Эпигеномы близнецов рассказали о влиянии физической активности на метаболизм

Исследование однояйцевых близнецов, проведенное американскими учеными, помогло оценить, как физические нагрузки и пригодность района проживания для пешей ходьбы влияют на эпигенетическую регуляцию генома. В общей сумме удалось обнаружить более 50 затронутых генов, большинство из которых связаны с метаболическими факторами риска. Отчет о работе опубликован в журнале Scientific Reports.

Регулярная физическая активность и правильное питание лежат в основе профилактики и лечения хронических заболеваний, а значит, и общественного здравоохранения. Попытки воздействовать на эту популяционную проблему на индивидуальном уровне (путем повышения мотивации и другими поведенческими интервенциями) не имеют большого успеха, что заставляет исследователей искать другие способы. Так, например, было показано, что пригодность среды проживания для ходьбы (свобода пешего передвижения по городу; показатель того, насколько жителям легко перемещаться без помощи транспорта) снижает уровни ожирения и связанных с ним заболеваний по сравнению с обширными городскими окраинами, жители которых отдают предпочтение передвижению на автомобилях и многочисленным ресторанам фастфуда. О том, как и насколько провоцирующая ожирение городская среда и физическая активность в целом влияют на регуляцию работы генов, известно было довольно мало.

Чтобы разобраться в этом вопросе, лаборатория Глена Данкана (Glen Duncan) в Университете штата Вашингтон в Спокане воспользовалась близнецовым методом. Он основан на том, что генетический материал однояйцевых близнецов идентичен, и все различия между ними (включая эпигенетику) обусловлены только окружающей средой и образом жизни. Ранее научной группе удалось применить этот метод, чтобы показать квазипричинную связь физической активности и устройства района проживания с индексом массы тела.

Сейчас Данкан с коллегами решили выяснить, функции каких генов лежат в основе этой взаимосвязи. Они пригласили для участия в исследовании 70 пар однояйцевых близнецов (средний возраст 50,2 года; 74,3 процента — женщины), которые росли вместе в детстве, а повзрослев, стали жить отдельно. У них всех вычислили индекс массы тела и с помощью опросника оценили приверженность к упражнениям и пригодность района проживания для ходьбы. Для объективной оценки физической активности участники в течение недели носили фитнес-трекеры.

Близнецов из одной пары признавали дискордантными (несхожими) по физической активности если у одного продолжительность умеренных и интенсивных нагрузок составляла 150 и более минут в неделю (рекомендованный в США уровень), а у другого — менее (таких пар оказалось 43,8 процента среди мужчин и 36,7 процента среди женщин). Также оценивали несовпадение по пригодности района проживания для ходьбы (27,8 и 30,8 процента среди пар мужчин и женщин соответственно) и по различию индекса массы тела на пять и более килограмм на метр в квадрате (11,1 и 13,5 процента).

У всех дискордантных пар взяли мазки с внутренней поверхности щеки для полноэпигеномного поиска ассоциаций (EWAS). Учитывая, что эпигенетическая регуляция работы генов значительно различается между полами, результаты мужчин и женщин анализировали отдельно. Помимо прямого сравнения различий метилирования ДНК (один из основных эпигенетических механизмов) исследователи выполнили анализ взвешенных сетей коэкспрессии генов (WGCNA) для оценки метилирования участков генома, связанных с интересующими физиологическими признаками.

Анализ показал, что уровень физической активности и пригодность среды проживания для ходьбы связаны с эпигенетическими маркерами, которые коррелируют с метаболическими параметрами, например, индексом массы тела и окружностью талии. В сумме выявленные изменения в метилировании ДНК затрагивали более 50 генов, функции которых, по имеющимся данным, специфичны по отношению к интенсивной физической нагрузке, метаболическим факторам риска и полу.

«Как известно, физические упражнения снижают риск ожирения, но сейчас мы видим, что они путем эпигенетической регуляции затрагивают самые разные типы клеток, многие из которых участвуют в развитии метаболических заболеваний», — заключил руководитель пулманской лаборатории Майкл Скиннер (Michael Skinner).

В 2018 году британские исследователи сообщили, что скелетные мышцы на эпигенетическом уровне запоминают «накачанное» состояние и вспоминают его при возобновлении физических нагрузок после длительного перерыва. Тремя годами ранее датские ученые пришли к выводу, что ожирение вызывает эпигенетические изменения в сперме мужчин, причем эта информация способна передаваться детям, наделяя их склонностью к избыточной массе тела.

В 2021 году эксперты из Великобритании, Франции и Нидерландов поделились наблюдениями о беспрецедентном уровне рождаемости близнецов в мире. В 2015 году по сравнению с 1980 годом близнецовый показатель (доля близнецов в общем числе рождений в популяции) увеличился на треть — с 9,1 до 12 на 1000 рождений; ежегодно в мире рождается около 1,6 миллиона пар близнецов.

О том, как люди с идентичными геномами помогли космической медицине, можно почитать в материале «Эксперимент близнецов».