Genómica muscular y entrenamiento aeróbico

INSTITUTO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE INGENIERIA EDUCATIVA DOCTORADO EN CIENCIAS DE LA INVESTIGACIÓN DE LA ACTIVIDAD FÍSICA Y EL DEPORTE Asignatura: Genética y Deporte Cuatrimestre: Tercero Grupo: A Catedrático: Dr. Javier Eduardo Rojas Figueroa MD. ETFRI. MSc. PhD Doctorante: Mtra. Olga Lidia Reyna Vargas

Puebla, Pue., a 19 de noviembre de 2023

Genética y Deporte

Análisis del artículo científico “Genómica muscular y entrenamiento aeróbico” de la revista: Deporte humano y ejercicio – 2022, Vol. 17, No. 3

Genómica muscular Estudia los genes que influyen en el desarrollo, funcionamiento y adaptación de los músculos, examina cómo la información genética de una persona puede afectar su capacidad para desarrollar músculo, su respuesta al ejercicio y su predisposición a lesiones o a condiciones específicas que tengan relación con los músculos.

Entrenamiento aeróbico

Se centra en actividades que aumentan la capacidad del cuerpo para usar oxígeno como fuente de energía durante períodos prolongados. Estos ejercicios pueden ser correr, nadar, andar en bicicleta y otras actividades cardiovasculares que van a fortalecer el corazón y los pulmones, también van a mejorar la resistencia y a quemar calorías.

Relación entre la genómica muscular y el entrenamiento aeróbico

la genómica muscular proporciona información valiosa sobre cómo los genes de una persona pueden influir en su capacidad para responder y adaptarse al entrenamiento aeróbico.

Esta comprensión puede mejorar la efectividad de los programas de entrenamiento y la optimización del rendimiento cardiovascular y muscular.

¿De qué trata la investigación?

• Los investigadores se propusieron analizar la expresión de los genes asociados con la función muscular en muestras de vasto lateral, en el contexto de que el rendimiento en la actividad física no solo se determina por procesos fisiológicos como la edad, la composición corporal, el sexo y el grado de entrenamiento, sino también por los eventos genómicos e incluso epigenéticos que ocurren durante los programas de entrenamiento.

La investigación se refiere

• a estudiar qué genes específicos están activos o inactivos en ese músculo en particular.

Este análisis implica…

• Identificar y cuantificar la actividad de varios genes relacionados con funciones clave, como el crecimiento muscular, la producción de energía, la contracción muscular, la respuesta inflamatoria o la reparación de tejidos.

Durante los programas de entrenamiento se producen una serie de eventos genómicos y epigenéticos.

La expresión génica La metilación del ADN

Micro ADN (miARN) Activación de las vías génicas

Experimentos con microarrays Actualmente, los experimentos con microarrays de ADN permiten examinar cambios transcripcionales en el músculo esquelético con una caracterización genética previa basada en edad, sexo, fuerza y resistencia muscular (Rowlands, et al., 2011) (Timmons, et al., 2010).

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, afectando la actividad de la isoforma que realiza la contracción a través de eventos de señalización molecular. (Rockman y Kruglyak, 2006) (Visscher, et al., 2017).

Asociado a esto…

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

Tabla. Fibras musculares de contracción lenta y rápida.

• Comprender estos cambios mejorará el desarrollo de una planificación deportiva que no sólo tendrá en cuenta el cambio fenotípico que, en el caso del ejercicio aeróbico, sería fundamental el consumo de oxígeno, sino que también permitirá determinar los marcadores de un tipo de fibra u otras modificaciones metabólicas en el tejido reflejadas por el transcriptoma muscular.

¿Qué hicieron los investigadores?

Para realizar el análisis bioinformático del estudio, seleccionaron 397 genes asociados con la función muscular, previamente informados en la base de datos GEO DataSet del NCBI, que se describen en la tabla complementaria 1.

Selección

Materiales y métodos

Utilizaron los valores de expresión transformados de intensidad log2 de un experimento de microarrays de ADN cuyo código de registro y acceso gratuito en la base de datos GEO fue GSE117070 (Bouchard, 1995).

La expresión diferencial se calculó utilizando la relación z, encontraron genes sobreexpresados y subexpresados asociados con la función muscular después de un entrenamiento incremental de 20 semanas.

Métodos y métodos

El experimento seleccionado incluyó datos de expresión genética de más de 43.797 sondas de 82 muestras del músculo cuádriceps (vasto lateral) de 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.

La población evaluada no tenía que haber realizado ninguna actividad física en los últimos 3 meses antes de iniciar el estudio, ni haber tenido ninguna enfermedad crónica o contagiosa. Se evaluó antes y después del ejercicio aeróbico de 20 semanas.

En cuanto a los perfiles de expresión génica, se determinaron a partir de las biopsias musculares para posteriormente realizar el análisis de microarrays de Affymetrix al inicio y al final del programa de ejercicio aeróbico de 20 semanas.

Materiales y métodos Realizaron análisis para comparar valores medios de la puntuación Z entre los post-entrenados y los pre-entrenados.

Aplicaron la prueba t para dos muestras pareadas/prueba de dos colas con un alfa de .05.

Emplearon el análisis de componentes principales como procedimiento computacional para la clasificación de la expresión de genes multiclase en muestras de biopsia muscular de individuos en condiciones de post-entrenamiento y pre-entrenamiento.

¿Qué resultados obtuvieron?

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

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 (ARHFEF10) • Transglutaminasa 2(TGM2) • Dominio YTH.

Los que contienen 1 (YTHDC1) se sobre expresaron, es decir, el 1.9% de los genes analizados explicaban el comportamiento del VO2max en relación con la actividad del músculo esquelético, para esa población.

Red de interacción proteína – proteína (PPI) Realizada con los siete genes sobreexpresados asociados a l función muscular encontrados en el análisis anterior mostró un total de 477 nodos, dos componentes conectados, 17 pares de nodos de múltiples bordes y un número promedio de vecinos de 2.092

Discusiones y conclusiones de los investigadores

• El presente estudio demuestra 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.

• Esto hace referencia a cómo ciertos patrones de metilación de ADN cambian en respuesta al ejercicio y cómo estos cambios epigenéticos pueden influir en la expresión de los genes asociados con la estructura y remodelación de la matriz extracelular y el citoesqueleto muscular.

La metilación del ADN implica la adición de grupos metilo a ciertas regiones del ADN.

Cuando se produce la hipometilación (disminución en la cantidad de metilación) en regiones específicas del ADN relacionadas con genes involucrados en la formación de la matriz extracelular (como colágenos u otras proteínas estructurales) o en genes asociados con el citoesqueleto muscular (como las proteínas contráctiles o reguladoras), se facilita la expresión de esos genes.

Esto quiere decir que es probable que estos genes se transcriban y produzcan las proteínas necesarias para la estructura y función muscular.

• Los cambios epigenéticos, como la hipometilación en sitios específicos del ADN en respuesta al entrenamiento, pueden ser parte del mecanismo que permite que ciertos genes clave para la estructura y función muscular se expresen más activamente, facilitando así la adaptación del músculo al ejercicio y la remodelación asociada con el entrenamiento físico.

• Estos cambios pueden ayudar al músculo a fortalecerse, adaptarse y mejorar su rendimiento en respuesta al ejercicio.

Referencia bibliográfica

• Mina-Paz, Y., Zambrano, D., JEnuer, M., Rodríguez, A., García-Vallejo, F. (2022). Genómica muscular y entrenamiento aeróbico. Revista de deporte y ejercicio humano 17(3). 598-608