Dr. Javier Eduardo Rojas Figueroa/Pavel Loeza Magaña

Genética y Deporte

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Doctorante Pavel Loeza Magaña Instituto de Estudios Superiores de Ingeniería Educativa Doctorado en Ciencias de la Actividad Física y el Deporte

Asignatura: Genética y Deporte

Catedrático: Dr. Javier Eduardo Rojas Figueroa MD. ETFRI. MSc. PhD.

Fecha: 27 de enero de 2024

Genética y Deporte

2 Actividad No. 1:

Genómica muscular y entrenamiento aeróbico. Resumen.

Mina, Y., Zambrano, D.C., Jenuer, A., Rodríguez, A., García, F. (2022). Muscle genomics and aerobic training. Journal of Human Sport and Exercise, 17(3), 598-608. https://doi.org/10.14198/jhse.2022.173.11 Introducción El objetivo de este estudio fue analizar la expresión génica asociada con la función muscular en muestras de vasto lateral, mediante la realización de análisis bioinformáticos e identificar genes expresados después de la realización de un ejercicio aeróbico durante 20 semanas en músculo esquelético humano.

El consumo de oxígeno (VO2) se define como la cantidad máxima de O2que el cuerpo es capaz de absorber, transportar y consumir por unidad de tiempo (según Wasserman). Está regulado por cambios metabólicos y por una amplia variedad de isoformas proteicas a nivel de fibra; esto 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 homeostática de los genes y por pequeñas moléculas de ARN, también conocidas como microARN en el músculo esquelético.

Si bien, está determinado por factores como edad, composición corporal, sexo, grado de entrenamiento, existen procesos genómicos globales que participan en las manifestaciones de rendimiento de las personas que realizan una carga deportiva. Asociado a esto, mecanismos epigenéticos podrían realizar modificaciones transcripcionales del músculo esquelético mediante la inducción de cambios en la expresión génica que no necesariamente alteran la secuencia de nucleótidos, pero que en un pequeño porcentaje pueden generar algún polimorfismo.

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Las histonas de señalización, la unión del factor de transcripción y las modificaciones químicas del ADN pueden influir activamente o reflejar pasivamente los programas de expresión musculoesqueléticos, lo que puede afectar la actividad de la isoforma que realiza la contracción a través de eventos de señalización molecular.

Resultados.

Para esto, los autores seleccionaron 397 genes asociados con la función muscular, previamente informados en la base de datos Gene Entrez del NCB, de 82 muestras del músculo cuádriceps (vasto lateral) de 90 caucásicos y 40 afroamericanos, con un rango de edad entre 17 y 65 años. Estas personas no pudieron haber realizado ninguna actividad física en los últimos 3 meses antes de iniciar el estudio, ni haber tenido ninguna enfermedad crónica no contagiosa. Toda la población fue evaluada antes y después del ejercicio aeróbico de 20 semanas.

La programación de éste consistió en: Primeras dos semanas al 55% del VO2máx, 3 sesiones de 30 minutos por semana.

Siguientes de semanas al 55% del VO2máx, 3 sesiones de 35 minutos por semana.

Siguientes dos semanas al 65% del VO2máx, 3 sesiones de 35 minutos por semana.

Dos siguientes semanas al 65% del VO2máx, 3 sesiones de 40 minutos por semana.

Siguientes dos semanas al 70% del VO2máx, 3 sesiones de 40 minutos por semana.

Siguientes dos semanas al 70% del VO2máx, 3 sesiones de 45 minutos por semana Siguientes dos semanas al 75% del VO2máx, 3 sesiones de 45 minutos por semana.

Finalmente, 6 semanas al 75% del VO2máx, 3 sesiones de 50 minutos por semana.

Todo esto se realizó en un cicloergómetro con monitorización continua de la frecuencia cardíaca.

Mediante cálculos matemáticos (Ecuación Z), se determinó la expresión génica.

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Los genes que se sobreexpresaron 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 (YTHDC1).

En el análisis de cada uno, observamos lo siguiente: TPM1. 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 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.

COL4A1. 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.

MYF5. El factor miogénico 5 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. Induce a los fibroblastos a diferenciarse en mioblastos.

MSN. La Moesina probablemente esté involucrada en las conexiones de las principales estructuras citoesqueléticas con la membrana plasmática. Desempeña un papel en la regulación de

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la proliferación, migración y adhesión de células linfoides humanas y participa en la formación de sinapsis inmunológicas ARHGEF10. La guanina rho nucleótido - factor de cambio puede desempeñar un papel en la mielinización del desarrollo de los nervios periféricos.

TGM2. La transglutaminasa 2 cataliza el entrecruzamiento de proteínas y la conjugación de poliaminas con proteínas.

YTHDC1. Es un regulador del empalme alternativo que reconoce y se une específicamente a los ARN que contienen N6-metiladenosina (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 u omisión de exones durante el empalme alternativo mediante la interacción con los factores de empalme de ARNm SRSF3 y SRSF10.

En el análisis de redes de interacción entre estos genes, se encontró un total de 477 nodos, dos componentes conectados, 17 pares de nodos de múltiples bordes y un número promedio de vecinos de 2.092.

El nodo con mayor número de interacciones fue TPM1 con 150, seguido de cerca por MSN con 142. Los procesos biológicos más relevantes incluyen procesos indispensables para la función y contracción muscular como la polimerización de filamentos de actina y síntesis de ATP a partir de la cadena de transporte de electrones.

La diez categorías principales de procesos biológicos destacados de la red fueron: 16043. Polimerización de filamentos de actina.

9987. Transporte de electrones acoplado a la síntesis de ATP. 48518. Regulación positiva de las importaciones de L-glutamato a través de la membrana.

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10941. Regulación negativa del proceso apoptótico 22607. Conjunto de haz de filamentos de actina.

43067. Regulación negativa del proceso apoptótico de las células del músculo cardíaco.

42981. Regulación negativa del proceso apoptótico de las neuronas.

48522. Activación de la actividad MAPKK. 44085. Conjunto de haces de filamentos de actina contráctiles.

42221. Respuesta celular al ion calcio.

Discusión.

Se sabe que estos genes encontrados son importantes en la estructura/remodelación de la matriz/actina, así como en la mecanotransducción en el músculo esquelético y cualquier desregulación puede afectar no sólo su función sino también la de los genes asociados.

En un trabajo de Turner et al. (2019), encontraron 13 genes asociados con la función muscular en el ejercicio aeróbico, y dos de ellos, MSN y COL4A1, de hecho, están presentes en este estudio. Se confirma que algunos de estos genes tienen una relación estructural y remodeladora que aumenta después del ejercicio aeróbico y la resistencia en la expresión de genes, abundancia de proteínas o nivel de actividad.

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 en la respuesta.

Conclusión.

El presente estudio demuestra que los genes del músculo esquelético están regulados epigenéticamente por cargas de entrenamiento, en las que se encuentra metilación del ADN,

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predominantemente a través de hipometilación y regulación positiva de genes asociados con la estructura y remodelación de la matriz y el citoesqueleto.