Alfa-actinina 3 (ACTN3) e exercício físico

A actina é uma proteina que associada com a miosina e moléculas de ATP (adenosina trifosfato), gera movimentos celulares e musculares (SCOTT et al., 2001). As alfa-actininas são proteínas que ligam as fibras musculares à matriz extracelular, por meio da membrana celular e são importantes para ligação e fixação dos miofilamentos (MILLS et al., 2001). Dessa maneira, a alfa-actinina é tida como a principal proteína nesta ligação. Além disso, pertence ao citoesqueleto muscular, sendo predominante na linha Z do sarcômero (McARTHUR & NORTH, 2004). A alfa-actinina 3 (ACTN3) localiza-se em fibras de contração rápida (Tipo II) e de alta capacidade contrátil, função esta exigida em esportes que envolvem alta geração de força e potência muscular

(NOEGEL et al., 1987; GIMONA et al., 2002; YANG et al., 2003; CLARKSON et al., 2005;LEK et al., 2009).

No entanto, sabe-se que, até o presente momento, quatro genes para alfa-actinina foram encontrados em humanos: ACTN1, ACTN2, ACTN3 e ACTN4. Porém, somente as isoformas ACTN2 e ACTN3 são constituintes do citoesqueleto muscular (BLANCHARD et al., 1989). A isoforma ACTN3 é expressa exclusivamente de fibras rápidas (Tipo II), particularmente do tipo IIb (NORMAN et al., 2009), responsáveis pela geração de contrações rápidas e intensas tais como, sprint, explosão (GIMONA et

al., 2002; YANG et al., 2003). As funções exatas da ACTN3 ainda não são bem

conhecidas, mas sugere-se que, além de função estrutural, ela exerça atividade na manutenção da integridade mecânica e na contração muscular (MILLS et al., 2001; McARTHUR & NORTH, 2007). Sugere-se ainda que a ACTN3 possa está relacionado na tipologia das fibras (VINCENT et al., 2007).

O gene ACTN3 localiza-se no cromossomo 11q13-q14 e foi clonado por Beggs

et al. (1992). Foi identificada a troca do nucleotídeo C/T na posição 1.747 do éxon 16.

Essa alteração resulta na conversão do aminoácido arginina em um stop

códon prematuro no resíduo 577 (R577X), e como conseqüência a ausência da proteína

(NORTH & BEGGS, 1996; NORTH et al., 1999). Essa variação resulta em última instância em duas versões da ACTN3 em humanos, um alelo funcional R e um alelo X nulo. Indivíduos homozigotos do alelo X (genótipo XX) apresentam deficiência completa da ACTN3 em humanos (NORTH et al., 1999).

Para Dias et al. (2007) a alfa-actinina 3 desempenha importante função em fibras musculares do tipo II, portanto, as diferenças na função muscular esquelética entre indivíduos com diferentes genótipos (R577X) para ACTN3 parecem ser um raciocínio plausível. Dessa maneira, indivíduos que apresentam a proteína ACTN3 (genótipos RR ou RX) podem apresentar vantagem em modalidades que exigem força e/ou potência muscular quando comparados com indivíduos com genótipo XX (McARTHUR & NORTH, 2004). Apesar da freqüência dos alelos serem diferentes entre populações, estima-se que aproximadamente 16 a 21% da população seja homozigoto para o polimorfismo não-funcional, XX (McARTHUR & NORTH, 2007; MORAN et al., 2007; PAPARINI et al., 2007; QUINLAN et al., 2010; SHANG et al., 2012).

No estudo de MacArthur e North (2004) é notória a maior freqüência do alelo R em atletas de sprint e explosão. Por outro lado, do alelo X é mais frequente nos esportes de resistência (Figura 2).

Figura 2. Freqüência dos 3 genótipos do ACTN3 em controles e atletas de elite.

Nota: Figura retirada do artigo:“MACARTHUR, D.G.; NORTH, K.N. A gene for speed? The evolution

and function of alpha-actinin-3. Bioessays, v. 26, p. 786-795, 2004.”

Papadimitriou et al. (2008) analisaram e compararam a freqüência dos alelos do gene ACTN3 de 101 atletas de elite (73 homens e 28 mulheres), recordistas mundiais, olímpicos e nacionais de esportes de aventura (trilha e campo) da Grécia com a de um grupo de 181 controles saudáveis. Os atletas foram divididos em modalidades de potência e de resistência. Dezenove corredores (provas de 3.000 m a longas maratonas), 4 corredores de meia distância (800 m a 1500 m), 3 triatletas e 2 que faziam longas caminhadas constituíam o grupo de resistência, enquanto que 34 velocistas (100 m a 400 m), 23 saltadores, 9 atiradores e 7 decatletas fizeram parte do grupo de atletas de potência de alto nível. Os resultados demonstraram que a freqüência do genótipo RR em atletas de potência foi significativamente maior, quando comparado aquela verificada na população controle: de 47,94% contra 25,97%. Estes resultados demonstram uma positiva associação entre a presença do genótipo RR e do desempenho de potência em atletas de elite.

Vicent et al. (2007) investigaram a possível associação entre o polimorfismo R577X do gene ACTN3 com a distribuição do tipo de fibra muscular, além de força e velocidade na extensão do joelho. Noventa homens jovens saudáveis (18-29 anos) foram genotipados e a força de extensores do joelho foi medida isometricamente (45°), e em diferentes velocidades dinâmica (100 - 300º/s) em um dinamômetro (servomotor

SEW Eurodrive CM90, Bruchsol, Germany). Em adição, vinte e dois indivíduos XX e

composição dos tipos de fibra foi determinada por imunoistoquímica. Os resultados demonstraram que os homozigotos para o alelo R obtiveram um torque dinâmico do quadríceps significativamente maior a 300°/s, quando comparados com XX (P<0,05). As características do tipo de fibra diferiram significativamente entre os dois grupos de genótipos, sendo observado um maior número de fibras do tipo IIx no RR do que no genótipo XX (P<0,05).Este estudo evidencia que o possível mecanismo pelo qual o polimorfismo R577X do gene ACTN3 teria efeito sobre a força muscular, estando relacionado a proporção do tipo de fibras.

McCauley et al. (2009) investigaram a associação entre o polimorfismo ACTN3 e as características contráteis do músculo de jovens caucasianos ingleses. Setenta e nove homens foram submetidos à avaliação de força isocinética de extensores de joelho e a contrações, eletricamente estimuladas. A comparação não revelou diferenças entre os genótipos ACTN3 e o resultado de nenhum teste funcional. Baseado nesses achados, os autores sugerem que este polimorfismo analisado de forma individual parece não manifestar-se em jovens saudáveis.

Com a finalidade de observar as variações da função muscular associadas ao genótipo R577X do gene ACTN3, alguns autores estudaram a distribuição dos diferentes genótipos em atletas de diversas modalidades. Nesse sentido, Yang et al. (2003) genotiparam 429 atletas de elite australianos e de 436 controles. Em homens, o genótipo XX foi encontrado em 16% dos controles não atletas, mas apenas em 8% dos atletas envolvidos com modalidades que requerem esforços de alta intensidade e curta duração, sendo que entre os atletas de nível olímpico, não havia nenhum portador do genótipo XX. Nas mulheres, 20% dos controles apresentaram o genótipo XX e nenhuma atleta de modalidades de sprint ou potência foi identificada como homozigoto XX. Estes resultados sugerem que a presença da proteína ACTN3 pode está associada com o desempenho de atividades que exijam contrações musculares intensas e por períodos de tempo relativamente curtos.

Gentil (2010) analisou a influência da variante R577X do gene ACTN3 nos ganhos de força e massa muscular em 140 jovens do sexo masculino (21,95 ± 2,69 anos) submetidos a um programa de treinamento resistido caracterizado por A,B,C em dias alternados, com duas séries de cada exercício. O intervalo entre os exercícios foi de 1,5 a 2,5 minutos e entre as séries, de 3 minutos. Foram realizados testes de 1 Repetição Máxima (RM) no supino reto, pico de torque (PT) de extensores de joelhos e a espessura muscular (EM) dos extensores de joelhos. Observou-se a distribuição de

34,4% para o genótipo RR, 47% para o RX e 18,6% para o XX. Entre os diferentes genótipos não foram observadas diferenças em nenhum dos testes realizados (1RM no supino reto e PT dos extensores de joelhos). No entanto, apenas portadores do alelo R apresentaram ganhos na espessura muscular em função do treinamento.

Na tentativa de observar a distribuição das isoformas ACTN2 e ACTN3, Norman et al. (2009) investigaram a associação do genótipo ACTN3 com a potência muscular durante 30 segundos obtida no teste de Wingate. O teste era feito em um cicloergômetro (7,5% do peso corporal) em homens (n=61) e mulheres (n=59) bem treinados, além de avaliar a força de extensores do joelho e subseqüente fadiga de 21 homens ao realizarem exercícios no isocinético (Cybex II, Lumex Inc, Ronkonkoma,

NY). Para tanto, foram feitas biópsias musculares obtidas do músculo vasto lateral para

determinar a composição dos tipos de fibras e níveis de mRNA do ACTN2 e ACTN3. A potência pico e média, bem como a relação torque-velocidade e fadiga não foram diferentes entre os diferentes grupos de alelos do ACTN3. Assim, este estudo sugere que o polimorfismo R577X em ACTN3 não está associado com diferenças na potência e fadiga em indivíduos moderadamente treinados. Além disso, os dados sugerem ainda que as alfa-actininas não desempenham um papel significativo na determinação da composição do tipo de fibra muscular. Por fim, estes pesquisadores observaram ainda que a expressão ACTN2 é afetada pelo teor de ACTN3, o que implica que ACTN2 pode compensar a falta de ACTN3 e, portanto, neutralizar as conseqüências fenotípicas da deficiência. De fato, Mills et al. (2001) sugeriram que a isoforma ACTN2 poderia compensar a ausência de α-actinina 3, uma vez que cerca de 81% na seqüência dos aminoácidos são similares.

Ogura et al. (2009) investigaram as alterações musculares envolvendo as isoformas das alfa-actininas em resposta ao treinamento em animais (ratos wistar). Foi investigado o efeito de 9 semanas de treinamento físico (esteira) sobre a expressão dos genes ACTN2 e ACTN3 nos músculos plantaris e gastrocnêmio (branco e vermelho, respectivamente) divididos em grupo controle (C) – 6 animais; grupo treinamento (T) – 6 animais). O treinamento físico na esteira aumentou a expressão do ACTN2 em ambos os músculos (P <0,05). No entanto, nenhuma diferença foi observada na expressão do ACTN3 entre os animais dos grupos C e T. Na análise da cadeia pesada de miosina foram observadas alterações nas fibras musculares no sentido de IIb para IIa. Além disso, análises enzimáticas revelaram que o treinamento físico aumentou a atividade das enzimas relacionadas ao metabolismo aeróbio. A partir desse estudo conclui-se que o

treinamento físico altera os níveis de expressão do gene ACTN2, e, também a capacidade funcional muscular, evidenciada por alterações na atividade enzimática.

Por outro lado, Lucia et al. (2006) não observaram nenhuma diferença significativa na freqüência alélica de RR, RX e XX em jovens ciclistas, corredores e grupo controle do sexo masculino.

Se por um lado o alelo 577R pode influenciar a força e/ou potência, como evidencia a maioria das pesquisas, o alelo 577X parece exercer vantagem em provas de resistência. Nesse sentido, Saunders et al. (2007) analisaram 457 triatletas do sexo masculino que completaram a prova de iroman sul africana de triatlhon (226Km) entre os anos de 2000 e 2001. Para o grupo controle foram selecionados 143 indivíduos aparentemente saudáveis, não participantes de provas de longa resistência. Os pesquisadores concluíram que não houve diferença em ambos os genótipos (P = 0,486) ou freqüência de alelos (P = 0,375) dentro do triathlon rápido, meio triathlon e longo triathlon e o grupo controle. Em conclusão, o polimorfismo R577X do gene ACTN3 não foi associado com o desempenho de ultra-resistência em triatletas de iroman sul africanos. Com esses resultados os autores ressaltam que um único polimorfismo pode não ser capaz de modificar o fenótipo em questão.

Em um estudo com adolescentes, Moran et al. (2007) avaliaram a associação do ACTN3 com o desempenho muscular em 992 gregos (525 do sexo masculino e 467 do sexo feminino), com idade entre 11 e 18 anos. Os autores reportaram que o desempenho no teste de 40 m foi inferior para portadores do genótipo XX do sexo masculino, não havendo diferenças para o sexo feminino. Os resultados não foram significativos para os demais testes, como a força de preensão manual, arremesso de bola de basquete e salto vertical. Os autores sugeriram que a relação do ACTN3 com o teste de sprint seria quem sabe pelo fato da proteína ACTN3 exercer função na proteção do sarcômero contra lesões. Como durante a corrida geram-se consecutivos ciclos de contração e relaxamento, neste caso a ACTN3 poderia exercer importante funcionalidade. Neste mesmo estudo não foi observada associação dos genótipos com os resultados da avaliação da composição corporal.

Rankinen et al. (2010) em sua revisão de literatura, enfatizam que estudos com o gene ACTN3 não são conclusivos no que se diz respeito à real funcionalidade do polimorfismo R577X com os fenótipos musculares. Além disso, relata que os estudos observaram a exploração de determinadas características quantitativas subjacentes à associação entre o genótipo com o desempenho, mais especificamente diferentes

aspectos da força muscular e potência (CLARKSON et al., 2005;DELMONICO et al., 2007; VINCENT et al., 2007; DELMONICO et al., 2008; WALSH et al., 2008; McCAULEY et al., 2009). Porém, estudos posteriores têm gerado resultados menos consistentes do que as investigações iniciais, que se concentraram, quase que exclusivamente, sobre os atletas de elite.

Em resumo, Santiago et al. (2010) afirmam categoricamente que fenótipos relacionados ao exercício físico são complexos e, portanto, não susceptíveis de serem reduzidos a um único polimorfismo, como por exemplo, R577X do gene ACTN3. Além disso, sugerem que as diferenças na idade, condicionamento físico inicial, origem étnica dos indivíduos e, em particular os diferentes testes utilizados para caracterizar fenótipos musculares, influenciam nos resultados dos estudos de associação com um único gene. Sugere-se que os efeitos dos mecanismos epigenéticos na expressão do gene são, quem sabe, mais importantes do que os polimorfismos genéticos. Entretanto, podem haver outras variantes genéticas, ainda a serem encontradas e que exerçam potencial influencia no seu fenótipo muscular, tanto isoladamente quanto em associação com outros genes.

Finalmente, além do genótipo, o efeito de MicroRNAs no fenótipo do músculo humano pode ser determinante. Estas moléculas curtas de RNA não-codificante regulam a expressão do gene pós-transcricional no músculo humano e, portanto, podem modular aspectos importantes da função muscular, incluindo a contratilidade (VAN ROOIJ et

al., 2008).