y los niveles de hierro en sangre (mujeres) parecen limitar el rendimiento a los niveles más altos alcanzados actualmente por la élite.” c. Función del ACTN3 Actualmente, los estudios científicos han obtenido resultados consistentes en cuanto al polimorfismo R557X del ACTN3 y su relación con el rendimiento en potencia, dichos hallazgos científicos han sido corroborado por estudios en múltiples cohortes de atletas.7 Además ya han sido publicados varios meta-análisis sobre la influencia del polimorfismo ACTN3 R577X en deportes de potencia: en el trabajo de Ma et al10 que incluía 18 estudios encontró odd ratio (OR)=1.2 (95% intervalo de confianza (IC)=1.035 1.42) a favor del genotipo RR. Por su parte Alfred et al11 quien contaba con 12 estudios originales obtuvo un OR de 1.41 (IC95%=1.23-1.62) para el genotipo RR. Sin embargo, esta fuerte evidencia de relación entre ACTN3 y el rendimiento en deportes de potencia no se ha visto corroborada hasta la actualidad de forma sólida para los deportes de resistencia. El meta-análisis Ma et al,10 quien incluye 15 estudios originales con deportistas de resistencia no encontró resultados significativos (OR=0.94; IC95%=0.08-1.10; P>0.05), al igual que tampoco los encontró Alfred et al,11 el cual incluía 10 estudios (OR=1.02; IC95%=0.84-1.23, P>0.05). En cuanto a la importancia de este polimorfismo en el rendimiento, algunos autores12 se atreven a estimar que supone un 2.5% de la varianza en el rendimiento del atleta. Las α-actininas comprenden una familia de proteínas de unión a la actina. Las dos isoformas del músculo esquelético, (α-actinina-2 y α-actinina-3) son los componentes principales de la línea Z, donde se unen y anclan los filamentos de actina. La α-actinina2 se expresa en todas las fibras musculares (lenta y rápida), mientras que a-actinina-3 (codificada por el gen ACTN3) es más especializada y se expresa sólo en las fibras musculares tipo 2X que producen contracciones explosivas. North et al13 descubrieron un polimorfismo común (C→T, rs1815739) en el exón 16 del gen ACTN3, que supone un remplazamiento de una arginina(R) con un codón de parada prematuro en el aminoácido 577.10 El genotipo ACTN3 577X, está asociado con una completa deficiencia total de la α-actinina-3, ocurre aproximadamente en 1.5 billones de seres humanos en todo el mundo.7 MacArthur et al14 desarrolló un modelo de ratón ACTN3 knockout (KO) con el fin de investigar los mecanismos que subyacen a la deficiencia de ACTN3. Estos autores encontraron que los ratones ACTN3 KO tenían proporciones de fibras musculares 6 similares a los controles, pero la masa muscular reducida, lo que parece que se puede explicar por el diámetro reducido de la fibra de los músculos de contracción rápida observado en los ratones KO. Además de las alteraciones en el tamaño de la fibra muscular, la actividad de las enzimas aeróbicas de músculo se vio aumentada, también fue atribuido a las características del ratón ACTN3 KO un tiempo de contracción muscular más largo y un tiempo de recuperación de la fatiga más corto.4 En cuanto a estudios con humanos con cohortes de atletas de élite en resistencia han mostrado que el alelo X o el genotipo ACTN3 577XX está asociado con el rendimiento de resistencia en ocasiones15-17 pero no siempre.18-23 d. Objetivo Nuestro objetivo fue comparar las frecuencias alélicas y genotípicas del polimorfismo ACTN3 R577X entre un grupo de maratonianos y un grupo control (todos ellos caucásicos). e. Hipótesis La hipótesis fue que existirá una mayor frecuencia del genotipo ACTN3 XX y del alelo X en el grupo de maratonianos, al menos en el de mayor nivel de rendimiento, respecto del grupo control. 7 MÉTODO a. Sujetos Se obtuvo el consentimiento informado por escrito de cada sujeto. El protocolo de estudio fue aprobado por el comité ético institucional (Universidad Europea de Madrid, España) y estaba de acuerdo con la Declaración de Helsinki para la investigación en Humanos de 1974 (última modificación en 2013). 24 La muestra del estudio está formada por 720 corredores de maratón (661 hombres y 59 mujeres) y 285 controles (27 hombres y 67 mujeres). Tanto el grupo control como el grupo de corredores eran descendientes de caucásicos de al menos 3 generaciones. Los controles eran físicamente activos (estudiantes de educación física) pero no participaban en deportes de competición y habían hecho menos de 1(potencia) o 3(resistencia) sesiones/semana de entrenamiento estructurado durante el último año. Los casos fueron tomados en las maratones de Zaragoza y Castellón en el momento de la recogida de dorsal, su participación fue completamente voluntaria. b. Genotipado Se realizó un frotis de epitelio bucal de los participantes desde 2011 a 2013. En 2014 se recogieron 22 muestras en los clubes La Salle Jamón de Teruel y en el Club de Atletismo Mudéjar. El frotis consistió en un raspado mediante un isopo de algodón en el interior de la boca. Para que se conservara en condiciones óptimas se guardaba en una cámara fría (<4ºC). El posterior genotipado se realizó en el Laboratorio de Genética de la Universidad Europea de Madrid (España) siguiendo la metodología que a continuación se detalla. Se llevó a cabo la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) 8 completo si se realizara con varias etnias. Por otra parte, sería interesante tener referencias tanto de factores epigenéticos que influyen en el rendimiento como por ejemplo el número de horas de entrenamiento, como de factores ambientales que pueden ser clave en la expresión de los genes durante periodos críticos del desarrollo prenatal y postnatal34 como pueden ser los entrenamientos durante la infancia.8 Por último cabe decir, que pese a la dificultad que entraña, lo ideal sería disponer de una amplia muestra de maratonianos con nivel internacional u olímpico ya que sería la muestra ideal del fenotipo de resistencia en maratón. Sin embargo, nuestros resultados no deberían pasarse por alto ya que contamos con una amplia muestra (n=1004) compuesta por 284 controles y un grupo amplio de maratonianos (n=720) que cumple el equilibrio de Hardy Weinberg (Hombres controles (P=0.647), hombres maratonianos (P=0.323), mujeres controles (P=0.175) y mujeres maratonianas (P=0.984). Y lo que es todavía más interesante, en el subgrupo (10% de mejores tiempos de los hombres) que hemos tomado, que se encuentra en el extremo del rendimiento en resistencia (<2:33:20±0:10:44), contamos con una muestra de 58 sujetos en la que también se cumple el equilibrio de Hardy-Weinberg (P=0.126). En resumen, sería muy interesante poder repetir el análisis: teniendo en cuenta varios genes, disponiendo de una muestra mayor, diferentes etnias y con sujetos de élite mundial para así obtener unos resultados mucho más contundentes. 15 CONCLUSIONES Existe una asociación positiva en hombres entre el polimorfismo ACTN3 R577X y el rendimiento en la maratón. La posibilidad de ser maratoniano con buena marca personal por debajo de 2:33:20±0:10:44 es 2.17 veces mayor si se tiene el genotipo XX respecto del RR. Igualmente existe 1.52 veces más de posibilidad de llegar a ser corredor maratoniano si al menos está presente una copia del alelo X. Esta asociación no fue corroborada en mujeres. En investigaciones futuras se debería de ampliar el número de sujetos e incluir maratonianos de nivel mundial así como de otras etnias. CONCLUSIONS Il existe une association positive dans les hommes entre ACTN3 R577X polymorphisme et la performance dans le marathon. La possibilité d'être un marathonien avec un bon record personnel en dessous de 02:33:20±00:10:44 est de 2,17 fois plus élevé si on a le génotype XX par rapport au RR. Il y a également 1,52 fois plus de chances de devenir marathonien si au moins une copie de l'allèle X est présente. Cette association n'a pas été confirmée chez les femmes. Les recherches futures devraient augmenter le nombre de sujets et inclure les marathoniens de classe mondiale et d'autres ethnies. 16 TABLAS Tabla 1: Regresión logística binaria con covariable sexo para el total de la muestra. MODELO GENOTIPO CONTROLES CASOS OR IC (95%) Nivel P N % N % GENOTIPOS Total 283 100 638 100 Codominante RR 90 32 205 29 1 RX 141 50 334 48 1.070 0.774 1.479 0.681 XX 52 18 157 23 1.309 0.871 1.967 0.196 XX 52 27 157 32 1 Dominante RX 141 73 334 68 0.818 0.560 1.194 0.297 RR 90 32 205 29 1 Recesivo RX-XX 193 68 491 71 1.279 0.837 1.541 0.414 RR-RX 231 82 539 77 0.797 0.558 1.138 0.211 XX 52 18 157 23 1 ALELOS Total 566 100 1392 100 R 321 57 744 53 1 X 245 43 648 47 1.138 0.930 1.391 0.209 17 Tabla 2: Regresión logística binaria para la muestra total de hombres. MODELO GENOTIPO CONTROLES CASOS OR IC (95%) Nivel P N % N % GENOTIPOS Total 216 100 638 100 Codominante RR 70 32 189 30 1 RX 103 48 305 48 1.097 0.770 1.562 0.609 XX 43 20 144 22 1.240 0.801 1.921 0.334 XX 43 29 144 32 1 Dominante RX 103 71 305 68 0.884 0.588 1.329 0.554 RR 70 32 189 30 1 Recesivo RX-XX 146 68 449 70 1.139 0.817 1.587 0.442 RR-RX 173 80 494 77 0.853 0.582 1.249 0.414 XX 43 20 144 23 1 ALELOS Total 67 100 58 100 R 243 56 683 54 1 X 189 44 593 46 1.116 0.896 1.390 0.326 18 Tabla 3: Regresión logística binaria para la muestra total mujeres. MODELO GENOTIPO CONTROLES CASOS OR IC (95%) Nivel P N % N % GENOTIPOS Total 67 100 58 100 Codominante RR 20 30 16 28 1 RX 38 57 29 50 0.800 0.422 2.157 0.910 XX 9 13 13 22 1.806 0.167 5.287 0.281 XX 9 19 13 31 1 Dominante RX 38 81 29 69 0.528 0.199 1.404 0.201 RR 20 30 16 28 1 Recesivo RX-XX 47 70 42 72 1.117 0.513 2.432 0.780 RR-RX 58 87 45 78 0.537 0.211 1.368 0.193 XX 9 13 13 22 1 ALELOS Total 134 100 116 100 R 78 58 61 53 1 X 56 42 55 47 1.256 0.761 2.072 0.372 19 Tabla 4: Regresión logística binaria con covariable sexo para el 20% mejores tiempos de cada sexo. MODELO GENOTIPO CONTROLES CASOS OR IC (95%) Nivel P N % N % GENOTIPOS Total 283 100 127 100 Codominante RR 90 32 34 27 1 RX 141 50 63 50 1.264 0.765 2.088 0.361 XX 52 18 30 23 1.473 0.804 2.699 0.210 XX 52 27 30 32 1 Dominante RX 141 73 63 68 0.858 0.496 1.484 0.583 RR 90 32 34 27 1 Recesivo RX-XX 193 68 93 73 1.324 0.825 2.125 0.244 RR-RX 231 82 97 76 0.785 0.469 1.314 0.357 XX 52 18 30 24 1 ALELOS Total 566 254 R 321 57 131 52 1 X 245 43 123 48 1.220 0.902 1.650 0.196 20 Tabla 5: Regresión logística binaria para el 20% mejores tiempos de los hombres. MODELO GENOTIPO CONTROLES CASOS OR IC (95%) Nivel P N % N % GENOTIPOS Total 216 100 116 100,00 Codominante RR 70 32 33 28 1 RX 103 48 54 47 1.112 0.655 1.887 0.694 XX 43 20 29 25 1.431 0.764 2.678 0.263 XX 43 29 29 35 1 Dominante RX 103 71 54 65 1.381 0.777 0.438 0.390 RR 70 32 33 28 1 Recesivo RX-XX 146 68 83 72 1.206 0.736 1.976 0.457 RR-RX 173 80 87 75 0.746 0.436 1.275 0.284 XX 43 20 29 25 1 ALELOS Total 432 100 232 100 R 243 56 120 52 1 X 189 44 112 48 1.200 0.871 1.653 0.264 21 Tabla 6: Regresión logística binaria para el 20% mejores tiempos de las mujeres. MODELO GENOTIPO CONTROLES CASOS OR IC (95%) Nivel P N % N % GENOTIPOS Total 67 100 11 100 Codominante RR 20 30 1 9 1 RX 38 57 9 82 4.737 0.560 40.090 0.153 XX 9 13 1 9 2.222 0.125 39.638 0.587 XX 9 19 1 10 1 Dominante RX 38 81 9 90 2.132 0.239 19.047 0.498 RR 20 30 1 9 1 Recesivo RX-XX 47 70 10 91 4.255 0.510 35.494 0.181 RR-RX 58 87 10 91 1.552 0.177 13.621 0.692 XX 9 13 1 9 1 ALELOS Total 134 100 22 100 R 78 58 11 50 1 X 56 42 11 50 1.393 0.564 3.438 0.472 22 Tabla 7: Regresión logística binaria con covariable sexo para el 10% mejores tiempos de cada sexo. MODELO GENOTIPO CONTROLES CASOS OR IC (95%) Nivel P N % N % GENOTIPOS Total 283 100 63 100 Codominante RR 90 32 16 25 1 RX 141 50 27 43 1.133 0.574 2.234 0.720 XX 52 18 20 32 2.050 0.971 4.331 0.060 XX 52 27 20 43 1 Dominante RX 141 73 27 57 0.552 0.283 1.078 0.082 RR 90 32 16 25 1 Recesivo RX-XX 193 68 47 75 1.399 0.748 2.616 0.294 RR-RX 231 82 43 68 0.526 0.284 0.976 0.041 XX 52 18 20 32 1 ALELOS Total 566 100 126 100 R 321 57 59 47 1 X 245 43 67 53 1.460 0.987 2.160 0.058 23 Tabla 8: Regresión logística binaria para el 10% mejores tiempos de los hombres. MODELO GENOTIPO CONTROLES CASOS OR IC (95%) Nivel P N % N % GENOTIPOS Total 216 100 58 100 Codominante RR 70 32 15 26 1 RX 103 48 23 40 1.042 0.058 2.136 0.901 XX 43 20 20 34 2.171 1.005 4.686 0.048 XX 43 29 20 47 1 Dominante RX 103 71 23 53 0.480 0.239 0.964 0.039 RR 70 32 15 26 1 Recesivo RX-XX 146 68 43 74 1.374 0.715 2.641 0.340 RR-RX 173 80 38 66 0.472 0.250 0.892 0.021 XX 43 20 20 34 1 ALELOS Total 432 100 116 100 R 243 56 53 46 1 X 189 44 63 54 1.528 1.012 2.307 0.044 24 31. Valentina Ginevičienė AP, Kazys Milašius, Audronė Jakaitienė, Vaidutis Kučinskas. Genetic Variation of the Human ACE and ACTN3 Genes and Their Association With Functional Muscle Properties in Lithuanian Elite Athletes. Medicina (Kaunas). 2011;47(5):284-290. 32. Ahmetov, II, Druzhevskaya AM, Astratenkova IV, Popov DV, Vinogradova OL, Rogozkin VA. The ACTN3 R577X polymorphism in Russian endurance athletes. British Journal of Sports Medicine. 2010;44(9):649-52. 33. Hong EP, Park JW. Sample size and statistical power calculation in genetic association studies. Genomics & Informatics. 2012;10(2):117-22. 34. Waterland RA, Michels KB. Epigenetic epidemiology of the developmental origins hypothesis. Annual Review of Nutrition. 2007;27:363-88. 31