Genética do Esporte

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Genética do 
esporte
Genética do 
esporte
Camila
Laura Boose
Laura Hoefel
Genética Humana I
Tópicos
● Como a genética influencia no desempenho atlético
● Identificando os genes relacionados ao esporte
● Poderíamos criar um super atleta?
● Gene doping e bioética
Como a genética pode influenciar no desempenho atlético? 
● O desempenho atlético humano é uma característica multifatorial determinada 
pela interação de fatores genéticos e ambientais.
+
66% da variação no 
estado atlético pode 
ser explicada por 
fatores genéticos
Pesquisa molecular no esporte: , 
pelo menos 155 variantes 
genéticas estão associadas ao 
desempenho atlético
Fatores genéticos estão relacionados com potência, força, capacidade aeróbica, 
flexibilidade, coordenação e temperamento.
Como a genética pode influenciar no desempenho atlético? 
Disciplina científica com foco na organização e funcionamento do genoma de atletas 
de elite 
Genômica Esportiva 
Variabilidade genética 
(polimorfismos) Desempenho
Como a genética pode influenciar no desempenho atlético? 
Como a genética pode influenciar no desempenho atlético? 
AHMETOV, Ildus I. et al. 
Genes and Athletic 
Performance: an update. 
Genetics And Sports, [S.L.], 
p. 41-54, 2016. S. Karger 
AG. 
Tópicos
● Como a genética influencia no desempenho atlético
- Nutrigenética 
- Genética e resistência 
- Genética e força
Genômica esportiva e nutrigenômica 
Abordagens experimentais que usam informações genômicas e tecnologias de 
testes genéticos para examinar o papel das diferenças genéticas individuais na 
modificação da resposta de um atleta a nutrientes e outros componentes 
alimentares.
Nutrigenômica e nutrigenética
Genética e resistência 
● A capacidade de realizar exercícios de resistência está associada ao metabolismo 
aeróbico 
→ Usar oxigênio para produzir energia, fortemente apoiada pela função 
mitocondrial aprimorada
● Parte da variação (40 a 50%) na proporção de fibras de contração lenta nos 
músculos humanos parece determinada geneticamente
● Muitas dessas variantes genéticas no músculo foram associadas ao desempenho 
esportivo e ao status de atleta de elite, bem como a doenças metabólicas e 
cardiovasculares
Genética e força 
● A genética influencia fortemente a capacidade do músculo esquelético de produzir 
força em alta velocidade, crucial para o sucesso em esportes de potência e sprint 
→ requerem alta velocidade e contração muscular vigorosa (rápida)
→ vias anaeróbicas, usando estoques intramusculares de creatina fosfato (CP) e 
adenosina trifosfato (ATP) como o principal substrato para a produção de energia 
● A influência genética no desempenho de potência/sprint de elite recebeu menos 
atenção científica, ao contrário da genética do desempenho de resistência.
As fibras musculares para cada exercício
Identificando genes relacionados ao esporte
● Estudos caso-controle
Atletas de elite População em 
geral
x
Atletas de elite
Atletas com 
baixo 
desempenho
x
Determinar se uma região do DNA é mais comum em uma ou outra população
Identificando genes relacionados ao esporte
● Estudos transversais associados
Alelos relacionados à 
resistência?
Alelos relacionados à 
força?
● GWAS - Genome Wide Association Studies
Identificando genes relacionados ao esporte
● Não necessita de uma hipótese anterior, em contraste ao estudo de genes candidatos
● Escaneia marcadores ao longo do genoma que estejam relacionados a uma 
característica
Polimorfismos e desempenho atlético 
Existem cerca de 200 genes relacionados com a performance física humana (Bray et al., 2009)
RESISTÊNCIA
Significativo
FORÇA
Não significativo
Resistência Misto 
Associação 
do alelo C 
com fibras 
de 
contração 
lenta
Power Força
(explosivo) 
Exercícios que exigem menos força, 
mais longa duração
Associação com alelo C com resistência 
e força, mas não com esportes 
explosivos
Associação do alelo A com força (51.9%) 
Polimorfismos e desempenho atlético 
Polimorfismo no gene ACTN3 
● A α-actinina-3 é expressa especificamente em miofibras de contração rápida responsáveis por 
gerar força em alta velocidade.
● O polimorfismo R577X codifica um códon de parada prematuro no gene
● Indivíduos homozigotos para o alelo X são incapazes de expressar α-actinina-3 em fibras 
musculares do tipo II, ao contrário daqueles com o genótipo RX ou RR.
● Cerca de um quinto (20%) da população mundial tem o genótipo XX (MacArthur et al. 2007 )
● A deficiência de α-actinina-3 no músculo não resulta em nenhuma doença
https://link.springer.com/article/10.1007/s00421-018-4010-0#ref-CR50
Polimorfismos e desempenho atlético 
Polimorfismo no gene ACTN3 
● O genótipo RR pode favorecer a 
capacidade de gerar contrações 
musculares poderosas e vigorosas. 
→ vantagem para melhor 
desempenho em alguns esportes 
de velocidade e potência. Além 
disso, o genótipo RR também pode 
favorecer a capacidade de resistir 
ao dano muscular induzido pelo 
exercício
Genótipo RR > ACTN3 produzida na musculatura > contração rápida > 
esportes de força, corrida de curta distância
Genótipo XX > ACTN3 não é produzida > contração lenta > esportes de 
resistência, maratonas
Polimorfismos e desempenho atlético 
A perda de expressão de a-actinina-3 em um modelo de camundongo knockout
● resulta em uma mudança no metabolismo muscular em direção à via aeróbica mais eficiente e 
um aumento no desempenho de resistência intrínseca. 
● demonstramos que a região genômica ao redor do alelo nulo 577X apresenta baixos níveis de 
variação genética e recombinação em indivíduos de descendência europeia e do leste asiático, 
consistente com seleção positiva recente e forte.
Polimorfismos e desempenho atlético 
Polimorfismo no gene ACE
● Alelo I e a correlação com esportes de resistência
Polimorfismos e desempenho atlético 
Mas qual a função do gene ACE?
● Atua convertendo angiotensina I em 
angiotensina II > constrição de vasos 
sanguíneos e elevação da pressão arterial
● Estimula a aldosterona > absorção de 
água e sal nos rins > elevação da pressão 
arterial
Polimorfismos e desempenho atlético 
Polimorfismos e desempenho atlético 
Polimorfismos e desempenho atlético 
Polimorfismo no PPARGC1A e PPARa
● O gene PPARGC1A está relacionado com a 
regulação do metabolismo muscular e produção 
de mitocôndrias, além de estar associado a 
fibras musculares de contração lenta.
● PPARa: Sua expressão é ativada quando há 
limitação na produção de energia, e está 
envolvido em exercícios de resistência física.
● PPARGC1A e PPARα são relacionados 
produção de energia em períodos mais longos
Polimorfismos e desempenho atlético 
Polimorfismo no PPARa
Neste estudo, reuniram os dados de 760 atletas de resistência e 1.792 indivíduos 
controle para avaliar a associação entre o polimorfismo G/C do gene PPARA e 
esportes de resistência. Os resultados demonstraram que atletas com alta 
habilidade em esportes de resistência apresentam maior frequência do genótipo GG 
e alelo G em relação aos controles.
Polimorfismos e desempenho atlético 
Polimorfismo no PPARa
Genótipo C/C > melhor resposta a exercícios de força muscular.
Genótipo C/G > resposta moderada a exercícios de resistência física
Genótipo G/G > melhor resposta a exercícios de resistência física
Polimorfismos e desempenho atlético 
Polimorfismo no PPARGC1A
Nesse estudo, viram que portadores do genótipo rs17650401 CT ou TT podem melhorar 
efetivamente o IMC por meio de exercícios aeróbicos moderados e dieta hipocalórica, enquanto os 
portadores do genótipo CC podem obter mais benefícios na perda de peso com exercícios de força 
adicionais ou treinamento intervalado de alta intensidade e aumento de ingestão dietética de ácidos 
graxos poliinsaturados ômega-3
Polimorfismos e desempenho atlético 
Polimorfismo no PPARGC1A
Genótipo C/C > maior capacidade aeróbia e resposta a exercícios de resistência 
física e mais fibrasmusculares de tipo 1 (contração lenta)
Genótipo C/T > capacidade aeróbia moderada e resposta intermediária a 
exercícios de resistência
Genótipo T/T > menor capacidade aeróbia e mais fibras musculares de tipo 2 
(contração rápida)
Polimorfismos e desempenho atlético 
There were a total of 4064 cases of concussion and 291,472 controls within the 
databases, with two single nucleotide polymorphisms demonstrating a genome-wide 
significant association with concussion. 
Strong, deleterious mutations in SPATA5 
cause intellectual disability, hearing loss, 
and vision loss
PLXNA4 plays a key role is axon outgrowth 
during neural development, and DNA variants 
in PLXNA4 are associated with risk for 
Alzheimer’s disease
Qual o papel biológico 
desses genes nas 
contusões? Fica pra 
ser estudado…
axgen.us
Testes para lesões 
genera.com.br
Testes para desempenho 
Poderíamos construir um super atleta?
ACTN3
AGTR2
PPARa
PPARGC1A
Gene doping
O que é o doping?
Uso de determinada substância ou método com o objetivo de aperfeiçoar 
o desempenho físico num contexto esportivo.
São legais?
Prejuízos na saúde?
Banimento no esporte?
Agência reguladora: WADA (Agência Mundial AntiDoping)
Gene doping
E o gene doping?
Forma de doping que envolve o uso de ácidos nucleicos com o potencial de 
melhorar uma performance atlética
Terapia Gênica (como abordagem terapêutica para doenças genéticas)
Três possíveis formas:
1- Transferência de gene exógeno para as células
2- Silenciamento gênico
3- Edição gênica
Gene doping
Genes com potencial para o gene doping
Existem potenciais genes candidatos para o gene doping associados a uma melhor performance atlética.
Gene Tecido Resposta fisiológica
Endorfina SNC Aumenta a tolerância à dor
VEGF Endotélio Vascular Impulsiona o desenvolvimento dos vasos sanguíneos
IGF-1 Músculo Esquelético Melhora e repara a hipertrofia muscular
HGH Sistema Endócrino Melhora e repara a hipertrofia muscular
PPAR४ Músculo Esquelético Modula o metabolismo de carboidratos e biogênese 
mitocondrial
Miostatina Músculo Esquelético Diminui o crescimento muscular
ACE Músculo Esquelético Melhora a resistência
ACTN3 Músculo Esquelético Regula a contração de miofibrilas
EPO Sistema Hematopoiético Melhora a entrega de oxigênio para as células
HIF Sistema Imune e Hematológico Aumenta a produção de células vermelhas e uso da energia 
celular
Gene Tecido Resposta fisiológica
Endorfina SNC Aumenta a tolerância à dor
VEGF Endotélio Vascular Impulsiona o desenvolvimento dos vasos sanguíneos
IGF-1 Músculo Esquelético Melhora e repara a hipertrofia muscular
HGH Sistema Endócrino Melhora e repara a hipertrofia muscular
PPAR४ Músculo Esquelético Modula o metabolismo de carboidratos e biogênese 
mitocondrial
Miostatina Músculo Esquelético Diminui o crescimento muscular
ACE Músculo Esquelético Melhora a resistência
ACTN3 Músculo Esquelético Regula a contração de miofibrilas
EPO Sistema Hematopoiético Melhora a entrega de oxigênio para as células
HIF Sistema Imune e Hematológico Aumenta a produção de células vermelhas e uso da energia 
celular
Adquirir vantagem em atividades aeróbicas 
Gene Tecido Resposta fisiológica
Endorfina SNC Aumenta a tolerância à dor
VEGF Endotélio Vascular Impulsiona o desenvolvimento dos vasos sanguíneos
IGF-1 Músculo Esquelético Melhora e repara a hipertrofia muscular
HGH Sistema Endócrino Melhora e repara a hipertrofia muscular
PPAR४ Músculo Esquelético Modula o metabolismo de carboidratos e biogênese 
mitocondrial
Miostatina Músculo Esquelético Diminui o crescimento muscular
ACE Músculo Esquelético Melhora a resistência
ACTN3 Músculo Esquelético Regula a contração de miofibrilas
EPO Sistema Hematopoiético Melhora a entrega de oxigênio para as células
HIIF Sistema Imune e Hematológico Aumenta a produção de células vermelhas e uso da energia 
celular
Promoção de hipertrofia muscular
Gene Tecido Resposta fisiológica
Endorfina SNC Aumenta a tolerância à dor
VEGF Endotélio Vascular Impulsiona o desenvolvimento dos vasos sanguíneos
IGF-1 Músculo Esquelético Melhora e repara a hipertrofia muscular
HGH Sistema Endócrino Melhora e repara a hipertrofia muscular
PPAR४ Músculo Esquelético Modula o metabolismo de carboidratos e biogênese 
mitocondrial
Miostatina Músculo Esquelético Diminui o crescimento muscular
ACE Músculo Esquelético Melhora a resistência
ACTN3 Músculo Esquelético Regula a contração de miofibrilas
EPO Sistema Hematopoiético Melhora a entrega de oxigênio para as células
HIIF Sistema Imune e Hematológico Aumenta a produção de células vermelhas e uso da energia 
celular
Mudança na qualidade muscular 
Gene Tecido Resposta fisiológica
Endorfina SNC Aumenta a tolerância à dor
VEGF Endotélio Vascular Impulsiona o desenvolvimento dos vasos sanguíneos
IGF-1 Músculo Esquelético Melhora e repara a hipertrofia muscular
HGH Sistema Endócrino Melhora e repara a hipertrofia muscular
PPAR४ Músculo Esquelético Modula o metabolismo de carboidratos e biogênese 
mitocondrial
Miostatina Músculo Esquelético Diminui o crescimento muscular
ACE Músculo Esquelético Melhora a resistência
ACTN3 Músculo Esquelético Regula a contração de miofibrilas
EPO Sistema Hematopoiético Melhora a entrega de oxigênio para as células
HIIF Sistema Imune e Hematológico Aumenta a produção de células vermelhas e uso da energia 
celular
Auxilia na recuperação de lesões e dores que limitam o desempenho do atleta
Gene doping
Método usado
Terapia gênica
Modelo ex vivo Modelo in vivo
Diversos órgãos
Cérebro
Coração
Fígado
Tecido Muscular
Medula Óssea
Gene doping
Método usado
Incertezas
Qual a faixa de concentração no qual o transgene deve circular no sangue após o doping?
Como conseguir uma concentração de DNA ideal após a extração?
Como prevenir a degradação do material genético durante o transporte e entrega às células?
Quais as consequências de armazenamento por longos períodos do material genético?
Terapia gênica
Gene doping
Como é possível identificar o gene doping?
Testes de detecção de doping
Não existem métodos claros e eficazes para identificar o uso de uma técnica de gene doping
Isso é extremamente difícil porque o produto doping é uma proteína produzida pelo próprio organismo, 
com todas as características de uma proteína humana
Gene doping
Consequências do gene doping
Importante revisar as questões de segurança envolvida com o uso do gene doping
sgRNA curto (20bp) Possibilidade do sgRNA reconhecer, se ligar e editar outro local do genoma 
Efeitos off-target
Reações adversas
A terapia gênica ainda está sendo estudada, considerando que esta apresenta uma série de limitações e 
riscos ao indivíduo, podendo ativar o sistema imune e levar a uma rejeição pelo indivíduo
Gene doping
E a Bioética?
A modificação genética oriunda do gene doping se configura como terapia ou melhoramento?
“A transferência de genes é justificável apenas paras doenças genéticas graves e alto risco de 
vida, e certamente é não está pronto para não-doença, fins de aprimoramento”
Gene doping
E a Bioética?
Situação hipotética 1:
E se por acaso, uma criança com distrofia muscular grave passar por uma terapia gênica 
durante a infância e o procedimento for tão bem-sucedido que supercompensa a hipertrofia 
muscular, a ponto de tornar a pessoa uma superatleta.
Isso se configura como terapia ou melhoramento?
A modificação genética oriunda do gene doping se configura como terapia ou melhoramento?
Gene doping
E a Bioética?
A modificação genética oriunda do gene doping se configura como terapia ou melhoramento?
Isenção de Uso Terapêutico A WADA não oferece orientações claras e 
certas para esse tipo de situação
No cenário abordado, em um primeiro momento a criança era refém de cadeira de rodas, em outro 
ela é uma superatleta, capaz de conquistar medalhas de ouro em olimpíadas. 
Gene doping
E a Bioética?
Situação hipotética 2:
Digamos que um atleta de Tiro com Arco, mesmo tendo boa visão, se submetea uma 
Cirurgia Refrativa a Lazer (LASIK) para aperfeiçõar sua visão
A modificação genética oriunda do gene doping se configura como terapia ou melhoramento?
Esse tipo de caso não é banido pela WADA, ja que é visto como terapia e não melhoramento
“Existe uma zona cinzenta de melhorias de desempenho que são legalmente usados em esportes 
porque são aceitos como tratamentos médicos padrão”
“O poder de controlar o futuro genético de nossa espécie é incrível e 
aterrorizante. Decidir como lidar com isso pode ser o maior desafio que 
já enfrentamos.”
― Jennifer A. Doudna, A Crack in Creation: Gene Editing and the Unthinkable 
Power to Control Evolution