Новые направления геномной медицины нутригеномика спортивная геномика

Новые направления геномной медицины ( нутригеномика, спортивная геномика) Лекция 7

СЛАГАЕМЫЕ Внешняя среда 70% ШЕСТЬ ОСНОВНЫХ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ЭКСПРЕССИЮ ГЕНОВ ЗДОРОВЬЯ Геном 30% ЕДА, РЕЖИМ ПИТАНИЯ, ФИЗИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ, СТРЕСС ВРЕДНЫЕ ПРИВЫЧКИ, ЭКОЛОГИЯ, ЛЕКАРСТВА

Нутригенетика и нутригеномика - наследуемые индивидуальные различия реакции организма на пищу [Kaput, Rodriguez, 2004], 1. Химические компоненты пищи влияют на геном человека, изменяя работу генов 2. В определенных условиях и при определенном генотипе диета может стать важным фактором риска (плохое питание – риск болезней) 3. Некоторые гены, регулируемые диетой, определяют частоту, прогрессию и тяжесть болезни (степень их влияния определяется особенностями индивидуального генома) 4. С помощью диеты можно активно влиять на работу генов (персонализированное питание для профилактики и лечения хронических болезней) (“… food be your medicine and medicine be your food” Гиппократ 2 400 до РХ.

НУТРИГЕНОМИКА – наука о том как правильно питаться 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 390 лет до РХ - Гиппократ : «Пища будет вашим лекарством и пища излечит вас» (“… food be your medicine and medicine be your food” 1900 - Арчибаль Гаррод – основатель биохимической генетики - «Диета влияет по-разному на разных индивидуумов» 1956 -Ричард Вилльямс книга «Биохимическая индивидуальность» , глава «Индивидуальность и питание» 1975 - Р. Бреннан предложил термин «нутригеномика» 2004. Дж. Капут, Р. Л. Родригес – «Нутритивная геномика: следующий этап постгеномной эры» Наука о том, как правильно питаться, чтобы жить в гармонии со своими генами «Нутриенты» - химические компоненты пищи, самые древние модуляторы генной экспрессии

ЗАДАЧИ НУТРИГЕНОМИКИ 1. 2. 3. Изучить влияние питания на метаболические процессы и гомеостатический контроль Выяснить как эта регуляция изменяется на ранних стадиях болезней, ассоциированных с диетой Установить индивидуальные особенности генома, ассоциированные с патогенезом заболевания

МОНОГЕННЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ, СВЯЗАННЫЕ С ДИЕТОЙ 1. 2. 3. 4. Фенилкетонурия, Галактоземия Непереносимость лактозы Семейная гиперхолестеринемия ПОЛИГЕННЫЕ (МФ) ЗАБОЛЕВАНИЯ, ПРОВОЦИРУЕМЫЕ ДИЕТОЙ 5. 6. 7. 8. 1. Гиперхолестеринемия и атеросклероз 2. Метаболический синдром 3. Диабет, гипертония, остеопороз

НУТРИГЕНОМИКА И БОЛЕЗНИ 1. Врожденные пороки развития (ДЗНТ), хромосомные болезни -дефицит фолиевой кислоты 2. Диабет – факторы риска СД-1 в порядке убывания: молоко, молочные продукты, мясо, крупы факторы риска СД 2 – переедание, ожирение метаболический синдром 3. Целиакия – непереносимость растительного белка глютена, содержащегося в семенах ржи, пшеницы, риса ячменя,

Нутриенты защитного действия 1. Ненасыщенные жирные кислоты (OMEGA-3) –замена животных жиров на растительные – профилактика болезней липидного обмена -ССЗ 2. Витамины – фолиевая кислота (Т 677 С -10% населения Европы – гомозиготны по неблагоприятному Т-аллелю) 3. Алкоголь – в дозе 50 мл крепкого напитка или бокала вина ( лучше красного резвератрол) снижают вероятность инфаркта на 30 -40% 4. Ликопен (помидоры) – снижает риск рака простаты 5. Молочные продукты повышают риск рака простаты, но благоприятны при гипертонии ( повышенное содержание ионов кальция) 6. Углеводы (зерно, каши) – профилактика диабета и КБС. У. фруктов уменьшают риск рака, снижают давление и уровень калия, проф. ССЗ 7. Зеленый чай ( полибифенолы- антиоксиданты –катехинины антионкогенный эффект - стимуляция гена Р 27 (онкосупрессор) и подавление активности циклинов Cyclin D, Cyclin E, CDK-4, CDK-1 8. Чеснок – органические сульфиды DAS, DADS, DATS, блок онкогенов активация генов апоптоза 9 Bax, Caspase, PARP), активация антиоксидантов 9. Гранатовый сок- блок циклинов, активация онкосупрессоров

ГЕН-ДИЕТНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГИПОТЕЗА : изменяя структуру хроматина с помощью нутриентов, биологически активных веществ, можно направленно регулировать экспрессию генов. Этого можно достигнуть, n - воздействуя на метилирование ДНК хроматина и гистонов n - усиливая экспрессию ряда генов -регуляторов SIRT 1 и NAD –зависимой деацетилазы гистонов с помощью ряда нутриентов( резвератрол, луназин), а так же голода можно нормализовать обмен веществ и замедлить процессы старения Периодическое транзиторное голодание и ограничение калорийности питания – главный путь к активному долголетию

РЕКОМЕНДАЦИИ НУТРИГЕНОМИКА 1. Фолиевая кислота 100 γ/день 2. Физическая нагрузка 30 мин/день 3. < 3 бокала вина /день 4. < 3 обеда/неделя 5. Снижение потребления животных жиров и сахара 6. Полиненасыщенные жирные кислоты (ОМЕГА-3) 7. Злаки, зелень, фрукты, овощи ВАШИ ГЕНЫ БУДУТ СЧАСТЛИВЫ!

Панель генов по нутригеномике (европейский стандарт) - анализ генов I фазы детоксикации: CYP 1 A 2 - анализ генов II фазы детоксикации: GSTМ 1, GSTT 1, GSTР 1, NAT 2 - анализ генов, ответственных за метаболизм липидов: APOE, APOCIII, PON 1, NOS 3 - анализ гена, регулирующего кровяное давление: ACE - анализ генов, ответственных за обмен гомоцистеина: MTHFR, MTRR - анализ генов, ответственных за метаболизм кальция и минеральный обмен: VDR - анализ гена, вовлеченного в обмен холестерина и окисление жирных кислот: PRARG

ВЫВОДЫ • • Нутригенетика и нутригеномика – разделы ПМ, изучающие особенности индивидуальной реакции человека на пищевые продукты, с целью оптимизации правильного питания и разработки персонифицированной диеты Методологическую основу нутригеномики составляет идентификация и тестирование генов, экспрессия которых регулируется химически активными компонентами диеты - нутриентами Генетический паспорт – индивидуальный банк ДНК данных ; его широкое внедрение требует детальной медицинской, юридической, и этической проработки Главная задача современной медицины научить человека жить в гармонии со своими генами

СПОРТИВНАЯ ГЕНОМИКА идентифицированы > 150 генов, контролирующих физические способности человека, важных для правильного занятия фитнессом, для отбора перспективных кандидатов профессионального спорта 1. Гены выносливости (27) 2. Гены мышечной силы, быстроты реакции и координированного ответа (14) 3. Гены повышенной работоспособности (10) 4. Гены, мутации и полиморфизм которых противопоказаны к занятиям спортом и фитнессом (13)

ГЕНОМИКА СТАРЕНИЯ СТАРЕНИЕ— медленное угасание транскрипционной активности, функциональная дегенерация всего геном 1. Гены «биологических часов» «age regulated genes» (14) гены системы детоксикации (GSTM 1, GSTT 1, NAT 2, CYP 2 D 6, CYP 17), гены липидного обмена (APOE, APOA 1, APOB, ALOX-5), гены углеводного обмена (IGF, r. IGF), гены антиоксидантной защиты (СAT, P 66 She ) гены иммунного ответа (IFNү, IL 10), гены ростовых факторов (TNFά, TGFβ), онкогены (MIC, гены, контролирующие уровень и метаболизм гормонов (PIT 1, PROP 1, GHR/BP, CYP 19). 2. Гены «слабого звена» (100) Генные сети мультифакторных заболеваний(>150)

Генетическая предрасположенность (сила, выносливость, быстрота реакции) 70 -75% Психологические факторы (морально-волевые качества) КАЧЕСТВО СПОРТСМЕНА Условия внешней среды 25 -30%

Анализ наследственной предрасположенности к различным физическим нагрузкам (сила, выносливость, гибкость), подбор оптимального вида спорта Спортивная геномика подбор индивидуальных тренировочных программ для спортсменов, включая коррекцию веса профилактика проявления наследственных дефектов (субституционного генетического груза) подбор индивидуальной диеты и определение индивидуальной чувствительности к фармпрепаратам

ЗАДАЧИ СПОРТИВНОЙ ГЕНОМИКИ Оптимизация индивидуальных способностей к занятиям спортом и фитнессом Предупреждение проявления неблагоприятных наследственных факторов Отбор перспективных кандидатов в Олимпийские виды спорта Поиск новых генов, ассоциированных с занятиями спортом

ГЕНЫ «ФИЗИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ» ЧЕЛОВЕКА 1. Гены «выносливости» (27), 2. Гены «мышечной силы, быстроты реакции и координированного ответа» (14), 3. Гены «повышенной работоспособности» (10), 4. Гены, мутации и полиморфизмы которых свидетельствуют о наличии противопоказаний к занятиям спортом и фитнесом (13).

АСЕ- первый идентифицированный ген в спортивной геномике Montgomery H. E. , Human gene for physical performance // Nature. – 1998. – V. 393. – P. 221 -222.

Частоты генотипа T/M гена AGT у гребцов разной квалификации при различных тестах ∆ ∆ * ∆ # * ∆ * ТЕСТЫ МС , КМС спортсмены Примечание: популяция ∆ - при p<0, 001 достоверные отличия между гребцами и контролем # - при p<0, 01 достоверные отличия между гребцами и контролем *- при p<0, 05 достоверные отличия между гребцами и контролем Глотов А. С. , Глотов О. С. , Москаленко М. В. , Иващенко Т. Э. , Петров М. Г. , Рогозкин В. А. , Баранов В. С. Генетическая предрасположенность к физической работоспособности у спортсменов-гребцов // Молекулярно-биологические технологии повышения работоспособности в условиях напряженных физических нагрузок. Сб. статей. М. 2006. В. 2. Стр. 39 -51.

ГЕНЫ ВЫНОСЛИВОСТИ (В) и СИЛЫ (С) ГЕН ПОЛИМОР АЛЛЕЛЬ ФИЗМ ФЕНОТИП АСЕ I/D D Оптимальный сосудистый тонус Увеличение силы в 7 раз (С) ACTN 3 R 577 X R Высокая сократимость, быстрые мышечные волокна (С) AMPD 1 C 34 T C Быстрая регенерация АФП (В) AR (CAG)n >22 Много эндогенного тестостерона (С) PPARG C 34 G G Усиленный аэробный гликолиз (С) PGC 1 A G 1444 A A Высокие аэробные возможности (С) PPARA G/C G Высокая утилизация ж. кислот (В) UCP 3 -55 C/T T Высокая теплопродукция Низкий риск ожирения (В) VEGF С-2578 А C Рост сосудов и кровоснабжение (В)

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МАРКЕРЫ КАРДИОПАТИЙ Гены энергетического обмена: PPARA, PPARD, PRARG, UCP 2, UCP 3, PPARGC 1 A (PGC-1α) Ген, контролирующий рост миокарда PPP 3 R 1 (Cn. B) Гены метаболизма липидов: APOA, APOCIII, APO(a), APOB, APOE, PON 1, r. LDL, LPL и др. Гены факторов свертывания крови и фибринолиза: F 5, F 7, F 1, F 2, рецепторы тромбоцитов GP 3 a, GPIa , PLAT, PAI 1 Гены сосудистого тонуса, и ренинангиотензиновойсистемы: NOS 3, EDN 1, EDNRA, MTHFR, MTRR, ADRB 2, ADRB 1, REN, AGT, ACE, AGT 2 R 1, AGT 2 R 2, BKR 2.

ГЕНЕТИЧЕСКАЯ КАРТА СПОРТСМЕНА Мышечная сила МЕТАБОЛИЗМ: NR 3 C 1, VDR, IGF 1, IGF 2, ACE, Col 1 A 1 UCP 2, UCP 3, PPARGC 1 A, PPARG, VDR ФИЗИЧЕСКАЯ РАБОТОСПОСОБНОСТЬ: ACNT 3, PGC 1 A, AMPD 1, ADRA 2 A, ACE; CASR; LEPR; DRD 2, CYP 19 A 1, MC 4 R Выбор вида спорта : PPARA ACE и др. стайер G/G I/I спринт С/С D/D Ограничения занятием спортом: GK, AMPD 1, SGCG, MTCO, FV, GPIIIa, K, Na-каналы, CNB 1 Гены мотивации DRD 2, HTR 2 A

АЛГОРИТМ ГЕНЕТИЧЕСКОГО ТЕСТИРОВАНИЯ СХЕМА АНАЛИЗА Забор крови или соскоб букального эпителия Сбор анкетных данных и других показателей пациента (спортсмена) взаимодействие Забор крови, слюны Выделение ДНК Врач-лаборант Забор клинического материала Пациент (спортсмен) Анализ генов Интерпретация результатов Выдача результатов лечащим врачом

ОПТИМАЛЬНЫЙ АЛГОРИТМ МОЛЕКУЛЯРНО- ГЕНЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ СПОРТСМЕНОВ РАЗНОГО ВОЗРАСТА Сбор анкетных данных, образцов крови Федеральные генетические центры Спортклубы Санкт. Петербург Спортивные федерации Москва Спортивные лиги Новосибирск Томск Спортмед центры Уфа Банки ДНК

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ МОЛЕКУЛЯРНО - ГЕНЕТИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ наследственный анамнез (анкета) данные клинико-инструментального обследования результаты молекулярно-генетического исследования анализ структурных полиморфизмов генов анализ межгенных взаимодействий комплексная оценка анамнестических, клинических и генетических данных заключение по результатам генетического тестирования индивидуальная программа профилактики и лечения информация для пациента

ДРУГИЕ ГЕНЫ COLL 12 A COLL 5 A

ВЫВОДЫ 1. 2. 3. 4. 5. Спортивная геномика – новое, реально существующее направление предиктивной медицины В настоящее время идентифицировно свыше 150 генов, ассоциированных с наследственными физическими способностями человека Генетическое тестирование позволяет проводить предварительный отбор лиц с выраженными наследственными способностями (мышечной сила, выносливость, быстрота реакции), важными для спортсменов - профессионалов С помощью генетического тестирования возможно раннее выявление лиц с наследственными противопоказаниями к профессиональным занятиям спортом Внедрение новых технологий генетического тестирования - реальный путь к совершенствованию спортивной работы с молодежью