„Alpha-Actinin 3“ – Versionsunterschied
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'''alpha-Actinin 3 (ACTN3)''' ist ein [[Protein]] in [[Wirbeltiere]]n, das das [[Strukturprotein]] [[Actin]] mit anderen Strukturproteinen verbindet und so an der [[Muskelkontraktion]] teilnimmt. Seine [[Genexpression|Expression]] ist auf die [[Skelettmuskulatur]] begrenzt. Es ist in der [[Z-Scheibe]] genannten Struktur und den „Dense Bodies“ (dichten Körpern) lokalisiert, wo es hilft, die myofibrillären [[Actinfilament]]e zu verankern. |
'''alpha-Actinin 3 (ACTN3)''' ist ein [[Protein]] in [[Wirbeltiere]]n, das das [[Strukturprotein]] [[Actin]] mit anderen Strukturproteinen verbindet und so an der [[Muskelkontraktion]] teilnimmt. Seine [[Genexpression|Expression]] ist auf die [[Skelettmuskulatur]] begrenzt. Es ist in der [[Z-Scheibe]] genannten Struktur und den „Dense Bodies“ (dichten Körpern) lokalisiert, wo es hilft, die myofibrillären [[Actinfilament]]e zu verankern. |
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Beim Menschen wurde eine [[Mutation]] (rs1815739; R577X) im ''ACTN3''-[[Gen]] identifiziert, die bei einem signifikanten Prozentsatz der Bevölkerung zu einer verkürzten Variante des alpha-Actinin 3 führt. Weltweit existiert diese Variante bei etwa 20 % der Bevölkerung. Allgemein weisen afrikanische Amerikaner das niedrigste Vorkommen dieser Mutation auf, während Asiaten das höchste haben. Wissenschaftler glauben, dass sich Schwankungen in diesem Gen entwickelten, um sich Voraussetzungen des Energieverbrauchs der Menschen in verschiedenen Teilen der Welt anzupassen.<ref name="pmid10192379">{{cite journal | author = North KN, Yang N, Wattanasirichaigoon D, Mills M, Easteal S, Beggs AH | title = A common nonsense mutation results in alpha-actinin-3 deficiency in the general population | journal = Nat. Genet. | volume = 21 | issue = 4 | pages = 353–4 | year = 1999 | month = April | pmid = 10192379 | doi = 10.1038/7675 | url = | issn = }}</ref> |
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| ⚫ | Studien zeigen eine Verlinkung der Fasertypen zum ACTN3, so haben Individuen mit hohem Anteil an schnellen Muskelfasern die nichtmutierte Version des Gens. Ebenfalls haben Studien von Eliteathleten ergeben, dass das ''ACTN3''-Gen die [[Leistung (Sport)|sportliche Leistung]] beeinflussen kann. Während die nichtmutierte Version des Gens mit einer Sprint-Leistung verbunden wird, ist die mutierte Version mit sportlichen Ausdauerleistungen assoziiert.<ref name="pmid12879365">{{cite journal |
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== Funktion von ACTN3 in Muskelfasern == |
== Funktion von ACTN3 in Muskelfasern == |
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=== Muskelzusammensetzung bei Eliteathleten === |
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Jede Person hat eine durchschnittlich gleiche Verteilung an schnellen und langsamen Muskelfasern, jedoch neigen olympische Sprinter dazu, ungefähr 80 |
Jede Person hat eine durchschnittlich gleiche Verteilung an schnellen und langsamen Muskelfasern, jedoch neigen olympische Sprinter dazu, ungefähr 80% an schnellen Fasern zu besitzen. Im Gegensatz dazu haben olympische Marathonteilnehmer einen ca. 80%igen Anteil an langsamen Fasern. Es herrscht die Meinungsverschiedenheit, ob Training den Prozentsatz der Fasertypen mit der Zeit verändern kann. Aus diesem Grund nimmt man zurzeit an, dass [[Vererbung (Biologie)|Vererbung]] oder [[Genetik]] für die Bildung der verschiedenen Fasertypen die größte Rolle spielt. |
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== Allele == |
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Beim Menschen wurde eine [[Mutation]] (rs1815739; R577X) im ''ACTN3''-[[Gen]] identifiziert, die bei einem signifikanten Prozentsatz der Bevölkerung zu einer verkürzten Variante des alpha-Actinin 3 führt. Weltweit existiert diese Variante bei etwa 20% der Bevölkerung, wobei der Anteil in der Bevölkerung mit der [[Geographische Breite|geografischen Breite]] korreliert ist. Während in [[Kenia]] nur jeder Hunderste den XX Genotyp hat, ist es in [[Schweden]] und [[Japan]] etwa jeder Vierte.<ref>{{Literatur |Autor=Scott M. Friedlander, Amanda L. Herrmann, Daniel P. Lowry, Emily R. Mepham, Monkol Lek |Titel=ACTN3 Allele Frequency in Humans Covaries with Global Latitudinal Gradient |Sammelwerk=PLoS ONE |Band=8 |Nummer=1 |Datum=2013-01-24 |ISSN=1932-6203 |DOI=10.1371/journal.pone.0052282 |PMC=3554748 |PMID=23359641 |Online=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3554748/ |Abruf=2021-03-20}}</ref> Wissenschaftler glauben, dass eine [[Selektion (Evolution)#Selektion auf Genebene|positive Selektion]] zugunsten der Mutation stattgefunden hat, um eine Anpassung an die klimatischen Bedingungen und den damit verbundenen Energieverbrauch der Menschen in verschiedenen Teilen der Welt zu gewährleisten. Bei Immersion in kaltes Wasser kann bei homozygoten Probanden mit dem XX Genotypen eine signifikant verbesserte Kältetoleranz gegenüber denjenigen mit dem RR Genotypen festfestgestellt werden. Probanden mit der R577X Mutation sind ohne gesteigerten Energieverbrauch besser im Stande ihre Kerntemperatur aufrecht zu erhalten, da bei ihnen die [[Thermogenese#Muskuläre Thermogenese|Thermogenese]] der Skelettmuskeln verändert ist. Die Verlagerung hin zu mehr [[Muskelfaser#Faserarten|langsamer zuckenden Isoformen]] von [[Myosin#Schwere Kette (Heavy Chain)|schweren Ketten]] und [[Endoplasmatisches Retikulum#Sarkoplasmatisches Retikulum (Glattes Retikulum, SR)|SR Proteinen]], bewirkt zusammen mit einer veränderten neuronalen Muskelaktivierung, dass Wärme vorwiegend durch [[Tonus|Muskeltonus]] und weniger durch [[Kältezittern|Zittern]] erzeugt wird.<ref>{{Literatur |Titel=Loss of α-actinin-3 during human evolution provides superior cold resilience and muscle heat generation |Sammelwerk=The American Journal of Human Genetics |Band=108 |Nummer=3 |Datum=2021-03-04 |ISSN=0002-9297 |DOI=10.1016/j.ajhg.2021.01.013 |Seiten=446–457 |Online=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0002929721000136 |Abruf=2021-03-20}}</ref> |
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| ⚫ | Studien zeigen eine Verlinkung der Fasertypen zum ''ACTN3'', so haben Individuen mit hohem Anteil an schnellen Muskelfasern die nichtmutierte Version des Gens. Ebenfalls haben Studien von Eliteathleten ergeben, dass das ''ACTN3''-Gen die [[Leistung (Sport)|sportliche Leistung]] beeinflussen kann. Während die nichtmutierte Version des Gens mit einer Sprint-Leistung verbunden wird, ist die mutierte Version mit sportlichen Ausdauerleistungen assoziiert.<ref name="pmid12879365">{{cite journal|author=Yang N, MacArthur DG, Gulbin JP, Hahn AG, Beggs AH, Easteal S, North K|title=ACTN3 genotype is associated with human elite athletic performance|journal=Am. J. Hum. Genet.|volume=73|issue=3|pages=627–31|year=2003|month=September|pmid=12879365|pmc=1180686|doi=10.1086/377590|url=|issn=}}</ref><ref name="pmid15886711">{{cite journal|author=Niemi AK, Majamaa K|title=Mitochondrial DNA and ACTN3 genotypes in Finnish elite endurance and sprint athletes|journal=Eur. J. Hum. Genet.|volume=13|issue=8|pages=965–9|year=2005|month=August|pmid=15886711|doi=10.1038/sj.ejhg.5201438|url=|issn=}}</ref><ref name="pmid17033684">{{cite journal|author=Moran CN, Yang N, Bailey ME, Tsiokanos A, Jamurtas A, MacArthur DG, North K, Pitsiladis YP, Wilson RH|title=Association analysis of the ACTN3 R577X polymorphism and complex quantitative body composition and performance phenotypes in adolescent Greeks|journal=Eur. J. Hum. Genet.|volume=15|issue=1|pages=88–93|year=2007|month=January|pmid=17033684|doi=10.1038/sj.ejhg.5201724|url=|issn=}}</ref><ref name="pmid18043716">{{cite journal|author=Roth SM, Walsh S, Liu D, Metter EJ, Ferrucci L, Hurley BF|title=The ACTN3 R577X nonsense allele is under-represented in elite-level strength athletes|journal=Eur. J. Hum. Genet.|volume=16|issue=3|pages=391–4|year=2008|month=March|pmid=18043716|doi=10.1038/sj.ejhg.5201964|url=|issn=}}</ref> |
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== Siehe auch == |
== Siehe auch == |
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Version vom 21. März 2021, 00:19 Uhr
| Alpha-Actinin 3 | ||
|---|---|---|
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| nach PDB 1TJT | ||
| Eigenschaften des menschlichen Proteins | ||
| Masse/Länge Primärstruktur | 901 Aminosäuren | |
| Sekundär- bis Quartärstruktur | Homodimer; Heterodimer mit ACTN2 | |
| Bezeichner | ||
| Gen-Name | ACTN3 | |
| Externe IDs | ||
| Vorkommen | ||
| Homologie-Familie | alpha-Actinin | |
| Übergeordnetes Taxon | Wirbeltiere | |
alpha-Actinin 3 (ACTN3) ist ein Protein in Wirbeltieren, das das Strukturprotein Actin mit anderen Strukturproteinen verbindet und so an der Muskelkontraktion teilnimmt. Seine Expression ist auf die Skelettmuskulatur begrenzt. Es ist in der Z-Scheibe genannten Struktur und den „Dense Bodies“ (dichten Körpern) lokalisiert, wo es hilft, die myofibrillären Actinfilamente zu verankern.
Funktion von ACTN3 in Muskelfasern
Actinfilamente sind durch Actin-bindende Proteine, den sogenannten Actinins stabilisiert. Es existieren zwei Haupttypen: Typ 2 und Typ 3. Jeder von beiden ist durch ein spezifisches Gen codiert, ACTN2 und ACTN3. ACTN2 wird in allen Fasern der Skelettmuskulatur exprimiert, das ACTN3 jedoch nur in den schnellen (FT-) Fasern.
Schnelle (FT=fast twitch) gegen langsame (ST=slow twitch) Muskelfasern
Skelettmuskeln bestehen aus langen zylindrischen Zellen, die Muskelfasern genannt werden. Jede Muskelfaser ist aus langen Röhren, den sogenannten Myofibrillen zusammengesetzt, die wiederum aus Filamenten bestehen. Es gibt zwei Typen an Filamenten: Actin (dünne Filamente) und Myosin (dicke Filamente), welche parallel angeordnet sind. Bei einer Muskelkontraktion verschieben sich beide Filamente gegeneinander.
Es gibt zwei Typen von Muskelfasern, die langsamen (slow twitch) und schnellen (fast twitch) Fasern. Die langsamen Fasern arbeiten im aeroben Bereich und können eine niedrige Kraft über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten. Dagegen sind schnelle Fasern stärker und arbeiten im anaeroben Bereich. Sie werden vor allem bei einem hohen Kraftaufwand über eine kurze Zeit eingesetzt.
Muskelzusammensetzung bei Eliteathleten
Jede Person hat eine durchschnittlich gleiche Verteilung an schnellen und langsamen Muskelfasern, jedoch neigen olympische Sprinter dazu, ungefähr 80% an schnellen Fasern zu besitzen. Im Gegensatz dazu haben olympische Marathonteilnehmer einen ca. 80%igen Anteil an langsamen Fasern. Es herrscht die Meinungsverschiedenheit, ob Training den Prozentsatz der Fasertypen mit der Zeit verändern kann. Aus diesem Grund nimmt man zurzeit an, dass Vererbung oder Genetik für die Bildung der verschiedenen Fasertypen die größte Rolle spielt.
Allele
Beim Menschen wurde eine Mutation (rs1815739; R577X) im ACTN3-Gen identifiziert, die bei einem signifikanten Prozentsatz der Bevölkerung zu einer verkürzten Variante des alpha-Actinin 3 führt. Weltweit existiert diese Variante bei etwa 20% der Bevölkerung, wobei der Anteil in der Bevölkerung mit der geografischen Breite korreliert ist. Während in Kenia nur jeder Hunderste den XX Genotyp hat, ist es in Schweden und Japan etwa jeder Vierte.[1] Wissenschaftler glauben, dass eine positive Selektion zugunsten der Mutation stattgefunden hat, um eine Anpassung an die klimatischen Bedingungen und den damit verbundenen Energieverbrauch der Menschen in verschiedenen Teilen der Welt zu gewährleisten. Bei Immersion in kaltes Wasser kann bei homozygoten Probanden mit dem XX Genotypen eine signifikant verbesserte Kältetoleranz gegenüber denjenigen mit dem RR Genotypen festfestgestellt werden. Probanden mit der R577X Mutation sind ohne gesteigerten Energieverbrauch besser im Stande ihre Kerntemperatur aufrecht zu erhalten, da bei ihnen die Thermogenese der Skelettmuskeln verändert ist. Die Verlagerung hin zu mehr langsamer zuckenden Isoformen von schweren Ketten und SR Proteinen, bewirkt zusammen mit einer veränderten neuronalen Muskelaktivierung, dass Wärme vorwiegend durch Muskeltonus und weniger durch Zittern erzeugt wird.[2]
Studien zeigen eine Verlinkung der Fasertypen zum ACTN3, so haben Individuen mit hohem Anteil an schnellen Muskelfasern die nichtmutierte Version des Gens. Ebenfalls haben Studien von Eliteathleten ergeben, dass das ACTN3-Gen die sportliche Leistung beeinflussen kann. Während die nichtmutierte Version des Gens mit einer Sprint-Leistung verbunden wird, ist die mutierte Version mit sportlichen Ausdauerleistungen assoziiert.[3][4][5][6]
Siehe auch
Weblinks
- M. E. Gillespie / reactome: Striated Muscle Contraction -- doi:10.3180/REACT_16935.1
Einzelnachweise
- ↑ Scott M. Friedlander, Amanda L. Herrmann, Daniel P. Lowry, Emily R. Mepham, Monkol Lek: ACTN3 Allele Frequency in Humans Covaries with Global Latitudinal Gradient. In: PLoS ONE. Band 8, Nr. 1, 24. Januar 2013, ISSN 1932-6203, doi:10.1371/journal.pone.0052282, PMID 23359641, PMC 3554748 (freier Volltext) – (nih.gov [abgerufen am 20. März 2021]).
- ↑ Loss of α-actinin-3 during human evolution provides superior cold resilience and muscle heat generation. In: The American Journal of Human Genetics. Band 108, Nr. 3, 4. März 2021, ISSN 0002-9297, S. 446–457, doi:10.1016/j.ajhg.2021.01.013 (sciencedirect.com [abgerufen am 20. März 2021]).
- ↑ Yang N, MacArthur DG, Gulbin JP, Hahn AG, Beggs AH, Easteal S, North K: ACTN3 genotype is associated with human elite athletic performance. In: Am. J. Hum. Genet. 73. Jahrgang, Nr. 3, September 2003, S. 627–31, doi:10.1086/377590, PMID 12879365, PMC 1180686 (freier Volltext).
- ↑ Niemi AK, Majamaa K: Mitochondrial DNA and ACTN3 genotypes in Finnish elite endurance and sprint athletes. In: Eur. J. Hum. Genet. 13. Jahrgang, Nr. 8, August 2005, S. 965–9, doi:10.1038/sj.ejhg.5201438, PMID 15886711.
- ↑ Moran CN, Yang N, Bailey ME, Tsiokanos A, Jamurtas A, MacArthur DG, North K, Pitsiladis YP, Wilson RH: Association analysis of the ACTN3 R577X polymorphism and complex quantitative body composition and performance phenotypes in adolescent Greeks. In: Eur. J. Hum. Genet. 15. Jahrgang, Nr. 1, Januar 2007, S. 88–93, doi:10.1038/sj.ejhg.5201724, PMID 17033684.
- ↑ Roth SM, Walsh S, Liu D, Metter EJ, Ferrucci L, Hurley BF: The ACTN3 R577X nonsense allele is under-represented in elite-level strength athletes. In: Eur. J. Hum. Genet. 16. Jahrgang, Nr. 3, März 2008, S. 391–4, doi:10.1038/sj.ejhg.5201964, PMID 18043716.