Che cos'è l'ACTN3?

L'ACTN3 è il famoso «gene della velocità».

Codifica per una proteina chiamata alfa-actinina-3, che favorisce la contrazione potente e ad alta velocità delle fibre muscolari a contrazione rapida (tipo II).

Una variante del gene ACTN3, l 'allele R, determina la produzione della proteina alfa-actinina-3 ed è significativamente più diffusa tra gli atleti che praticano sport di forza, potenza e velocità – da qui il soprannome di «gene della velocità».

Al contrario, le persone che possiedono due copie dell'allele o della variante X non producono affatto la proteina alfa-actinina 3. Circa il 18% della popolazione mondiale rientra in questo gruppo, che definiamo affetto da deficit di alfa-actinina 3.

Sebbene non comporti effetti negativi sulla salute, si ritiene che la carenza di alfa-actinina 3 rappresenti uno svantaggio per le prestazioni atletiche di alto livello nelle discipline di velocità e potenza. D'altro canto, prove sempre più numerose suggeriscono che la carenza di alfa-actinina 3 possa invece rivelarsi vantaggiosa per gli esercizi di resistenza di lunga durata.

PUNTI CHIAVE

• Il gene ACTN3 codifica per la proteina alfa-actinina-3
• La proteina alfa-actinina-3 contribuisce alla rapida contrazione delle fibre muscolari.
• Le varianti del gene ACTN3 determinano se si produce o meno l'alfa-actinina-3.
• La variante R del gene ACTN3 è associata a prestazioni migliori in termini di sprint, forza e potenza.

In che modo le varianti del gene ACTN3 influenzano la produzione della proteina alfa-actinina-3?

Il gene ACTN3 è un ottimo esempio, in biologia, di come minime variazioni nel nostro codice genetico possano influire sulla struttura, sulla funzione e sulla quantità delle proteine che produciamo. Ciò, a sua volta, può avere un effetto significativo sulle nostre prestazioni fisiche.

In questa sezione illustreremo in dettaglio l'intero processo.

DNA, geni e proteine

Il DNA è il codice della vita. Contiene tutte le istruzioni necessarie per creare e mantenere le cellule. Potrebbe esserti utile pensare al DNA come al ricettario del nostro corpo.

Se il DNA è il ricettario, i nostri geni sono le singole ricette. Il nostro intero corredo genetico contiene circa 21.000 geni, ovvero segmenti di DNA che codificano proteine specifiche. Quando parliamo di proteine, intendiamo molecole come gli enzimi, che svolgono reazioni chimiche fondamentali, le proteine di trasporto, che spostano sostanze all’interno e all’esterno delle cellule, e le proteine strutturali come il collagene o, oggetto di questo tratto, l’alfa-actinina-3.

PUNTI CHIAVE

• Il DNA è una molecola che contiene le istruzioni per la formazione e il mantenimento delle cellule.
• I geni sono segmenti di DNA che codificano le proteine.
• Le proteine comprendono enzimi, proteine strutturali, trasportatori e molecole di segnalazione.

Il nostro codice genetico e i codoni

La molecola di DNA è costituita da una sequenza di quattro diverse subunità, dette «nucleotidi», alle quali attribuiamo le lettere:

• A (adenina)
• T (timina)
• C (Citosina)
• G (guanina)

L'ordine specifico di queste lettere (o basi nucleotidiche) determina quali proteine producono le nostre cellule.

La bellezza del nostro codice genetico sta nel fatto che gruppi di tre lettere (nucleotidi) corrispondono a diversi aminoacidi, i mattoni delle proteine. Ad esempio, quando il meccanismo all'interno delle nostre cellule legge la sequenza di DNA C-G-A (Citosina – Guanina – Adenina), finirà per produrre l'aminoacido arginina. Quando legge la sequenza C-A-T (Citosina-Adenina-Timina), produrrà l'aminoacido istidina. Chiamiamo questi gruppi di tre nucleotidi“codoni”.

Si noti che le nostre cellule convertono innanzitutto il DNA in un'altra molecola intermedia, l'mRNA, attraverso un processo chiamato trascrizione. L'mRNA viene poi trasformato in proteine in un processo chiamato traduzione. Tuttavia, il codice viene mantenuto durante tutto questo processo, cosicché le lettere della nostra sequenza di DNA determinano quali aminoacidi produciamo.

Leggendo i codoni lungo un tratto di DNA all'interno di un gene, i meccanismi all'interno delle nostre cellule uniscono diversi aminoacidi per formare lunghe catene proteiche. Ad esempio, quando le nostre cellule leggono la sequenza di DNA: C-G-A-C-A-T, uniscono l'arginina e l'istidina.

A questo proposito, l'ordine delle lettere nel nostro codice genetico determina la sequenza degli amminoacidi che sintetizziamo, la quale, a sua volta, determina la struttura e il tipo delle proteine che produciamo.

Oltre a codificare gli amminoacidi, alcuni codoni (chiamati codoni di terminazione) indicano la fine di una sequenza proteica. Quando le nostre cellule leggono un codone di terminazione, smettono di concatenare gli amminoacidi, dando così origine a una catena proteica completa. Un esempio di codone di terminazione è: T-G-A.

PUNTI CHIAVE

• La nostra molecola di DNA è composta da una sequenza di diverse lettere / basi nucleotidiche: A, T, C e G.
• L'ordine delle lettere determina quali proteine produciamo.
• Gruppi di tre lettere (chiamati codoni) rappresentano specifici aminoacidi.
• Le cellule leggono i codoni e uniscono gli amminoacidi per formare una catena proteica.
• I codoni di stop indicano alle cellule di interrompere la produzione di una proteina.  

SNP (polimorfismi a singolo nucleotide)

In alcuni punti della nostra sequenza di DNA possono verificarsi variazioni di una singola lettera (o di un singolo nucleotide). Ad esempio, al posto di una C (citosina) potrebbe esserci una T (timina). Queste variazioni di una singola lettera nel nostro codice genetico sono chiamate SNP (polimorfismi a singolo nucleotide) – si pronuncia “snips”.

Modificando le lettere del nostro codice genetico, gli SNP possono alterare la sequenza di aminoacidi che le nostre cellule uniscono per formare le proteine. Di conseguenza, gli SNP possono modificare la struttura risultante delle proteine che produciamo. Inoltre, poiché la funzione delle proteine dipende in modo determinante dalla loro struttura, gli SNP possono alterare in modo significativo alcune funzioni, come la capacità degli enzimi di catalizzare una reazione chimica o la capacità di una proteina muscolare di effettuare contrazioni ad alta velocità.

Si stima che nel genoma umano siano presenti 4-5 milioni di SNP. Data questa quantità enorme, ci riferiamo ai singoli SNP utilizzando codici specifici, chiamati «numeri rs». Questo tratto si concentra su un particolare SNP all’interno del gene ACTN3, l’rs1815739.

PUNTI CHIAVE

• Gli SNP (polimorfismi a singolo nucleotide) sono variazioni di una singola lettera nella sequenza del DNA.
• Modificando la sequenza del DNA, gli SNP alterano i tipi di aminoacidi codificati dal nostro DNA.
• Modificando gli amminoacidi, gli SNP possono alterare la struttura e la funzione delle proteine.
• Ci riferiamo a specifici SNP utilizzando i codici rs.

SNP del gene ACTN3

Un SNP comune del gene ACTN3 provoca una mutazione nella sequenza del DNA, con la sostituzione della lettera C (citosina) con la lettera T (timina). Ciò trasforma uno dei codoni da C-G-A, che codifica per l'aminoacido arginina, in T-G-A, che è un codone di terminazione.

A causa di questo codone di terminazione, le cellule smettono prematuramente di produrre la proteina alfa-actinina-3.

Di conseguenza, l'allele X o T, che contiene il codone di terminazione prematuro, comporta l'incapacità di produrre l'alfa-actinina-3.

Al contrario, l'allele R o C, che contiene il codone per l'arginina come di consueto, determina una produzione efficace della proteina alfa-actinina-3.

Poiché ereditiamo due copie di ogni gene – una da ciascun genitore – lo SNP del gene ACTN3 dà origine a tre possibili combinazioni genetiche (chiamate genotipi).

Genotipi dell'ACTN3

• RR (o CC) – le persone con questo genotipo possiedono due copie dell’allele R (o C) e producono quindi la proteina alfa-actinina-3. Poiché possiedono due copie dell’allele R, le fibre muscolari di questi individui producono livelli elevati di alfa-actinina-3.

• RX (o CT) – le persone con questo genotipo possiedono una copia dell'allele R (o C) e producono quindi la proteina alfa-actinina-3. Poiché possiedono una sola copia dell'allele R, le persone di genotipo RX producono meno alfa-actinina-3 rispetto a quelle di genotipo RR.

• XX (o TT) - le persone con questo genotipo possiedono due copie dell'allele X (o T) e pertanto non producono alcuna proteina alfa-actinina-3. Si dice che gli individui con genotipo XX presentino un deficit di alfa-actinina-3.

PUNTI CHIAVE

• Una mutazione SNP del gene ACTN3 introduce un codone di terminazione che impedisce la produzione della proteina alfa-actinina-3.
• L'allele X o "T" contiene il codone di terminazione.
• Se erediti due copie dell'allele X (genotipo XX), i tuoi muscoli non saranno in grado di produrre la proteina alfa-actinina-3.
• Se erediti una o due copie dell'allele R (genotipi RR e RX), sarai in grado di produrre la proteina alfa-actinina-3.

I genotipi RR e RX e le prestazioni di potenza/sprint

Numerose ricerche indicano che l'allele R favorisce le prestazioni negli sport di forza (ad esempio il sollevamento pesi), di velocità (ad esempio la corsa sui 100 metri) e di potenza (ad esempio il lancio del peso), che richiedono contrazioni muscolari intense ed esplosive.

Una recente revisione della letteratura scientifica, che ha raccolto i risultati relativi a 20.753 soggetti, ha rilevato che l'allele R era significativamente associato allo status di atleta d'élite nelle discipline di potenza.

Un altro studio condotto su atleti olimpici di discipline di potenza ha rilevato che nessuno di loro presentava il genotipo XX. Ciò suggerisce che il genotipo XX possa essere dannoso per le prestazioni di potenza ad alto livello.

La maggior parte di noi, tuttavia, non ha la fortuna di essere un atleta d’élite! Di conseguenza, gli studi sopra citati potrebbero non essere del tutto applicabili al nostro caso. Ciononostante, alcune ricerche condotte su non atleti e persone non allenate hanno rilevato che, rispetto a chi presenta il genotipo XX (o TT), chi ha i genotipi RX (CT) e RR (CC) presenta:

- Maggiore massa muscolare

Uno studio condotto su donne giapponesi anziane (età media = 64 anni) ha rilevato che l'area della sezione trasversale dei muscoli della parte centrale della coscia era maggiore nelle donne portatrici dell'allele R.

- Maggiore forza muscolare di base

Diverse valutazioni della forza muscolare, quali i test di forza di presa e di flessione ed estensione del ginocchio, indicano che l'allele R è associato a una maggiore forza di base.

- Maggiore aumento della forza in risposta all'allenamento

Uno studio condotto su uomini e donne anziani sottoposti a un programma di allenamento di resistenza della durata di 10 settimane ha rilevato che i soggetti con genotipo RR hanno registrato un aumento maggiore della forza nei muscoli quadricipiti.

- Tempi di sprint più rapidi

In uno studio condotto su adolescenti greci, i soggetti con l'allele R hanno registrato tempi significativamente più rapidi nello sprint sui 40 metri.

- Una percentuale maggiore di fibre muscolari a contrazione rapida (tipo II)

In linea di massima, esistono due principali categorie di fibre muscolari. Le fibre muscolari di tipo I, dette anche «a contrazione lenta», si contraggono più lentamente, ma sono altamente resistenti alla fatica e in grado di sostenere contrazioni ripetute per un lungo periodo. Sono quindi utili negli esercizi aerobici e di resistenza.

Al contrario, le fibre muscolari di tipo II, dette anche «a contrazione rapida», si contraggono rapidamente, generano una forza maggiore, ma si affaticano più in fretta. Sono utilizzate prevalentemente negli sport di velocità e di potenza. Esistono in realtà due sottotipi di fibre muscolari «a contrazione rapida»: il tipo IIa e il tipo IIx (o tipo IIb). Rispetto alle fibre di tipo IIa, quelle di tipo IIx si contraggono molto più rapidamente e ricorrono alla respirazione anaerobica per produrre energia.

La proporzione di fibre muscolari a contrazione rapida e lenta, che determina se siamo più portati a essere dei “velocisti” naturali o degli atleti di resistenza, è fortemente influenzata dai nostri geni, tra cui i geni ACE e ACTN3. Per quanto riguarda l'ACTN3, l'analisi delle biopsie dei muscoli della coscia (cioè campioni di tessuto) ha rilevato che le persone con genotipo RR presentano una percentuale più elevata di fibre muscolari a contrazione rapida (in particolare di tipo IIx) rispetto a quelle con genotipo XX.

PUNTI CHIAVE

• L'allele R del gene ACTN3 è associato a prestazioni sportive di alto livello nelle discipline di velocità, potenza e forza.
• Nei soggetti non atleti, l'allele R è associato a una maggiore forza di base, a una migliore risposta muscolare all'allenamento e a una percentuale più elevata di fibre muscolari a contrazione rapida.
• È probabile che il genotipo XX sia svantaggioso per le prestazioni di alto livello in termini di velocità, forza e potenza.

Genotipi RR vs RX

Il fatto di avere il genotipo RR, e quindi di produrre livelli più elevati della proteina alfa-actinina-3, rappresenta un vantaggio significativo rispetto al genotipo RX?

Le ricerche condotte su questo argomento non hanno fornito risultati definitivi, con studi che riportano conclusioni contrastanti. Ad esempio, uno studio condotto su calciatori ha rilevato che i soggetti con genotipo RR hanno ottenuto prestazioni significativamente migliori negli sprint sui 30 metri, nei salti da accovacciata e nei salti in contromovimento rispetto ai giocatori con genotipo RX.

Altri studi non rilevano differenze significative tra i genotipi RR e RX, né in termini di prestazioni fisiche né per quanto riguarda la presenza tra gli atleti d’élite.

PUNTI CHIAVE

• Gli studi non sono univoci sul fatto che il genotipo RR conferisca un vantaggio significativo rispetto al genotipo RX in termini di prestazioni di sprint, forza e potenza.

Il genotipo XX e le prestazioni di resistenza

Il genotipo XX, che comporta l'incapacità di produrre alfa-actinina-3, risulta probabilmente svantaggioso per le prestazioni di potenza e forza ad alto livello. Come contropartita, tuttavia, questo genotipo può offrire un vantaggio negli esercizi di resistenza quali la corsa su lunghe distanze, il ciclismo e il canottaggio. Secondo alcune teorie evoluzionistiche, questo è il motivo per cui l'allele X è rimasto nel patrimonio genetico.

Alcuni studi hanno rilevato che il genotipo XX è sovrarappresentato tra gli atleti di resistenza di alto livello.

Ad esempio, uno studio condotto su atleti israeliani di alto livello specializzati nelle discipline di resistenza ha rilevato che il 34% di essi presentava il genotipo XX, rispetto al 18% del gruppo di controllo composto da atleti non di alto livello.

Allo stesso modo, una percentuale superiore alle aspettative di maratoneti d’élite europei, ciclisti del Tour de France e canottieri olimpici presenta anch’essa il genotipo XX. Inoltre, gli atleti di resistenza di livello mondiale coinvolti in questo studio avevano una probabilità 3,7 volte maggiore di presentare il genotipo XX rispetto agli atleti di livello nazionale.

Nonostante questi risultati, è importante sottolineare che la correlazione tra il genotipo XX e le prestazioni di resistenza è molto meno marcata rispetto a quella tra l'allele R e le prestazioni di elasticità, forza e potenza.

A questo proposito, alcuni studi condotti su atleti russi di resistenza e triatleti Ironman hanno riscontrato una correlazione contraddittoria o assente tra il genotipo XX e la capacità di resistenza.

PUNTI CHIAVE

• Alcuni dati suggeriscono che il genotipo XX possa essere vantaggioso per le prestazioni di resistenza.
• Il legame tra il genotipo XX e la resistenza è meno evidente rispetto a quello tra l'allele R e le prestazioni in termini di potenza, forza e sprint.

ACTN3 e recupero

Si ritiene inoltre che le varianti del gene ACTN3 influenzino il recupero muscolare dopo l'esercizio fisico.

Durante un allenamento intenso, in realtà causiamo dei danni ai nostri muscoli. È proprio il recupero da questi danni indotti dall'esercizio fisico che porta ai vari adattamenti allenamentali (ad esempio, la crescita muscolare, l'aumento dell'afflusso di sangue ai muscoli) che migliorano la nostra forma fisica.

In linea generale, maggiore è il danno muscolare causato dall'esercizio fisico, più tempo ci occorre per recuperare. A questo proposito, alcuni studi suggeriscono che l'allele X del gene ACTN3 sia associato a livelli più elevati di danno muscolare indotto dall'esercizio fisico e, di conseguenza, a tempi di recupero più lunghi tra un allenamento e l'altro.

Quando le nostre cellule muscolari subiscono un danno, rilasciano nel flusso sanguigno diverse molecole o «marcatori». Uno di questi marcatori è l’enzima creatina chinasi, i cui livelli aumentano nel sangue in seguito a un danno muscolare. Alcuni studi hanno rilevato che le persone con genotipo XX presentano livelli più elevati di creatina chinasi dopo un esercizio basato sulla contrazione eccentrica. Per contrazione eccentrica si intende la contrazione di un muscolo mentre si allunga. Ad esempio, se dovessi opporre resistenza alla forza di gravità durante il movimento discendente di un curl per i bicipiti, il tuo muscolo bicipitale si allungherà mentre si contrae.

Come si spiega, quindi, il legame tra il genotipo XX e una maggiore predisposizione al danno muscolare in seguito all'esercizio eccentrico?

Gli allenamenti basati sulla contrazione eccentrica sono particolarmente impegnativi per i nostri muscoli e possono causare danni a quelle parti delle fibre muscolari chiamate dischi Z. I dischi Z sono i confini tra le singole unità contrattili delle fibre muscolari (chiamate sarcomeri). Sono costituiti da varie proteine strutturali, tra cui l'alfa-actinina-3 e la proteina strettamente correlata, l'alfa-actinina-2.

Gli individui con genotipo XX, tuttavia, non producono alfa-actinina-3. Di conseguenza, i loro dischi Z sono composti principalmente da alfa-actinina-2. Ciò, tuttavia, li rende meno stabili e più soggetti a danni causati dalla contrazione eccentrica.

PUNTI CHIAVE

• L'allele X del gene ACTN3 è associato a un maggiore danno muscolare a seguito dell'esercizio fisico, in particolare di quello che comporta una contrazione muscolare eccentrica.

Ricorda: i geni non sono tutto

Se hai il genotipo XX e temi di essere svantaggiata in termini di potenza, forza e velocità, non preoccuparti!

La genetica è solo una parte del quadro; fattori ambientali quali l'allenamento, l'alimentazione e lo stile di vita svolgono tutti un ruolo fondamentale nelle prestazioni fisiche. Ad esempio, per quanto riguarda le differenze nella proporzione di fibre a contrazione rapida e lenta, alcuni studi suggeriscono che circa il 40% della variazione sia attribuibile a fattori ambientali, come il modo in cui ci alleniamo.

A questo proposito, la nostra composizione in termini di fibre muscolari è relativamente malleabile: cambia a seconda di come ci alleniamo. In uno studio, i soggetti che hanno completato 6 settimane di allenamento di sprint ad alta intensità hanno registrato una diminuzione del 7% delle fibre muscolari a contrazione lenta (tipo I), ma un aumento del 12% delle fibre a contrazione rapida (tipo IIa).

È inoltre importante ricordare che le varianti di un singolo gene (come l’ACTN3) esercitano solo un’influenza minima se analizzate isolatamente. In uno studio condotto su velocisti d’élite dei 200 metri, solo lo 0,92% della varianza nei tempi di sprint era spiegata dal genotipo ACTN3. Sebbene questa possa essere la differenza tra il primo e il secondo posto in una gara di livello d'élite, la quantità di allenamento che si svolge è probabilmente molto più importante per gli atleti non d'élite.

Per ulteriori informazioni su come allenarsi, alimentarsi e integrare al meglio in base al proprio genotipo ACTN3, consulta le azioni relative al tuo ACTN3 e al tratto di prestazione muscolare.

PUNTI CHIAVE

• L'allenamento, l'alimentazione, il sonno e altri fattori legati allo stile di vita influenzano in modo significativo le prestazioni muscolari.
• I singoli geni esercitano solo un'influenza minima sulle prestazioni muscolari.

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