Luurankolihaksen geeniekspressio ja perinnöllinen kestävyyssuorituskyky

Abstract

Pullinen, Katri 2007. Luurankolihaksen geeniekspressio ja perinnöllinen kestävyyssuorituskyky. Liikuntabiologian laitos, Jyväskylän yliopisto. Liikuntafysiologian Kandidaatin tutkielma, 49 s. Perinnöllistä kestävyyssuorituskykyä ja kestävyysharjoittelun aiheuttamia adaptaatioita voidaan tutkia geeniekspressiotasolla tekemällä microarray-analyysi. Kestävyysharjoittelun aiheuttamia adaptaatioita tutkittaessa on havaittu muun muassa mitokondrioiden biogeneesiin ja metaboliaan liittyvien geenien ilmenemisen kasvua. Kestävyyssuorituskyvyn perinnöllisyyttä ei ole tutkittu geeniekspressiotasolla ihmisillä eikä eläimillä. Ihmisillä se on erittäin hankalaa, joten sitä varten voidaan luoda eläinkantoja, joissa geneettinen ja ympäristön vaihtelu on minimoitu. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää, minkälaisia eroja löytyy perinnöllisesti korkean ja matalan juoksukapasiteetin rottien, jotka eivät harjoitelleet, luurankolihaksen geenien ilmenemisessä ja mitkä geenit tai geeniryhmät ovat yhteydessä kestävyyssuorituskykyyn. Koe-eläiminä oli geneettisesti heterogeenisten rottien (N:NIH kanta) jälkeläisiä. 12 korkean (HCR) ja 12 matalan (LCR) juoksukapasiteetin rotan m. gastrocnemiuksesta otettiin näyte microarray-analyysiä varten. Microarray-analyysissä käytettiin Illuminan RatRef-12 Expression BeadChip sirua ja tulokset analysoitiin R-kielellä ja Bioconductorin siihen lisäämillä paketeilla. Jokaiselle geenille laskettiin intensiteettiarvojen keskiarvo, keskihajonta ja kertamuutos. Kiinnostavat geenit suodatettiin perustuen muokattuun P-arvoon. Annotaatiossa käytettiin DAVID bioinformatiikka webtyökalua ja muita internetin geenitietokantasivustoja. Geenien ilmenemismuutosten määrä ja suunta laskettiin merkitsevyystasoilla 0,01, 0,05, 0,1, 0,15, 0,2 ja 0,25. Merkitsevyystasolla 0,01 31 geenin ekspressio oli kasvanut ja 23 geenin ekspressio laskenut. Suurin osa muutoksista tapahtui pienillä intensiteeteillä ja moni näistä muutoksista oli melko pieni. Merkitsevyystasolla 0,05 geenit luokiteltiin eri ryhmiin. Geenien ilmeneminen oli suurempaa HCR rotilla mitokondrioon, karboksyylihappometaboliaan, lipidimetaboliaan, oksidoreduktaasiaktiivisuuteen ja immuunivasteeseen liittyvissä geeneissä. Geenien ilmeneminen oli suurempaa LCR rotilla lipidikataboliaan, solujen tukirangan proteiinien sitoutumiseen ja proteiinimetaboliaan liittyvissä geeneissä. Tutkimuksessa havaitut geeniekspressioerot HCR ja LCR rottien välillä selittävät eroja kestävyyssuorituskyvyssä. Suuremmat ilmenemistasot lipidimetaboliaan liittyvillä geeneillä kertovat paremmasta rasvojen hajotuskyvystä ja rasvahappojen nopeammasta ja tehokkaammasta hapetuksesta, jolloin rasvoja pystytään käyttämään paremmin energianlähteenä. Myös mitokondrioiden kyky tuottaa ATP:ta on parempi, mistä kertoo sitruunahappokierron ja elektroninsiirtoketjun geenien ekspression kasvu.