Физические упражнения позволяют управлять собственной ДНК

  Автор: Кирилл Стасевич

 Занимаясь в спортзале, вы не только тренируете мускулы, но ещё и напрямую управляете своими генами! Исследователи из Каролинского (Швеция) и Копенгагенского (Дания) университетов обнаружили, что физические упражнения активируют в мышечных клетках ряд генов, участвующих в регуляции метаболизма. Активация происходит за счёт деметилирования ДНК, в которой эти гены находятся.

Широко известно, что активность гена определяется не только последовательностью его ДНК и ДНК регуляторных областей, которые им управляют, но и с помощью внегенетических — или эпигенетических — механизмов. Одним их основных механизмов такого рода является метилирование ДНК. Специальные ферменты пришивают к азотистым основаниям нуклеиновой кислоты метильные группы, после чего ген с такой модификацией инактивируется: факторы транскрипции, отвечающие за синтез мРНК, не могут работать с метилированными участками ДНК. Можно сказать, что метилирование — это такая «печать молчания» на генах. Долгое время считалось, что этот процесс необратим и что все подобные эпигенетические манипуляции происходят на ранних этапах развития организма, то есть у взрослого организма метильный узор на ДНК измениться не может.

Однако буквально за последний год появилось несколько работ, в которых описывались ферменты, занимающиеся деметилированием ДНК. Молекулярным генетикам пришлось срочно пересматривать свои представления об эпигенетической регуляции генома: по-видимому, эти процессы на самом деле более лабильны и динамичны, чем о них было принято думать. Об этом же говорят и эксперименты, проведённые шведскими и датскими исследователями. Учёные брали биопсию из бедренных мышц взрослых людей после того, как те усиленно позанимались на велотренажёрах, и сравнивали её с пробой, взятой до физических упражнений. Оказалось, что после тренировки у нескольких генов, имеющих отношение к метаболизму (исследователи называют среди них PGC-1α, PPAR-δ и PDK4), изпромоторных областей уходили метильные группировки. Белки, отвечающие за синтез мРНК, связываются в первую очередь с промоторным участком ДНК, и если промотор открыт для работы, то начинается процесс транскрипции. Отсутствие метилов на промоторах этих генов означало их активацию.

В статье, опубликованной в журнале Cell Metabolism, авторы говорят, что чем интенсивнее была тренировка, тем заметнее проходило деметилирование ДНК. Человек, таким образом, может сам управлять собственным геномом — но кто мог подумать, что это можно делать с помощью банальной физической нагрузки? Детали механизма пока неясны, но очевидно, что именно мышечное напряжение включает механизм деметилирования. Исследователи ставили эксперименты на изолированной мышце крысы и видели тот же самый эффект: если побуждать мышцу к сокращению, статус активности генов в её клетках меняется.

Между прочим, похожее действие на геном оказывает кофеин — правда, в довольно больших дозах. Кофеин стимулирует выброс ионов кальция из саркоплазматического ретикулума мышечных клеток — то же самое происходит при сокращении мышц. Скорее всего, именно кальций как-то включает процессы деметилирования и активации генов. Исследователи, понятно, не рекомендуют заменять физические упражнения усиленным потреблением кофе: кофеин действует на нервную систему, и, чтобы увидеть генетический эффект в мышечных клетках, нужно выпить такую дозу кофе, которая для мозга будет почти смертельной. Уж лучше управлять собственной ДНК с помощью велотренажёра.

Подготовлено по материалам Копенгагенского и Каролинского университетов.