ФИЗКУЛЬТУРА И ЭПИГЕНОМ

Вступление.

Физические нагрузки влияют на человека не только на уровне метаболизма – они также оказывают влияние на работу ДНК. Несмотря на то, что под влиянием физкультуры её состав не меняется, происходят процессы на эпигенетическом уровне — изменении экспрессии генов или фенотипа клетки. Статья посвящена описанию исследований и объяснению, каким образом физическая культура влияет на экспрессию генов, а также к чему ведут эти изменения.

Основная часть.

Эпигенетика — одно из новых направлений в генетике, изучающее изменения наследственной информации животных, которые не связаны с изменением структуры ДНК, а происходят под влиянием внешних факторов. Под их воздействием одни гены «включаются», а другие «выключаются». Таким образом, и клетка под влиянием изменённой экспрессии генов начинает вести себя по другому. Изначально старение клетки связывали с повреждением в ней ДНК. Но после того, как провели ряд успешных опытов по клонированию животных, когда рождённая особь проживала не меньше, чем «оригинал», стало ясно, что дело заключается не в повреждении ДНК. Профессор Дэвид Синклер объясняет, что информация со временем теряется в эпигеноме. В каждой клетке тела одно и то же ДНК, но при этом разные клетки имеют различное строение и выполняют строго определённые функции. Знание клетки, какой она должна быть, обеспечивается благодаря эпигеному. Управление участками ДНК происходит за счёт белков-гистонов и метилирования ДНК. Метиловая группа служит блокатором гена, на которой она находится, что предотвращает активность нежелательных генов для клетки конкретной ткани. С возрастом из-за изменения в эпигеноме клетка ткани может «забыть», какие функции она выполняет, из-за чего превращается в клетку другой ткани либо перерождается в раковую.

Важно то, что картину метиляции ДНК возможно изменить. На эпигеном влияют несколько различных факторов, один из которых — движение. Синклер объясняет, что миллиарды лет назад бактерии сделали важный эволюционный шаг — при благоприятных условиях они стали задействовать те участки ДНК, которые отвечают за активный рост и размножение, а в неблагоприятных — за сохранение и долголетие. Другими словами, в благоприятном режиме активны участки ДНК, в меньшей степени выполняющие функции репарации самой ДНК и, соответственно, эпигенома. В неблагоприятной среде же наоборот: гены направляют ресурсы в сторону их самоподдержания, экономя на росте клетки. У человека сохранились те же самые принципы, а значит, он может поменять режим функционирования ДНК и свой биологический возраст, определяемый по часам Хорвата (Часы Хорвата — картина метиляции ДНК, дающая представление о степени старения и примерном времени смерти). Когда мы бежим и устаём, клетки, чувствуя это, переходят на режим самовосстановления. Объясняя простыми словами, организму кажется, что за ним бежит разъяренный лев. Это показывает, что физкультура способствует возвращению картины метилирования в более раннее состояние, что способствует продлению молодости.

В своей последней работе Карл Йохан Сундберга (Carl Johan Sundberg) и его коллега из Каролинского института решили проверить, не меняются ли под действием физического напряжения эпигенетические маркеры в человеческой ДНК. В эксперименте шведских исследователей участвовали больше двадцати молодых мужчин и женщин, которые должны были три месяца заниматься на велотренажёре. Но крутить педали они должны были только одной ногой. Так как эпигенетические механизмы весьма чувствительны ко всему, что с нами происходит, было бы довольно сложно сказать, действительно ли изменения произошли из-за тренировки, а не под действием предыдущих индивидуальных жизненных обстоятельств человека, которые никак не поддаются расчёту и сравнению с кем-то другим. Но возможно сравнить между собой ноги одного и того же человека, потому что прошлые эпигенетические модификации у них будут одинаковы.

До и после трёхмесячных занятий добровольцы выполняли разные тесты, до и после которых у них брали биопсию мышц ноги. При этом приблизительно в 5 000 точек на ДНК тренированной ноги изменился метильный рисунок; где-то метилирование усилилось, где-то ослабело. Соответственно, изменилась и активность ряда генов, большинство из которых регулировало энергетику клетки, воспалительные процессы и клеточную реакцию на инсулин.

В другом исследовании ученые изучили трансформацию метильных групп в жировых клетках 23 здоровых мужчин возраста 35 лет с лишним весом, которые ранее не занимались физкультурой. В ходе эксперимента мужчины должны были трижды в неделю заниматься в спортзале аэробикой. Однако в реальности мужчины посещали спортзал около 1,8 раз в неделю. Оказалось, что даже такой активности хватило для эпигенетических изменений.

После шести месяцев испытаний ученые проанализировали 480 тысяч позиций в геноме мужчин. Они увидели, что изменения произошли в 7000 генов из 20-25 тысяч. После этого исследователи проверили метилирование в конкретных генах, связанных с ожирением и сахарным диабетом второго типа. Там тоже отметились изменения. По мнению ученых, изменения в эпигенетике жировых клеток связаны именно с физическими упражнениями, которые проделывали мужчины в течение полугода. То есть, относительно небольшая физическая нагрузка избавила участников эксперимента от риска болезней, связанных с ожирением.

Заключение

Физические упражнения действительно оказывают влияние на эпигеном, приводя к положительным изменениям в экспрессии генов. Благодаря занятиям физическими нагрузками меняется метилирование ДНК, что активирует гены, которые приводят к репарации самого эпигенома, позволяя сохранить долголетие.

Список литературы:

1. Veritasium. «How to slow aging (and even reverse it)» Youtube (14 декабря 2019 г.).
2. Научный журнал «Zoom C News», статья от 05.07.2013
3. Журнал «Наука и жизнь», статья от 24.12.2014