Биомаркеры и отклик на физические упражнения

[FenriR]

При просмотре документального фильма BBC 2012 года "Вся правда об упражнениях" ("BBC horizon: The Truth About Exercise")
https://www.youtube.com/watch?v=FZ_BGhA7SK8
натолкнулся на интересное утверждение: оказывается, исследовав 11 генов, можно, с высокой вероятностью, спрогнозировать степень отклика человека на физические нагрузки. Отклик тождественнен дыхательной функции, измеряемой максимальным объемом кислорода (VO2max), который наше тело способно потребить. Этот показатель коррелирует не только с уровнем физической формы, но и с риском развития сердночно-сосудистых заболеваний и диабета второго типа, кроме того он является важным индикитатором для прогноза смертности - чем VO2max выше, тем лучше. Регулярными физическими нагрузками этот объем можно увеличить, однако не все люди одинаково восприимчивы к такому роду воздействия: около 20% в популяции характеризуется крайне низким откликом на подобный тренинг, в то время как 15% наоборот, откликаются намного лучше среднего.
Кому интересно ближе ознакомиться с вариантом тренинга (HIIT - High Intensity Interval Training, высокоинтенсивный интервальный тренинг), представленным в фильме
https://www.youtube.com/watch?v=v7-h_w7bJrU
и способным, по мнению исследователей, в определенном смысле, заменить всего 3мя минутами тренинга в неделю, многочасовые сессии пробежек, могут проследовать по, например этим, ссылкам:
http://www.bbc.com/news/health-17177251
http://www.medicalnewstoday.com/articles/242498.php

Ниже представлен список снипов, ассоциируемых со степенью отклика относительно повышения VO2max. Каждому аллелю присвоено свое количество очков, где 2 - самый высокий, 0 - соответсвенно, самый низкий.
Отдельные очки складываются в общую сумму, на основании которой индвид определяется в одну из 4 групп:
≦9 низкий отклик (low responders)
10-11 отклик ниже среднего (less than average responder)
12-13 отклик выше среднего (greater than average responder)
 ≧14 высокий отклик (high responder)

Список:
первым идет название гена, на котором находится снип, вторым - сам снип, ниже его варианты, где первое число - количество людей из выборки, с этим вариантом, второе - среднее изменение в V02max, третье - количество очков за вариант.

http://www.google.com/patents/US20110195412
Scoring Scheme for the 11 SNPs

SVIL   rs6481619         
A/A   225   370   0
A/C   193   413   1
C/C   24   536   2

SLC22A3   rs2457571
A/A   109   365   0
A/G   246   384   1
G/G   117   451   2

NRP2   rs3770991
A/A   4   440   2
A/G   97   461   1
G/G   402   380   0

TTN   rs10497520
A/A   8   339   0
A/G   89   334   1
G/G   375   412   2

H19   rs2251375
A/A   47   353   0
A/C   173   376   1
C/C   252   418   2

ID3   rs11574
A/A   23   367   0
A/G   178   372   1
G/G   271   414   2

MIPEP   rs7324557
A/A   54   430   2
A/G   191   410   1
G/G   226   377   0

CPVL   rs4257918
A/A   11   291   0
A/G   120   369   1
G/G   341   409   2

DEPDC6   rs7386139
A/A   328   416   2
A/G   129   349   1
G/G   15   372   0

BTAF1   rs2792022
A/A   247   382   0
A/G   185   414   1
G/G   39   406   2

DIS3L   rs1546570
A/A   31   416   2
A/C   174   418   1
C/C   267   379   0


К сожалению, 23andme корректно отображает только 4 снипа (выделены жирным шрифтом), в еще трех не сходятся наименования азотистых оснований (но мне повезло: в них у меня гетерозиготный вариант, что, как я надеюсь, облегчает соотнесение), остальные 4 хоть и отсутствуют на чипе (v3), однако можно оценить степень вероятности обладания тем или иным вариантом, посмотрев на количество таких обладателей в выборке.
Вот, что получается:
rs6481619 AC 1
rs2457571 CT (? AG) 1
rs3770991 no call (самый распространенный вариант GG = 0)
rs10497520 CT (? AG) 1
rs2251375 no call (самый распространенный вариант CC = 2)
rs11574 CC (dbSNP Genotype: GG) 2
rs7324557 AG 1
rs4257918 no call (самый распространенный вариант GG = 2)
rs7386139 AG 1
rs2792022 CT (? AG) 1
rs1546570 no call (самый распространенный вариант CC = 0)

[FenriR]

В довесок:
стэнфордская презентация "Genetics of Athletic Performance", рассказывающая о, предполагаемой, роли генов, наиболее часто связываемых с т.н. "атлетическим перфомансом".
Описывается влияние различных снипов, многие из которых есть на чипе v3 23andme:
http://web.stanford.edu/class/gene210/files/projects/Gene210-AthleticsPresentation-Roos.pdf

Более подробно об указанных снипах можно узнать по ссылкам:
http://www.snpedia.com/index.php/SNPedia
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/SNP/

[FenriR]

Работа 2011 года от Claude Bouchard et al.: Genomic predictors of the maximal O2 uptake response to standardized exercise training programs
(http://jap.physiology.org/content/110/5/1160)
Цель исследования та же, результаты иные:

Finally, none of the SNPs/transcripts identified in a previous study by Timmons et al. (41) are part of the 21 genomic predictors identified in this report, but 4 of their SNPs are significant at the 0.008 level or better (see below). There were considerable differences in the approaches between the two studies...

Учеными были выявлены 21 снип, коррелирующих с улучшением VO2max посредством тренировок.
На этот раз, все, кроме одного (rs7933007), присутствуют на чипе v3 =)
(Table 2.
Results of the multivariate regression model with forward selection for the V̇O2max response to training in HERITAGE whites)
rs10499043 T
rs1535628 A
rs4973706 C
rs12115454 A
rs6552828 A
rs11715829 C
rs684736 T
rs10921078 A
rs6090314 A
rs10500872 C
rs1956197 C
rs824205 T
rs7933007 C
rs12896790 G
rs4952535 A
rs2053896 A
rs2198009 G
rs2030398 A
rs738353 T
rs353625 C
rs10452621 T
За обозначением снипов указаны минорные (редкие) аллели, которые и должны давать своим обладателям преимущество.
(Кроме rs6552828, там преимущественной оказывается более распространенная G-аллель)

Homozygotes of the rs6552828 minor allele (A/A) had 125 ml/min (28%) and 63 ml/min (17%) lower V̇O2max responses than the common allele homozygotes (G/G) and heterozygotes (A/G), respectively. In the single-SNP analyses, rs6552828 explained 6.1% of the variance in the response of V̇O2max.

Так же, как и в предыдущем исследовании, здесь есть система очков, где гомозиготный вариант с минорной аллелью = 2 очка, гетерозиготный = 1 и гомозиготный с самой распространенной аллелью = 0.

A summary “predictor score” was constructed using the 21 SNPs shown in Table 2. Each SNP was recoded to reflect the number of high V̇O2max training response alleles: 0 = homozygote for the low-response allele, 1 = heterozygote, and 2 = homozygote for the high-response allele. The sum of the 21 recoded SNPs was used as the predictor score (theoretical range: 0–42). The observed predictor SNP summary score values ranged from a minimum of 7 to a maximum of 31 (Table 3). The mean increase in V̇O2max among the subjects with a predictor SNP score of ≤9 (36 subjects) was 221 ml O2/min, whereas those with a score of ≥19 (52 subjects) had a 2.7 times greater (604 ml/min) V̇O2max training response

Сумма очков ≤9 предсказывает низкий отклик на физические упражнения относительно улучшения VO2max, сумма ≥19, соответственно, предположительно, указывает на высокую степень этого отклика.
Распределение по очкам в группе можно посмотреть в таблице 3
Эта диаграмма показывает улучшение показателей VO2max в группах.
В таблице 2 также указана доля того или иного снипа в суммарном эффекте (колонка Partial R2), например:

Among other strong members of the SNP predictor score, rs1535628, mapping 516 kb upstream from GRIN3A, accounted for ∼5% of the response variance in the multivariate regression model (Table 2).

[Srkz]

За обозначением снипов указаны минорные (редкие) аллели, которые и должны давать своим обладателям преимущество.
(Кроме rs6552828, там преимущественной оказывается более распространенная G-аллель)

Интересно, почему они минорные. Выигрываешь в одном - проигрываешь в другом? Или просто методика исследования направлена на отлов только минорных положительных вариантов?

[FenriR]

Интересно, почему они минорные. Выигрываешь в одном - проигрываешь в другом? Или просто методика исследования направлена на отлов только минорных положительных вариантов?

Трудно сказать. Видимо, так получилось =) их  "манхеттенский график"
к тому же, одно исключение, все таки, есть: rs6552828
Кстати, о минорных аллелях я вычитал на каком-то американском, непрофильном, интернет-форуме, и хотя в в самой статье по ссылке, напрямую, об этом, вроде как, ничего не говорится, но подтверждается упоминанием исключения ( rs6552828) и другими примерами снипов на графиках.
Интересно и то, что это исследование выполнено на базе HERITAGE Family Study, т.е участвовали семьи:

Briefly, 834 subjects from 218 families were recruited to participate in an endurance exercise training study and have measurements of baseline V̇O2max taken. Among them, 483 adults from 99 families of Caucasian descent were defined as completers (5). Likewise, 259 blacks from 105 families or sibships completed the training and testing requirements. Parents were 65 yr of age or less, whereas offspring ranged in age from 17 to 41 yr old...

ЗЫ кто-нибудь уже посчитал свои очки? если ничего не перепутал, у меня получились постыдные 6, что за пределами изменчивости результатов в исследовании (7-31)

[Srkz]

ЗЫ кто-нибудь уже посчитал свои очки? если ничего не перепутал, у меня получились постыдные 6, что за пределами изменчивости результатов в исследовании (7-32)

Практически аналогично - 8 (да и чего еще ждать от минорных аллелей? 2 из них получено на "мажорном" rs6552828).

[Srkz]

Хотя у американцев, я смотрю, самым типичным значением было 15. Будем утешаться тем, что мы неспортивные, потому что истинные интеллектуалы 

[FenriR]

ЗЫ кто-нибудь уже посчитал свои очки? если ничего не перепутал, у меня получились постыдные 6, что за пределами изменчивости результатов в исследовании (7-32)

Практически аналогично - 8 (да и чего еще ждать от минорных аллелей? 2 из них получено на "мажорном" rs6552828).

Снипы еще отличаются по степени их "вклада":
rs10499043 7%
rs1535628 5%
rs4973706 4,5%
rs12115454 4,1%
rs6552828 3,5%
rs11715829 3,2%
(значения по остальным можно посмотреть в Таблице 2 - колонка Partial R2)

Хотя у американцев, я смотрю, самым типичным значением было 15. Будем утешаться тем, что мы неспортивные, потому что истинные интеллектуалы 

в той же таблице можно посмотреть и на частоту минорных аллелей в группе исследованных (можно сравнить с каталогом dbsnp - почти то же самое)
"Средняя" вероятность получить минорную аллель - 20,5% Я, конечно, не математик, но кажется, что получить, "даже", 15 независимых событий, каждое с вероятностью в 21%, скажем так, маловероятно)
Может быть, тот факт, что исследовались семьи, сдвинул картину?

[Srkz]

"Средняя" вероятность получить минорную аллель - 20,5% Я, конечно, не математик, но кажется, что получить, "даже", 15 независимых событий, каждое с вероятностью в 21%, скажем так, маловероятно)
Может быть, тот факт, что исследовались семьи, сдвинул картину?

Сейчас не соображу, как правильно просчитать вероятности, но вроде набрать 15 из 42 не выглядит невозможным.

[FenriR]

"Средняя" вероятность получить минорную аллель - 20,5% Я, конечно, не математик, но кажется, что получить, "даже", 15 независимых событий, каждое с вероятностью в 21%, скажем так, маловероятно)
Может быть, тот факт, что исследовались семьи, сдвинул картину?

Сейчас не соображу, как правильно просчитать вероятности, но вроде набрать 15 из 42 не выглядит невозможным.

0,21^15?
или я совсем не в ту степь пошел?)

[Srkz]

0,21^15?
или я совсем не в ту степь пошел?)

Это будет 15 из 15, такое действительно невероятно. И у ряда аллелей вероятность заметно выше 0,21. В общем, тут надо более по сложному считать.

[FenriR]

Это будет 15 из 15, такое действительно невероятно.

точно
день разочарований просто

[ach]

Мой результат 3 x 1 бал, из 12 SMP присутствующих в FF от FTDNA.

[FenriR]

Мой результат 3 x 1 бал, из 12 SMP присутствующих в FF от FTDNA.

да, видимо, не получится выставить молгеновскую команду по марафону=)

Хотя у американцев, я смотрю, самым типичным значением было 15. Будем утешаться тем, что мы неспортивные, потому что истинные интеллектуалы 

ЗЫ этот тест показывает именно отклик на физические нагрузки, но , вне зависимости от степени улучшения, у человека может быть изначально высокий уровень аэробной выносливости (VO2max собственно это и определяет). Тем, кто, одновременно, обнаруживает высокую степень отклика и высокий базовый уровень выносливости - дорога в спорт, на длинные дистанции) По словам Бушара (Bouchard), такая комбинация встречается, примерно в 0,01-0,001 случаев.
Крайне высокая базовая выносливость встречается у 6 из 1990.