Dr. Javier Eduardo Rojas Figueroa/Alejandro Oliver Núñez Bello

DOCTORADO EN CIENCIAS DE LA ACTIVIDAD FÍSICA Y DEL DEPORTE. ASIGNATURA: GENÉTICA Y DEPORTE CATEDRÁTICO: DR. JAVIER ROJAS FIGUEROA MD. ETFRI. MSC PHD ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 3 “El Podcast como instrumento digital de difusión de contenidos científicos informacionales.

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DOCTORADO EN CIENCIAS DE LA ACTIVIDAD FÍSICA Y DEL DEPORTE. ASIGNATURA: GENÉTICA Y DEPORTE CATEDRÁTICO: DR. JAVIER ROJAS FIGUEROA MD. ETFRI. MSC PHD ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 3 PRESENTA: ALEJANDRO OLIVER NUÑEZ BELLO

Mochitlán, Gro., a 19 de noviembre de 2023

RESUMEN Mina-Paz, Y., Zambrano, D.C., Matta, A.J., Rodríguez, A., & GarcíaVallejo, F. (2022). Muscle genomics and aerobic training. Journal of Human Sport and Exercise, 2022. DOI: https://doi.org/10.14198/jhse.2022.173.11

MATERIALESY METODOS

VO2máx-Músculo • El tipo de ejercicio y la carga de entrenamiento modifica la contracción muscular y el

VO2max., es la cantidad máxima de O2 que el cuerpo absorbe, transporta y consume por unidad de tiempo (Wasserman y otros).

• Está regulado por cambios metabólicos y por una variedad de isoformas proteicas a nivel de

fibra (Di Prampero, et al., 2015) (Samozino, et al., 2016)

VO2máx-Genes • Regulación funcional del genoma, determinado por variaciones en las secuencias de ADN. • Metilación de las regiones promotoras y codificantes de los genes • Cambios topológicos en la estructura de la cromatina.

• Regulación homeótica de los genes y por pequeñas moléculas de ARN (microARN en el

músculo esquelético) (Liu, et al. , 2010) (Pilegaard, et al., 2000).

• Edad.

• Composición corporal.

• Sexo.

• Grado de entrenamiento.

PROCESOS FISIOLÓGICOS Y RENDIMIENTO DE LA ACTIVIDAD FISICA

• Procesos genómicos globales.

• Mecanismos epigenéticos (generan polimorfismo).

Experimentos con microarrays de ADN

Experimentos con microarrays de ADN

Experimentos con microarrays de ADN

Examinan cambios transcripcionales en el músculo esquelético con caracterización genética basada en edad, sexo, fuerza y resistencia muscular (Rowlands, et al., 2011) (Timmons, et al., 2010)

La unión del factor de transcripción y las modificaciones químicas del ADN influyen activamente o reflejan pasivamente los programas de expresión musculoesqueléticos afectando la actividad de la isoforma en la contracción en eventos de señalización molecular. (Rockman y Kruglyak, 2006) (Visscher, et al., 2017).

Asimismo, los ejercicios de velocidad desarrollan las fibras musculares de contracción rápida y los ejercicios de resistencia o aeróbicos las fibras musculares de contracción lenta (Saltin, et al., 1977) (Trappe, et al., 2015).

GENÓMICA MUSCULAR Y ENTRENAMIENTO AERÓBICO Objetivo

OBJETIVO Analizar la expresión génica de genes asociados con la función muscular en muestras de vasto lateral, utilizando datos de experimentos de microarrays de ADN registrados en la base de datos GEO DataSet del NCBI (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/ gds/), GSE117070. La expresión diferencial se calculó utilizando la relación Z. Encontramos genes sobreexpresados y subexpresados asociados con la función muscular después de un entrenamiento incremental de 20 semanas.

GENÓMICA MUSCULAR Y ENTRENAMIENTO AERÓBICO Materiales y Método

Análisis bioinformático 397 genes asociados a la función muscular.

43,797 sondas de 82 muestras del músculo cuádriceps (vasto lateral).

90 caucasicos. Y 40 afroamericanos.

17 y 65 años

Hijos: 17 -40 años

Padres: 40 y 65 años.

Antes del estudio

• 0% de actividad física.

• No enfermedad crónica no contagiosa.

20 semanas

• Sin grupo control.

• Grupo experimental.

Biopsias • Microarrays de Affymetrix (inicio y final) musculares.

EVALUACIÓN

SEMANAS 2 2 2 2 2 2 2 6

• INTENSIDAD • Al 55% del VO2max.

• Cada semana 3 sesiones de 30 min.

• Al 55% del VO2max.

• Cada semana 3 sesiones de 35 min.

• Al 65% del VO2max.

• Cada semana 3 sesiones de 35 min.

• Al 65% del VO2max.

• Cada semana 3 sesiones de 40 min.

• Al 70% del VO2max.

• Cada semana 3 sesiones de 40 min.

• Al 70% del VO2max.

• Cada semana 3 sesiones de 45 min.

• Al 75% del VO2max.

• Cada semana 3 sesiones de 45 min.

• Al 75% del VO2max.

• Cada semana 3 sesiones de 50 min.

EVALUACIÓN 20 semanas

EVALUACION 20 Semanas Experimento Micro arrays 80 70 60 50

50 40 30

35

35

2

2

40

40

2

2

Minutos

Sesiones

45

45

2

2

30

20 10 0 2

VO2máx

Lineal (Minutos)

6

GENÓMICA MUSCULAR Y ENTRENAMIENTO AERÓBICO Cuantificación de la expression genética diferencial.

Cuantificación de la expresión genética diferencial.

• Los datos log2 de intensidad sin

procesar para cada experimento se utilizaron para el cálculo de la puntuación Z (Cheadle, et al., 2003).

GENÓMICA MUSCULAR Y ENTRENAMIENTO AERÓBICO

Red de interacción

Red de interacción • Software Cytoscape 3.6 para construir una red de

expresión e interacción ingresando a una matriz creada con la información de interacciones físicas de proteínas ubicadas en la base de datos BioGRID. • Las categorías ontológicas se extrajeron de la red

en el programa Cytoscape 3.2 utilizando el complemento BiNGO, que establece una conexión remota con la base de datos Gene Ontology, informando los procesos biológicos más importantes de la red, con su propio valor p (corrección de Bonferroni).

• Eligiendo 10 procesos con los valores p más

significativos.

GENÓMICA MUSCULAR Y ENTRENAMIENTO AERÓBICO

Análisis estadístico.

Análisis Estadístico • Análisis de comparación de los valores medios de la puntuación Z entre los post-entrenados

y los pre-entrenados.

• Utilizando el rango con signo de Wilcoxon/dos colas para calcular diferencias entre las

medias de dos muestras.

• Se utilizó un alfa .05 para probar la importancia de H0.

• Para calcular las diferencias estadísticas en los valores log2 de Post-entrenado y Pre-

entrenado, aplicamos la prueba t para dos muestras pareadas/prueba de dos colas con un alfa de .05.

RESULTADOS.

• Este gen es miembro de la familia de las tropomiosinas, proteínas

de unión a actina altamente conservadas y ampliamente distribuidas implicadas en el sistema contráctil de los músculos estriados y lisos y en el citoesqueleto de las células no musculares.

• La tropomiosina se compone de dos cadenas alfa-helicoidales

Gene ID 7168 Símbolo TPM1 Nombre Tropomiosina Lugar 15q22.2

dispuestas en forma de espiral. Se polimeriza de extremo a extremo a lo largo de las dos ranuras de los filamentos de actina y proporciona estabilidad a los filamentos.

• Cadena de colágeno alfa-1(IV); El colágeno tipo IV es el principal

componente estructural de las membranas basales glomerulares (MBG), y forma una red de "alambre" junto con lamininas, proteoglicanos y entactina/nidógeno.

Gene ID 1282 Símbolo COL4A1 Nombre Cadena Alfa de Colágeno tipo IV Lugar 13q34

• Actúa como un activador transcripcional que promueve la

transcripción de genes diana específicos de los músculos y desempeña un papel en la diferenciación muscular • Junto con MYOG y MYOD1, ocupa conjuntamente la región central

del promotor del gen específico del músculo durante la miogénesis.

Gene ID 4617 Símbolo MYF5 Nombre Factor Miógeno 5 Lugar 12q21.31

• Induce a los fibroblastos a diferenciarse en mioblastos. Probable

secuencia específica de proteína de unión al ADN; Proteínas básicas hélice-bucle-hélice.

• Probablemente involucrado en las conexiones de las

principales estructuras citoesqueléticas con la membrana plasmática.

• Puede inhibir la infección por el virus del herpes simple

1 en una etapa temprana.

Gene ID 4478 Símbolo MSN Nombre Moes Lugar Xq12

• Desempeña un papel en la regulación de la

proliferación, migración y adhesión de células linfoides humanas y participa en la formación de sinapsis inmunológicas; Dominio FERM que contiene.

• Puede desempeñar un papel en la mielinización del

desarrollo de los nervios periféricos; Factores de intercambio de nucleótidos de guanina rho.

Gene ID 9639 Símbolo ARHCEF10 Nombre Factor de intercambio de nucleótidos de guanina Rho 10 Lugar 8p23.3

• Cataliza el entrecruzamiento de proteínas y la

conjugación de poliaminas con proteínas; Transglutaminasas.

Gene ID 7052 Símbolo TGM2 Nombre Transglutaminasa 2 20q11 Lugar 20q11.23

• Regulador del empalme alternativo que reconoce y se

Gene ID 91746 Símbolo YTHDC Nombre Dominio YTH que contiene 1 Lugar 4q13.2

une específicamente a los ARN que contienen N6metiladenosina (m6A). M6A es una modificación presente en los sitios internos de los ARNm y algunos ARN no codificantes y desempeña un papel en la eficiencia del empalme, el procesamiento y la estabilidad del ARNm. Actúa como un regulador clave de la inclusión o omisión de exones durante el empalme alternativo mediante la interacción con los factores de empalme de ARNm SRSF3 y SRSF10.

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

Transglutaminasa 2 (TGM2) y

Tropomiosina 1 (TPM1),

Factor de intercambio de nucleótidos Rho guanina 10 (ARHGEF10),

Colágeno tipo IV cadena alfa 1 (COL4A1),

Moesina (MSN),

Factor miogénico 5 (MYF5),

GENÓMICA MUSCULAR Y ENTRENAMIENTO AERÓBICO Dicusiones y conclusions.

Los genes sobreexpresados TPM1, COL4A1, MYF5, MSN, ARHGEF10, TGM2 y YTHDC1; importantes en la estructura/remodelación de la matriz/actina, y en la mecano-transducción del músculo esquelético, cualquier desregulación los genes asociados.

Encontraron 13 genes asociados con la función muscular en el ejercicio aeróbico, y dos de ellos, MSN y COL4A1.

Tienen una relación estructural y remodeladora, aumenta después del ejercicio aeróbico y la resistencia, están involucrados en la regulación de células musculares o satélites (Kanazawa, et al., 2019) (Xu, et al., 2017).

Las adaptaciones de los músculos esqueléticos que dependen de la frecuencia, duración e intensidad (Egan & Zierath, 2013).

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

Se sobreexpresó el gen MYF5, (activador transcripcional) promueve la transcripción de genes específicos del músculo y en la diferenciación muscular.

En el ejercicio aeróbico o glicolítico, producción en la fibra muscular, desregulación en la distribución de la cadena pesada de miosina, regulación de la baja de las proteínas de los filamentos en ambos vastos laterales. y sóleo (González‐Freire, et al., 2017).

Mutaciones en el colágeno tipo VI (COL4A1) han mostrado abundantes cambios en proteínas relacionadas con las funciones del citoesqueleto y sarcómero (Sela, et al., 2011) Cambios en músculo esquelético, y los tejidos conectivos que producen contracciones y mutaciones musculares débiles en los genes que codifican las proteínas sarcoméricas y extraarcoméricas (De Palma, et al., 2014) Las categorías GO para la red PPI se asociaron con la función muscular, destacantdo la regulación positiva de la importación de L-glutamato en la membrana plasmática.

La L-glutamina es un aminoácido que el cuerpo necesita para mantenerse en óptimas condiciones de salud, y durante el ejercicio los niveles plasmáticos de glutamina aumentan y disminuyen, dependiendo del tipo, duración e intensidad del ejercicio (Street, et al., 2011).

El cuerpo produce naturalmente glutamina, podría ayudar con la recuperación post-ejercicio (Street, et al., 2011) (Legault, et al., 2015). Legault et al. (2015).

La suplementación con este aminoácido ayuda recuperación más rápida del torque máximo y una disminución del dolor muscular después del ejercicio excéntrico.

El efecto de la L-glutamina en la recuperación de la fuerza muscular puede ser mayor en hombres que en mujeres.

• 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.

GENÓMICA MUSCULAR Y ENTRENAMIENTO AERÓBICO

Referencias Mina-Paz, Y., Zambrano, D.C., Matta, A.J., Rodríguez, A., & GarcíaVallejo, F. (2022). Muscle genomics and aerobic training. Journal of Human Sport and Exercise, 2022. DOI: https://doi.org/10.14198/jhse.2022.173.11

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GRACIAS Mina-Paz, Y., Zambrano, D.C., Matta, A.J., Rodríguez, A., & GarcíaVallejo, F. (2022). Muscle genomics and aerobic training. Journal of Human Sport and Exercise, 2022. DOI: https://doi.org/10.14198/jhse.2022.173.11