Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В первый год выполнения проекта основные работы были сосредоточены на следующих трех направлениях: - эпигенетический анализ изменений метилирования ДНК в образцах мышечной ткани экспериментальной группы участников, проходивших ранее трехмесячную силовую тренировку; - набор участников и экспериментальная работа в исследовании с наблюдением за изменением мышечного фенотипа в динамике; - ассоциативные генетические исследования с анализом ранее полученных молекулярно-генетических данных участников исследования. В рамках эпигенетического исследования был проведен количественный анализ метилирования ДНК с использованием ДНК-чипа Infinium MethylationEPIC BeadChip на биопсийных образцах m.vastus lateralis, полученных от 10 участников в базальном состоянии до и после выполнения 12-недельной силовой тренировочной программы на мышцы ног. Статус метилирования был определен для 812546 CpG-сайтов. Анализ изменений полученных данных метилирования всех CpG сайтов показал, что образцы в пределах групп сравнения (до и после длительной тренировочной нагрузки) кластеризуются в разделяемые кластеры. Анализ дифференциально метилированных регионов при сравнении между группами позволил выявить 402 значимо дифференциально метилированных CpG-сайта, относящихся к 183 уникальным генам. При этом анализ распределения ДМ сайтов в отношении к различным структурным элементам гена и другим областям генома показал, что наибольшее число дифференциально метилированных сайтов локализовано вне больших CpG островков и относительно редко встречаются в промоторных регионах генов. Полученные результаты эпигенетического исследования будут использованы для совместного анализа в комплексе с результатами транскриптомного и протеомного профилирования, выполненных нами ранее на образцах биопсий m.vastus lateralis от той же экспериментальной группы. В рамках эксперимента с долгосрочным наблюдением за изменениями мышечных волокон была сформирована группа из 54 испытуемых добровольцев, являющихся участниками первой фазы эксперимента и ранее проходивших исследование со взятием биопсий m. vastus lateralis в 2017 г. Для всех испытуемых, выразивших согласие в повторном исследовании и не имеющих противопоказаний были проведены антропометрические исследования, взяты повторные биопсийные образцы m. vastus lateralis. По результатам детального анкетирования получены данные о физической активности, диете и других факторах, потенциально влияющих на динамику изменений изучаемого мышечного фенотипа. Начаты иммуногистохимические исследования биоптатов, направленные на определение гистоморфометрических характеристик (тип волокон, площадь поперечного сечения). Проведены генетические ассоциативные исследования, направленные на поиск и оценку вклада генетических детерминант, влияющих на показатели мышечной гипертрофии и силовые характеристики добровольцев и профессиональных спортсменов. Работы выполнялись с использованием ранее полученных молекулярно-генетических данных участников исследования. В ходе исследования, посвященного поиску генетических маркеров, ассоциированных с гипертрофией мышечных волокон идентифицировано 57 вариантов, также ассоциированных с безжировой массой конечностей по результатам полногеномного исследования на выборке UK Biobank. Для части из этих вариантов была дополнительно показана ассоциация с силовой и скоростной характеристикой профессиональных спортсменов из Росси и Японии, и другими силовыми характеристиками в дополнительных группах сравнения. В ходе другого исследования по результатам полноэкзомного анализа и последующей валидации на независимых выборках была показана значимая ассоциация инсерционно-делеционного варианта rs35493922 гена MDM4 с силовыми характеристиками у спортсменов из Турции и России и показателями безжировой массой тела (UK Biobank). Для генотипа DD варианта rs35493922 гена MDM4 на экспериментальных данных показана ассоциация с увеличенным уровнем экспрессия гена MDM4 и большей площадью поперечного сечения волокон II типа. Ассоциация этого варианта с гипертрофией волокон II типа была независимо подтверждена и с использованием других, доступных для анализа данных. По результатам работ за отчетный период опубликовано 2 статьи в изданиях, индексируемых в базах данных «Web of Science» и «Скопус» (Scopus). Результаты также были представлены в формате доклада на международной научной конференции.

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Во второй год выполнения проекта основные работы были сосредоточены на следующих направлениях: - набор участников и экспериментальная работа в исследовании с наблюдением за изменением мышечного фенотипа в долгосрочной динамике; - анализ молекулярно-генетических механизмов, влияющих на характеристики мышечных волокон в ходе контролируемой силовой тренировки; - ассоциативные генетические исследования по поиску новых генетических вариантов, связанных с развитием силового мышечного фенотипа и различиями в ответе на тренировочные нагрузки. В рамках долгосрочного наблюдения сформирована основная группа из 79 добровольцев в возрасте от 25 до 60 лет, у которых проведены антропометрические исследования и взяты биопсии мышц бедра. Для всех участников были проведены антропометрические исследования, взяты повторные биопсийные образцы m. vastus lateralis. По результатам анкетирования получены данные о физической активности, диете и других факторах, потенциально влияющих на динамику изменений изучаемого мышечного фенотипа. Проведены иммуногистохимические исследования мышечных биоптатов, в ходе которых были определены гистоморфометрические характеристики (соотношение мышечных волокон разного типа, площадь поперечного сечения мышечных волокон). Таким образом, получен достаточный набор данных, являющихся основой для последующей оценки возрастных и ассоциированных с тренировочными нагрузками изменений мышечного фенотипа в динамике. Во втором блоке исследований изучались молекулярные изменения в ответ на 12-недельную силовую тренировку у подгруппы участников. Исследована связь изменений физиологических показателей и морфометрических показателей мышечных волокон с изменениями на транскриптомном, протеомном и метиломном уровне. С использованием новых результатов РНК-секвенирования охарактеризован ответ на контролируемую силовую тренировку на уровне транскриптома m. vastus lateralis. Гены, изменившие экспрессию после 12-недельной тренировки, были ассоциированы с внеклеточными белками, включая белки внеклеточного матрикса, что согласуется с данными других исследований по эффектам силовых тренировок. Сопоставление изменений протеома после 12-недельной тренировки с динамикой экспрессии соответствующих мРНК (по завершении программы, а также через 8 и 24 часа после однократной нагрузки) показало, что лишь у небольшой части белков сдвиги на белковом уровне согласуются с изменениями мРНК. Это указывает на ведущую роль посттранскрипционной регуляции (синтеза и деградации белка) в ответе на силовую тренировку, а также отражает ограничения используемого метода, который охватывает главным образом наиболее высоко представленные белки. В то же время, проведенный нами совместный анализ дифференциально метилированных CpG сайтов и дифференциально экспрессирующихся генов не выявил значимых корреляций. Такой результат, вероятнее всего, связан с тем, что большинство дифференциально метилированных сайтов расположено в дистальных и межгенных регуляторных областях, где влияние метилирования на транскрипцию опосредовано и не проявляется в виде простой связи «сайт – ген». Можно предположить о возможных эпигенетических механизмах влияния через взаимодействие с суперэнхансерами, локализованными в межгенных областях и контролирующих активность тканеспецифичных генов, ответственных за клеточную идентичность и дифференцировку мышечной ткани. При этом, вне зависимости от корреляции с транскриптомными данными, показано, что изменение метилирования множества CpG-сайтов достоверно ассоциировано с приростом мышечной силы, что указывает на роль эпигенетической регуляции в адаптации к силовой нагрузке. По третьему направлению работ в сотрудничестве с зарубежными группами была проведена серия ассоциативных генетических исследований, направленных на поиск и оценку вклада генетических детерминант, влияющих на показатели мышечной гипертрофии и силовые характеристики у исследуемых добровольцев и профессиональных спортсменов. Так, в многоуровневом многоэтническом полногеномном ассоциативном исследовании было показано, что вариант rs10196189 в гене GALNT13 ассоциирован с гипертрофией быстрых мышечных волокон II типа, и чаще выявляется у профессиональных спортсменов силового профиля и спринтеров. На транскриптомных данных мышечных биопсий было продемонстрировано, что повышенная экспрессия GALNT13 в скелетной мышце связана с большей относительной площадью быстрых мышечных волокон, что подчёркивает биологическую роль данного гена в формировании «быстрого» мышечного фенотипа. В другом крупном исследовании продемонстрирована ключевая роль транскрипционных факторов семейства large MAF (MAFA, MAFB, MAF) в формировании гликолитического, «силового» мышечного фенотипа. На биопсийном материале наших участников было показано, что более высокая экспрессия MAFA и MAF ассоциируется с увеличением доли волокон II типа и экспрессии генов fast-MYH, тогда как при старении наблюдается снижение экспрессии large MAF и соответствующих сократительных белков. Дополнительные работы, основанные на морфометрических и транскриптомных данных по биопсиям m. vastus lateralis, подтвердили вклад других генов-кандидатов, ассоциированных с вариабельность мышечной композиции и размерами волокон силового типа. Для гена ARK2N было показано, что его экспрессия выше у спортсменов силового и скоростного профиля и положительно связана с долей волокон II типа, а функциональный вариант rs6507691 ассоциирован с большей площадью поперечного сечения мышечных волокон. Для гена BDNF установлена положительная связь экспрессии с осью BDNF–mTOR и про-гипертрофическими генами, а вариант C его полиморфизма rs6265 связан с большей площадью быстрых волокон и большей безжировой массой конечностей. В многоэтническом исследовании элитных борцов выявлены ассоциации вариантов ATP2A3 rs6502758 и UNC5C rs265061, ассоциированные с борцовским статусом и экспрессией соответствующих генов в скелетной мышце, что дополняет картину генетической детерминации скоростно-силового мышечного фенотипа. Кроме того, транскриптомные данные нашего проекта использованы для независимой валидации гипотезы о роли N-лактоил-аминокислот, прежде всего N-лактоил-фенилаланина (Lac-Phe), как маркеров вариабельности тренировочного ответа. Показано, что повышенные уровни Lac-Phe в сыворотке связаны с низким эффектом аэробных тренировок, а экспрессия гена CNDP2, участвующего в синтезе Lac-Phe, отрицательно ассоциирована с долей медленных волокон I типа, что подчеркивает связь метаболического профиля с мышечным фенотипом.