ELİT SPORCULARDA FİZYOLOJİ

ACTN3 R577X Polimorfizmi ve Rus Endurans Sporcularında Genotip-Performans İlişkisi

α-Aktinin-3 Eksikliğinin Endurans Performansına Etkileri

SUNAN

Doç. Dr. İzzet İNCE

Original Publication

Ahmetov, I. I., Druzhevskaya, A. M., Astratenkova, I. V., Popov, D. V., Vinogradova, O. L., & Rogozkin, V. A. (2008).
"The ACTN3 R577X polymorphism in Russian endurance athletes."
British Journal of Sports Medicine.
DOI: 10.1136/bjsm.2008.051540

Bölüm I: Giriş ve Arka Plan

ACTN3 Geni ve α-Aktinin-3 Proteini

🏭 ACTN3 Geni

İnsan fiziksel performansındaki bireysel farklılıkların güçlü bir genetik temeli vardır. ACTN3 geni, hızlı kas liflerinde (fast-twitch, Tip II) bulunan α-aktinin-3 proteinini kodlar.

α-Aktinin-3: Sarkomerik aparatta yer alır
Hızlı glikolitik liflerin işlevinde uzmanlaşmış roller üstlenir
Sprint ve halter gibi hızlı ve kuvvetli kasılmalar için kritik öneme sahiptir
Dünya nüfusunun önemli bir bölümünde bu proteinin eksikliği görülür

🔀 R577X Polimorfizmi

ACTN3 genindeki C→T geçişi (ekzon 16; rs1815739), 577. amino asitte arjininin (R) durdurma kodonuyla (X) değişmesine neden olur:

RR

Fonksiyonel homozigot
α-aktinin-3 ÜRETİR

RX

Heterozigot
Azalmış üretim

XX

Mutant homozigot
α-aktinin-3 ÜRETİLMEZ

Dünya genelinde 1 milyardan fazla kişi XX genotipine sahiptir ve iskelet kaslarında α-aktinin-3 proteini tamamen bulunmaz [1, 2].

Bölüm I: Giriş ve Arka Plan

Önceki Çalışmalar ve Literatür

⚡ Sprint/Güç Sporcularında Bulgular

Çok sayıda çalışma, 577XX genotipinin elit sprint ve güç sporcularında kontrollere göre daha düşük sıklıkta görüldüğünü göstermiştir [3-8]:

Yang et al. (2003) — Avustralyalı elit sporcular
Niemi & Majamaa (2005) — Finlandiya
Papadimitriou et al. (2007) — Yunanistan
Roth et al. (2008) — Kuvvet sporcuları
Druzhevskaya et al. (2008) — Rus güç sporcuları

Sonuç: α-aktinin-3 varlığı, güç/sürat performansı için gereklidir.

🐁 Knockout Fare Modeli

MacArthur et al. (2007, 2008) Actn3 knockout fare modelinde:

Kas metabolizmasında daha verimli aerobik yola kayma
İntrinsik endurans performansta artış
Tip I (yavaş kasılan) lif özelliklerinde artış

Endurans Çelişkisi: Yang et al. [3] XX genotipinin endurans avantajı sağlayabileceğini ileri sürmüştür. Ancak bu hipotez, Finlandiya (n=40), İspanya (n=102), Etiyopya (n=76), Kenya (n=284) ve İtalya (n=42) endurans sporcuları ile Kafkas triatletlerde (n=457) desteklenmemiştir [4, 11-14].

Bölüm I: Giriş ve Arka Plan

Araştırmanın Amaçları

🎯 Literatürdeki Boşluk

α-aktinin-3 eksikliğinin insan endurans performansı üzerindeki etkisi hakkında çok az şey bilinmektedir. Avustralyalı endurans sporcularıyla elde edilen bulgular, bağımsız çalışmalarla desteklenmemiştir.

Amaç 1

Rus endurans sporcularında ACTN3 R577X genotip ve alel dağılımının incelenmesi (Vaka-Kontrol Çalışması)

Amaç 2

ACTN3 genotipi ile kürekçilerin yarışma sonuçları arasındaki ilişkinin araştırılması (Genotip-Fenotip İlişkisi)

Bölüm II: Yöntem

Katılımcılar

🏃 Endurans Sporcuları (n = 456)

Bölgesel veya ulusal düzeyde yarışan Rus endurans sporcuları, yedi farklı spor branşından seçilmiştir:

40

Biatlon (15-20 km)

98

Kayaklı Koşu (10-50 km)

21

Yürüyüş (10-50 km)

34

Yol Bisikleti (≥50 km)

187

Kürek (≥2000 m)

42

Yüzme (0.8-25 km)

34

Triatlon

1211

Kontrol Grubu

🏆 Elit Düzey Sınıflandırması

30

Çok Üst Düzey (Highly Elite): Dünya Şampiyonları, Dünya Kupaları ve Olimpiyat Oyunları kazananları

99

Elit: Dünya Şamp./Kupası ve Olimpiyat gümüş/bronz, Avrupa Şamp. ödüllüler

105

Alt-Elit (Sub-Elite): Uluslararası yarışma katılımcıları

222

Ortalama: Bölgesel yarışmacılar, en az 4 yıl deneyim

Kontrol grubu: 1.211 sağlıklı birey (532 erkek, 679 kadın) — St Petersburg, Moskova, Naberezhniye Chelny ve Surgut'tan. Sporcular ve kontroller Kafkas kökenli (ağırlıklı Rus ve Tatar), Avrupa/Sibirya soyunun oranı her iki grupta 3:1.

Bölüm II: Yöntem

Rusya Kupası Kürek Turnuvası

🚣 Turnuva Bilgileri

14-15 Ekim

2006

~6 km

Mesafe (uzun mesafe)

Rostov

Kürek Kanalı "Don"

54

Sporcu (Highly Elite + Elite)

Rusya Kupası Kürek Turnuvası, standart olmayan bir uzun mesafe (ağırlıklı aerobik) yarış formatıdır. Resmi sonuçlar: www.rowingru.com

👥 Sporcu Dağılımı

Kategori	n	Detay
Erkek	34	Çok üst düzey + elit
Çift Tek (Double Scull)	19	Takım yarışı
Tek Tek (Single Scull)	15	Bireysel yarış
Kadın	20	Çok üst düzey + elit
Çift Tek (Double Scull)	12	Takım yarışı
Tek Tek (Single Scull)	8	Bireysel yarış

Bölüm II: Yöntem

Genotipleme Protokolü (PCR-RFLP)

🔬 DNA İzolasyonu ve Genotipleme Aşamaları

1

DNA İzolasyonu: Ağız çalkalama (mouthwash) örneklerinden DNA ekstraksiyonu, Bolla et al. (1995) protokolüne göre [15]

2

PCR Amplifikasyonu: C1743T (R577X) varyantı için PCR
Forward: 5'-CTGTTGCCTGTGGTAAGTGGG-3'
Reverse: 5'-TGGTCACAGTATGCAGGAGGG-3'
Ürün boyutu: 290 bp

3

Restriksiyon Enzimi Sindirimi: PCR ürünleri BstDEI enzimi (SibEnzyme, Rusya) ile 60°C'de 12 saat inke edildi

4

Jel Elektroforezi: %8 poliakrilamid jel elektroforezi ile ayrıştırma

5

Görüntüleme: Etidyum bromür boyaması ve UV ışıkta görselleştirme

Etik Onay: St Petersburg Üniversitesi Etik Kurulu onaylı. Tüm katılımcılardan yazılı bilgilendirilmiş onam alınmıştır.

Bölüm II: Yöntem

İstatistiksel Analiz Yol Haritası

Bölüm III: Bulgular

Hardy-Weinberg Dengesi Sonuçları

✅ Kontrol Grubu (n = 1.211)

χ² = 0.59

df = 2

P = 0.743

Anlamsız

HWE Dengede

Beklenen dağılım

Genotip dağılımı: 577RR %36.5, 577RX %49.0, 577XX %14.5 — önceki Kafkas popülasyonlarıyla uyumlu [2, 3, 16].

❌ Sporcu Grubu (n = 456)

χ² = 14.2

df = 2

P = 0.0008

Anlamlı

HWE Sapmış

Seçilim baskısı

Önemli: Sporculardaki HWE sapması, kontrollerde sapma görülmemesi ile birlikte değerlendirildiğinde gerçek bir genotip ilişkisini desteklemektedir [17].

Bölüm III: Bulgular

Tablo 1: Cinsiyet Bazlı Genotip Dağılımı

Grup	n	577RR (%)	577RX (%)	577XX (%)	577X Alel (%)	Yaş (yıl)
Sporcular – Tüm	456	39.3	55.0	5.7*	33.2*	24.3 ± 0.4
Erkek	293	40.3	52.9	6.8*	33.3*	24.4 ± 0.3
Kadın	163	37.4	58.9	3.7*	33.1	24.2 ± 1.4
Kontroller – Tüm	1211	36.5	49.0	14.5	39.0	17.1 ± 0.2
Erkek	532	36.3	47.0	16.7	40.2	17.2 ± 0.2
Kadın	679	36.7	50.6	12.7	38.0	16.7 ± 0.4

Değerler ortalama ± SE olarak verilmiştir. *P<0.01, kontrol grubuyla χ² testi.

Anahtar Bulgular

577XX genotipi: Sporcularda %5.7 vs kontrollerde %14.5 (P < 0.0001)
577X aleli: Sporcularda %33.2 vs kontrollerde %39.0 (P = 0.0025)

Cinsiyet Ayrımı

Erkek: XX %6.8 vs %16.7 (P < 0.0001), genel P = 0.0003
Kadın: XX %3.7 vs %12.7 (P = 0.0004), genel P = 0.003

Bölüm III: Bulgular

Tablo 2: Spor Branşlarına Göre Genotip Dağılımı

Spor	n	577RR %	577RX %	577XX %	P (genotip)	577X alel %	P (alel)
Biatlon	40	42.5	55.0	2.5*	0.10	30.0	0.13
Kayaklı Koşu	98	45.9	49.0	5.1*	0.019*	29.6	0.0093*
Yürüyüş	21	33.3	52.4	14.3	0.95	40.5	0.97
Yol Bisikleti	34	47.1	52.9	0*	0.049*	26.5	0.049*
Kürek	187	32.1	62.6	5.3*	0.0002*	36.6	0.42
Yüzme	42	52.4	30.9	16.7	0.059	32.1	0.21
Triatlon	34	35.3	64.7	0*	0.038*	32.3	0.33
TOPLAM	456	39.3	55.0	5.7*	<0.0001*	33.2	0.0025*
Kontroller	1211	36.5	49.0	14.5	1.00	39.0	1.00

*P<0.05, χ² testi ile kontrol grubuyla karşılaştırma.

Önemli: Biatletçiler (P=0.034), kayakçılar (P=0.0097), bisikletçiler (P=0.01), kürekçiler (P=0.0003) ve triatloncular (P=0.01) kontrollere göre anlamlı düzeyde düşük 577XX oranına sahiptir. 577X alel frekansı ise yalnızca kayakçılarda ve bisikletçilerde anlamlı düzeyde düşüktür.

Bölüm III: Bulgular

Elit Düzey Analizi: XX Genotip Dağılımı

%0

Çok Üst Düzey (n=30)
P = 0.016 vs kontrol

%9.1

Elit (n=99)
vs kontrol %14.5

%7.6

Alt-Elit (n=105)
P = 0.056 vs kontrol

%4.1

Ortalama (n=222)
P < 0.0001 vs kontrol

Kritik Bulgu

Çok üst düzey endurans sporcularının hiçbirinde ACTN3 577XX genotipi bulunmamıştır. Bu, α-aktinin-3 eksikliğinin en üst düzey endurans başarısını sınırlayan bir faktör olabileceğini göstermektedir.

Kontrol grubu karşılaştırması: Kontrol grubunda 577XX oranı %14.5 iken, en üst düzeyde bu oran %0'a düşmüştür — elit düzey yükseldikçe XX genotipi progresif olarak azalmaktadır.

Bölüm III: Bulgular

Kürek Yarışı: Genotip-Performans İlişkisi

🚣 Erkek Çift Tek (Double Scull) — n = 19

1339 ± 11 s

577RR
En Hızlı

1386 ± 12 s

577RX
Orta

1402 ± 10 s

577XX (n=3)
En Yavaş

P = 0.016

ANOVA (RR vs RX vs XX)

~1 dakika

RR homozigotlar, XX'e göre ~63 sn daha hızlı

Diğer Kürek Grupları

Diğer kürek kategorilerinde (erkek single scull, kadın double/single scull) 577RR ve 577RX taşıyıcıları arasında istatistiksel olarak anlamlı fark bulunmamıştır. Yalnızca erkek çift tek yarışında 3 XX genotipli sporcu yer almış ve en yavaş süreleri kaydetmiştir.

Bölüm IV: Tartışma

Ana Bulgular ve Güç Bileşeni

🏆 İlk Kez Gösterildi

Bu çalışma, ACTN3 577XX genotipinin Rus endurans sporcularında kontrollere göre anlamlı şekilde düşük temsil edildiğini ve endurans yarışmalarında başarılı sonuçlar elde etme potansiyelini sınırladığını gösteren ilk çalışmadır.

HWE sapmasının yalnızca sporcularda görülmesi (kontrollerde değil), gerçek bir genotip-performans ilişkisini desteklemektedir [17].

⚡ Neden α-Aktinin-3 Enduransta da Önemli?

Modern endurans etkinliklerinin fizyolojik talepleri çok yüksektir [18]:

Bisiklet: Günlük etaplar ~5 saat sürmesine rağmen kritik fazlarda güç odaklı spor haline gelmiştir [11]
Koşu/Kayak: Üst düzey sporcuların Tip II lifleri devreye sokabilmesi gerekir [11]
Kürek: Vigorous sprint başlangıcı → yüksek aerobik sabit durum → hızlı finiş [19]
Toplu başlangıçlı yarışlar: Uzun mesafe mücadelesini bitirme sprintine çevirme stratejisi

Kürek süreleri yılda ~0.7 saniye hızlanmaktadır [20] — güç bileşeninin önemi giderek artmaktadır.

Bölüm IV: Tartışma

Literatür Karşılaştırması ve Mekanizmalar

📑 Yang et al. Hipotezi

Yang et al. [3], Avustralyalı endurans sporcularında (n=194) 577XX genotipinin kontrollere göre daha yüksek olduğunu bildirmiştir — ancak yalnızca kadınlarda (n=72) anlamlıydı.

Bu hipotez desteklenMEmiştir:

Finlandiyalı (n=40) [4]
İspanyol (n=102) [11]
Etiyopyalı (n=76) [12]
Kenyalı (n=284) [12]
İtalyan (n=42) [13]
Kafkas triatletler (n=457) [14]

🔁 Mekanistik Açıklama

α-aktinin-3 eksikliği, eğitimsiz bireylerde Tip I lif baskınlığı [21] ve knockout farelerde aerobik metabolik enzim aktivitesinde artış [10] ile ilişkili olsa da:

Hipotez: α-aktinin-3'e sahip Rus endurans sporcuları, üst düzey endurans performansına yalnızca yüksek hızda kuvvetli kasılma avantajıyla değil, aynı zamanda enduransla ilişkili diğer genetik varyantların kompansatuvar ve aditif etkisi sayesinde ulaşır.

Gómez-Gallego et al. [23]: RR/RX genotipli profesyonel yol bisikletçileri, XX genotiplilere göre anlamlı düzeyde daha yüksek pik güç çıktısı ve ventilatuvar eşik değerlerine sahiptir.

Bölüm V: Değerlendirme

Güçlü Yönler ve Sınırlılıklar

✅ Güçlü Yönler

Geniş sporcu kohortu (n = 456) ve büyük kontrol grubu (n = 1.211)
Dört farklı elit düzey sınıflandırması
Yedi farklı endurans spor branşı
Cinsiyet bazlı ayrıştırılmış analiz
Genotip-fenotip ilişkisinin gerçek yarışma verileriyle doğrulanması
HWE sapmasının yalnızca sporcularda görülmesi
Etnik homojenlik (Kafkas kökenli, Avrupa/Sibirya 3:1)

❌ Sınırlılıklar

Kürek turnuvasındaki DNA'sı mevcut sporcu sayısı az (n = 54)
Yalnızca 3 XX genotipli kürekçi — istatistiksel güç sınırlı
Diğer ırk gruplarına genellenebilirlik için replikasyon gerekli
Kürek performansı tek bir fenotip özelliğine indirgenemez: motivasyon, mental dayanıklılık, taktik zeka, takım uyumu, olgunluk düzeyi, karar verme
Tek gen polimorfizmi — poligenik etkilerin göz ardı edilmesi

🔭 Gelecek Yönelimler

Farklı etnik gruplarda replikasyon çalışmaları
Daha büyük kürekçi kohortlarında genotip-performans doğrulaması
Çok genli (poligenik) yaklaşımlarla etkileşim analizleri
Boylamsal tasarlanmış çalışmalar (antrenman adaptasyonu takibi)

Bölüm VI: Sonuç

Sonuçlar ve Pratik Öneriler

📋 Ana Sonuçlar

1

ACTN3 577XX genotipi ve 577X aleli, Rus endurans sporcularında kontrollere göre anlamlı düzeyde düşük temsil edilmektedir (XX: %5.7 vs %14.5, P < 0.0001).

2

Çok üst düzey endurans sporcularının hiçbirinde 577XX genotipi bulunmamıştır (P = 0.016 vs kontrol).

3

577RR genotipli erkek kürekçiler, 577XX taşıyıcılarına göre ~1 dakika daha hızlı kürek çekmiştir (1339 vs 1402 s, P = 0.016).

4

α-aktinin-3 eksikliği, endurans sporlarda bile güç bileşenini olumsuz etkileyerek performansı sınırlayabilir.

5

Bu etki, hem erkek (P = 0.0003) hem de kadın (P = 0.003) sporcularda görülmüştür.

6

Sonuçlar, Yang et al.'nin "XX endurans avantajı" hipotezini desteklememekte ve 6 bağımsız çalışmayla tutarlıdır.

🏆 Antrörörlere ve Spor Bilimcilere Pratik Öneriler

Güç Antrenmanı

Endurans sporcularında da güç ve sürat antrenmanı ihmal edilmemeli

Genetik Profilleme

ACTN3 genotipleme, yetenek keşfi ve branş yönlendirme süreçlerinde tamamlayıcı bilgi sağlayabilir

Dikkatli Yorum

Genetik veriler poligenik etki ve çevresel faktörler bağlamında değerlendirilmeli

Kaynakça

Referanslar

1. MacArthur DG, North KN. ACTN3: A genetic influence on muscle function and athletic performance. Exerc Sport Sci Rev 2007;35:30-34.

2. North KN, Yang N, et al. A common nonsense mutation results in alpha-actinin-3 deficiency. Nat Genet 1999;21:353-354.

3. Yang N, MacArthur DG, et al. ACTN3 genotype is associated with human elite athletic performance. Am J Hum Genet 2003;73:627-631.

4. Niemi AK, Majamaa K. Mitochondrial DNA and ACTN3 genotypes in Finnish elite athletes. Eur J Hum Genet 2005;13:965-969.

5. Papadimitriou ID, et al. The ACTN3 Gene in Elite Greek Track and Field Athletes. Int J Sports Med 2007;29:352-5.

6. Roth SM, et al. The ACTN3 R577X nonsense allele is under-represented in elite-level strength athletes. Eur J Hum Genet 2008;16:391-4.

7. Santiago C, et al. ACTN3 genotype in professional soccer players. Br J Sports Med 2008;42:71-3.

8. Druzhevskaya AM, et al. Association of the ACTN3 polymorphism with power athlete status in Russians. Eur J Appl Physiol 2008;103:631-634.

9. MacArthur DG, et al. Loss of ACTN3 gene function alters mouse muscle metabolism. Nat Genet 2007;39:1261-5.

10. MacArthur DG, et al. An Actn3 knockout mouse provides mechanistic insights. Hum Mol Genet 2008;17:1076-86.

11. Lucia A, et al. ACTN3 genotype in professional endurance cyclists. Int J Sports Med 2006;27:880-4.

12. Yang N, et al. The ACTN3 R577X polymorphism in East and West African athletes. Med Sci Sports Exerc 2007;39:1985-8.

13. Paparini A, et al. ACTN3 genotyping by real-time PCR in the Italian population. Med Sci Sports Exerc 2007;39:810-5.

14. Saunders CJ, et al. No association of the ACTN3 gene R577X with endurance in Ironman Triathlons. Ann Hum Genet 2007;71:777-81.

15. Bolla MK, et al. A method of determination of APOE genotypes by MADGE. Clin Chem 1995;41:1599-1604.

16. Moran CN, et al. Association analysis of ACTN3 R577X polymorphism in adolescent Greeks. Eur J Hum Genet 2007;15:88-93.

17. Wittke-Thompson JK, et al. Rationale inferences about departures from Hardy-Weinberg equilibrium. Am J Hum Genet 2005;76:967-986.

18. Lucia A, et al. In professional road cyclists, low pedaling cadences are less efficient. Med Sci Sports Exerc 2004;36:1048-54.

19. Hagerman FC. Applied physiology of rowing. Sports Med 1984;1:303-26.

20. Secher NH. Physiological and biomechanical aspects of rowing. Sports Med 1993;15:24-42.

21. Vincent B, et al. ACTN3 (R577X) genotype is associated with fiber type distribution. Physiol Genomics 2007;32:58-63.

22. Ahmetov II, et al. The use of molecular genetic methods for prognosis of aerobic and anaerobic performance. Hum Physiol 2008;34:338-342.

23. Gómez-Gallego F, et al. Endurance Performance: Genes or Gene Combinations? Int J Sports Med 2008. doi:10.1055/s-2008-1038677