Dr. Javier Eduardo Rojas Figueroa/Carlos Alejandro Cortina Guzmán

DOCTORADO EN CIENCIAS DE LA ACTIVIDAD FÍSICA Y EL DEPORTE ASIGNATURA GENÉTICA Y DEPORTE CURSANDO EL TERCER CUATRIMESTRE Dr. JAVIER EDUARDO ROJAS FIGUEROA MD. ETFRI. MSc. PhD. M. en C del D. CARLOS ALEJANDRO CORTINA GUZMÁN NACIDO EN MÉXICO DISTRITO FEDERAL 27 de ENERO de 2024

Genómica muscular y entrenamiento aeróbico.

Introducción. u

El ejercicio y la carga a la que se someten los deportistas durante el entrenamiento modifican la contracción muscular y el VO2max.

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Esta medida se define como la cantidad máxima de O2 que el cuerpo es capaz de absorber, trasladar y gastar por unidad de tiempo (Wasserman y otros).

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El VO2Max está regulado por cambios metabólicos y una amplia variedad de isoformas protéicas a nivel de fibra (Di Prampero, et al., 2015), (Samozino, et al., 2016), causada por la regulación funcional del genoma (citado en Mina-Paz et al. 2022).

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Métodos fisiológicos que establecen el rendimiento en la actividad física

Edad.

Sexo

Composición corporal.

Grado de entrenamiento.

Alteraciones en el número de copias de elementos genómicos funcionales y no tradicionales.

Mina-Paz et al. (2022)

Microarrays (chips de ADN o ARN) u

Es una tecnología en desarrollo para estudiar la expresión de muchos genes a la vez.

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Consiste en colocar una muestra que contiene ADN o ARN en un portaobjetos de vidrio llamado chip el cual contiene miles de secuencias genéticas.

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Al unirse la información del chip con la muestra de ADN, se produce una cantidad de luz que se puede medir.

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Las áreas del chip que producen luz identifican los genes que se expresan en la muestra.

National Human Genome Research Institute

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En la actualidad, las experimentaciones con microarrays de ADN permiten inspeccionar cambios transcripcionales en el músculo esquelético identificando la genética previa basada en edad, sexo, fuerza y resistencia muscular (Rowlands, et al., 2011) (Timmons, et al., 2010).

National Human Genome Research Institute

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Las histonas (tipos de proteína que se encuentra en los cromosomas), la unión del factor de transcripción y las modificaciones químicas del ADN pueden influir activamente o reflejar pasivamente los programas de expresión musculoesqueléticos.

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Esto puede afectar la actividad de la isoforma que realiza la contracción a través de eventos de señalización molecular. (Rockman y Kruglyak, 2006) (Visscher, et al., 2017) (Mina-Paz et al., 2022).

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Los ejercicios de velocidad permiten un porcentaje de mejora de fibras musculares de contracción rápida y los ejercicios de resistencia o aeróbicos permitirán la mejora de un porcentaje alto de fibras musculares de contracción lenta. (Saltin, et al., 1977) (Trappe, et al., 2015).

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Concebir estos cambios perfeccionará la evolución de una planificación deportiva que no exclusivamente tendrá en cuenta el cambio fenotípico que, en el caso del ejercicio aeróbico, sería fundamentalmente el consumo de oxígeno, sino que permitirá determinar marcadores de un tipo de fibra u otras modificaciones metabólicas en el tejido, reflejadas por el transcriptoma muscular (Mina-Paz et al., 2022).

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Mitocondria en la práctica deportiva u

Las células poseen dos genomas: el nuclear, con unos 30.000 genes, y el mitocondrial, mucho más pequeño (37 genes).

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La mitocondria es el orgánulo celular que abastece la mayor parte de la energía de la célula.

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Entender la complejidad del rendimiento físico pasa necesariamente por un acercamiento al genoma mitocondrial y sus variantes (Díez & Lapeña, 2013).

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Las mitocondrias son pequeños orgánulos celulares presentes en el citoplasma de las células eucariotas que se caracterizan por tener genoma propio además de toda la maquinaria necesaria para la transcripción y traducción de su información genética en proteínas funcionales, lo que les confiere un alto grado de autonomía genética y metabólica.

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La cadena respiratoria o sistema de fosforilación oxidativa (OXPHOS) se estructura en 5 complejos multienzimáticos independientes.

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La transferencia de electrones, desde el NADH + H+ y FADH2 a los complejos induce el bombeo de protones desde la matriz al espacio intermembrana a través de los complejos I, III y IV.

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Lo que genera un gradiente de H+, parte del cual se utiliza para la síntesis de ATP a través del complejo V o ATP sintasa” (Díez & Lapeña, 2013).

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Mutación mitocondrial u

Actualmente como se conoce, la tasa de mutación mitocondrial (2-4%/millón de años), la secuencia del mtDNA está siendo utilizada también para temporalizar y situar geográficamente la migración de la especie humana.

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Los estudios con este reloj molecular sugieren que nuestra común antecesora femenina (Eva mitocondrial), vivió hace unos 150-200.000 años en África.

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Estos análisis han mostrado que la mayor parte de la variación genética es específica de cada continente y que ciertos haplogrupos pueden ser muy comunes en unas poblaciones, mientras que en otros grupos étnicos están completamente ausentes.

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Esta peculiaridad justifica la absoluta necesidad de que en cualquier estudio mitocondrial, la población debe pertenecer al mismo grupo étnico para que los resultados sean comparables y aceptables.

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Variantes genéticas mitocondriales (haplogrupos) y consumo de oxígeno u

En una población de deportistas se subdividió en dos grupos:

Aeróbicos, pruebas con componente mayoritario aeróbico (n=143, ciclistas, esquiadores, corredores de maratón y marcha, patinadores, piragüistas, triatletas y remeros)

Anaeróbicos, pruebas con mayor componente anaeróbico (n=205, incluía deportes de equipo, árbitros, lanzadores de peso, corredores de 400 y de 100 m, saltadores y levantadores de peso)

(Díez Lapeña, 2013)

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La comparación entre estas dos subpoblaciones mostró una diferente distribución de los haplogrupos mitocondriales, estadísticamente significativa (p=0,02), siendo el haplogrupo H el responsable de esa diferencia.

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La distribución de H en Aeróbicos fue del 39%, mientras que en Anaeróbicos alcanzaba el 61% (siendo en corredores de 400m del 70%).

Haplogrupos Aeróbicos 39%

Anaeróbicos 61%

(Díez Lapeña, 2013)

aerobicos

anaerobicos

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Teniendo en cuenta el criterio de clasificación de los deportistas, esta observación, hizo sospechar que los haplogrupos mitocondriales podían ser responsables de diferencias en el VO2max de los individuos, en coherencia con lo publicado previamente por Dionne et al., 1991

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Características del estudio u

Este estudio se realizó con muestras del músculo vasto lateral.

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Se decidió estudiar los genes asociados con la función muscular antes y después de la aplicación del programa de entrenamiento” (Mina-Paz et al., 2022).

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Este programa de entrenamiento se basó en el incremento gradual de la actividad, 3 sesiones por semana de 30, 35, 40, 45 y finalizando con 50 minutos, cada 2 semanas y el incremento en la VO2 máxima iniciando en 55%, 65%, 70% y finalizando en 75%.

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Con 20 semanas de duración.

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Red de Interacción Proteína-Proteína (PPI)

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De la base de datos Gene Entrez del NCBI.

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Utilizando valores de expresión de microarrays de la base de datos GEO era GSE117070.

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Se estudiaron 397 genes asociados con la función muscular

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90 caucásicos y 40 afroamericanos, con un rango de edad entre 17 y 65 años, para la categoría de “hijos” entre 17 y 40 años y para la categoría de “padres” entre 40 y 65 años

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Sin realizar ninguna actividad física en los últimos 3 meses antes de iniciar el estudio, ni haber padecido ninguna enfermedad crónica no contagiosa.

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Mina-Paz et al. (2022) nos habla de que se utilizaron datos brutos de intensidad log2 para cada experimento para el cálculo de la puntuación Z (Cheadle, et al., 2003).

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Todos los valores de la puntuación Z se normalizaron en una escala lineal -3,0 a +3,0 (valor p de dos colas <0,001).

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A partir de los datos del puntaje z, calculamos los valores promedio por gen para el preentrenamiento y el postentrenamiento.

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Estos datos se utilizaron para calcular la proporción Z con una medida para estimar la expresión genética diferencial, los genes con valores superiores a 1,96 se consideran sobreexpresados (Cheadle, et al., 2003).

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Test Z u

Una prueba Z es cualquier prueba estadística para la cual la distribución del estadístico de prueba bajo la hipótesis nula puede aproximarse mediante una distribución normal.

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El test Z, prueba la media de una distribución.

Distribución genética de la población para ganancia de músculo.

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El Z test, permite determinar mediante cálculos la expresión génica, maximizando el poder de las réplicas teniendo en cuenta la varianza de gen a gen:

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Donde G1 representa la puntuación Z promedio para el gen que se está probando en condiciones experimentales, para este estudio, postentrenamiento versus preentrenamiento.

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Las mediciones repetidas de la intensidad de la hibridación (expresadas como puntuaciones Z) son diferencias de medias corregidas por el SE (sesgo estadístico) para la diferencia entre medias, donde está la DE (desviación estándar) para la condición 1 o la condición 2, y n es igual al número de mediciones repetidas para la condición 1 o la condición 2 (Mina-Paz et al., 2022).

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De los 397 genes que se analizaron, siete de ellos se sobreexpresaron significativamente en las muestras de músculo vasto lateral analizadas.

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Correspondieron a: Tropomiosina 1 (TPM1), Colágeno tipo IV cadena alfa 1 (COL4A1), Factor miogénico 5 (MYF5), Moesina (MSN), Factor de intercambio de nucleótidos Rho guanina 10 (ARHGEF10), Transglutaminasa 2 (TGM2) y Dominio YTH. Los que contienen 1 (YTHDC1) se sobreexpresaron.

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El 1,9% de los genes analizados explicaron el comportamiento del VO2 en relación con la actividad del músculo esquelético, para esa población.

Conclusión u

Las adaptaciones de los músculos esqueléticos dependen de la frecuencia, duración e intensidad del entrenamiento. La caracterización de las proteínas musculares asociadas con diferentes tipos de ejercicio se replantea constantemente.

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Las isoformas de proteínas miofibrilares son las más frecuentes, principalmente en la distribución de isoformas de cadena pesada de miosina, isoformas de filamentos finos, proteínas cálcicas del retículo sarcoplásmico, proteínas mitocondriales y algunas chaperonas implicadas.

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El gen MYF5 más manifestado en el estudio, es el gen que actúa como un activador transcripcional que promueve la transcripción de genes específicos del músculo y juega un papel en la diferenciación muscular.

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Por lo tanto, podemos expresar que los genes del músculo esquelético están regulados epigenéticamente por cargas de entrenamiento para los participantes, en las que se encuentra metilación del ADN, predominantemente a través de hipometilación y regulación positiva de genes asociados con la estructura y remodelación de la matriz y el citoesqueleto.

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Las variantes caucásicas del genoma mitocondrial (haplogrupos) determinan diferentes VO2max, no sólo al consumo de oxígeno en la cadena respiratoria, asimismo a la producción de radicales libres en la matriz mitocondrial.

Particularmente, el haplogrupo H y el J parecen ser el mayor y menor consumidor de oxígeno, respectivamente, así como el mayor y menor generador de daño oxidativo.

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BIBLIOGRAFÍA u

Díez, C., & Lapeña, A. (2013). Influencia de las variantes genéticas y genómicas mitocondriales en la práctica deportiva. Arch Med Deporte, 303310.

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Mina-Paz, Y. (2022). Genómica muscular y entrenamiento aeróbico. Deporte y ejercicio humanos, 598-608.

GRACIAS POR SU ATENCIÓN “Lo llaman SUERTE, CASUALIDAD y GENÉTICA, pero es CONSTANCIA, DISCIPLINA y SACRIFICIO”.

Javier Valero