smjournalСпортивная медицина: наука и практикаSports medicine: research and practice2223-25242587-9014NEICON10.47529/2223-2524.2022.2.10smjournal-422Research ArticleБИОМЕДИЦИНСКИЕ ТЕХНОЛОГИИBIOMEDICAL TECHNOLOGIESСравнение профилей экспрессии микроРНК атлетов, выступающих в видах спорта, ориентированных на выносливость, и добровольцев, не занимающихся спортом, с использованием панели сигнального пути гипоксииComparison of microRNA expression profiles of athletes involved in endurance sports and non-athletic volunteers using a hypoxia signaling pathway panelhttps://orcid.org/0000-0002-0423-7801ПронинаИ. В.ProninaI. V.

Пронина Ирина Валерьевна, кандидат биологических наук, главный специалист отдела допингового контроля Национальной антидопинговой лаборатории (Института) Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова; старший научный сотрудник лаборатории патогеномики и транскриптомики ФГБУ «Научно-исследовательский институт общей патологии и патофизиологии»

Web of Science Research ID G-3951-2014Scopus Author ID 8161867200

105005, Москва, Елизаветинский пер., 10/1,125315, Москва, ул. Балтийская, 8

Irina V. Pronina, Ph.D. (Biology), the main specialist of Doping Control Departament of the National Anti-Doping Laboratory (Institute) of Lo­monosov Moscow State University; senior scientist of patogenomic and transcriptomic Laboratory of the Institute of General Pathology and Pathophysiology

Web of Science Researcher ID G-3951-2014Scopus Author ID 8161867200

10/1 Elizavetinsky lane, Moscow, 105005,8 Baltiyskaya str., Moscow, 125315

pronina@dopingtest.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3424-0582ПостниковП. В.PostnikovP. V.

Постников Павел Викторович, кандидат химических наук , начальник отдела допингового контроля

РИНЦ ID 7251-9937

105005, Москва, Елизаветинский пер., 10/1

Pavel V. Postnikov, Ph.D. (Chemistry), the Head of Doping Control Departament

e-Library author ID 7251-9937

10/1 Elizavetinsky lane, Moscow, 105005

postnikov@dopingtest.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5131-7401ПавловВ. И.PavlovV. I.

Павлов Владимир Иванович, доктор медицинских наук, ведущий научный сотрудник, заведующий отделением функциональной диагностики

Web of Science Re­search ID B-7057-2019Scopus Author ID 57193905264РИНЦ ID 9246-5804

105120, Москва, ул. Земляной Вал, 53

Vladimir I. Pavlov, M.D., D.Sc. (Medicine), Head of the Department of Functional Diagnostics

Web of Science Research ID B-7057-2019Scopus Author ID 57193905264e-Library author ID 9246-5804

53 Zemlyanoy Val str., Moscow, 105120

mnpcsm@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4623-0883ОрджоникидзеЗ. Г.OrdzhonikidzeZ. G.

Орджоникидзе Зураб Гивиевич, доктор медицинских наук, заслуженный врач РФ, главный внештатный специалист по спортивной медицине, первый заместитель директора

105120, Москва, ул. Земляной Вал, 53

Zurab G. Ordzhonikidze, D.Sc. (Medicine), Honored Doctor of the Russian Federation, Chief freelance specialist in sports medicine, First Deputy Director

Moscow Healthcare Departa­ment

53 Zemlyanoy Val str., Moscow, 105120

mnpcsm@mail.ruНациональная антидопинговая лаборатория (Институт) Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова; ФГБНУ «Научно-исследовательский институт общей патологии и патофизиологии»РоссияNational Anti-Doping Laboratory (Institute) of Lomonosov Moscow State University; Institute of General Pathology and PathophysiologyRussian FederationНациональная антидопинговая лаборатория (Институт) Московского государственного университета им. М.В. ЛомоносоваРоссияNational Anti-Doping Laboratory (Institute) of Lomonosov Moscow State UniversityRussian FederationГАУЗ «Московский научно-практический центр медицинской реабилитации, восстановительной и спортивной медицины Департамента здравоохранения г. Москвы»РоссияMoscow Centre for Research and Practice in Medical Rehabilitation, Restorative and Sports Medicine of Moscow Healthcare DepartamentRussian Federation2022031120221221321Copyright © Пронина И.В., Постников П.В., Павлов В.И., Орджоникидзе З.Г., 20222022Пронина И.В., Постников П.В., Павлов В.И., Орджоникидзе З.Г.Pronina I.V., Postnikov P.V., Pavlov V.I., Ordzhonikidze Z.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.smjournal.ru/jour/article/view/422

В последние годы интерес к поиску новых потенциальных молекулярных биомаркеров для оценки эффективности тренировочного процесса в спорте высших достижений, различных патологий, вызванных перегрузками, и злоупотребления запрещенными препаратами достиг небывалого уровня. МикроРНК, регулирующие на посттранскрипционном уровне процессы метаболизма, дифференциации, пролиферации и апоптоза клеток, являются наиболее ценными кандидатами для использования в этом отношении. Они обнаружены во всех биологических жидкостях организма человека, стабильны при долгосрочном хранении и устойчивы к изменениям условий среды. Известно, что изменение профиля экспрессии микроРНК имеет тесную связь с физическим нагрузками, а также с введением рекомбинантных гормонов, эритропоэзстимулирующих агентов и других запрещенных Всемирным антидопинговым агентством (ВАДА) препаратов и методов, улучшающих спортивные результаты.

Цель исследования

Цель исследования: в данной работе проанализированы образцы плазмы крови спортсменов, задействованных в видах спорта, ориентированных на выносливость (спортивная ходьба), и добровольцев, не занимающихся спортом, с использованием панели сигнального пути гипоксии с целью выявления маркеров кандидатов гипоксии.

Материалы и методы

Материалы и методы: оценка профилей экспрессии циркулирующих микроРНК плазмы крови проводилась методом обратной транскрипции с последующей количественной ПЦР с детекцией в реальном времени. Полученные данные подверглись статистической обработке при помощи программы CFX Manager Software v3.1.

Результаты

Результаты: определены три потенциальных микроРНК-маркера: hsa-miR 210–3p, hsa-miR 320a и hsa-miR 935 (повышены у спортсменов в 61,6, 51,8 и 41,0 раза соответственно) — физиологического ответа на тренировочную нагрузку, которые могут быть связаны с возникновением гипоксии при тренировках на выносливость.

Заключение

Заключение: нами получены предварительные данные о различиях в профилях экспрессии циркулирующих микроРНК у здоровых добровольцев, не занимающихся спортом, и спортсменов во внесоревновательный период. В дальнейшем планируется расширить выборку исследованных образцов плазмы крови и провести сравнение профилей экспрессии циркулирующих микроРНК в соревновательный и внесоревновательный периоды у спортсменов, сравнить профили экспрессии циркулирующих микроРНК при аэробных и анаэробных нагрузках. Кроме того, представляет интерес анализ изменений экспрессии циркулирующих микроРНК при использовании миметиков гипоксии, употребляемых с целью улучшения спортивных результатов.

In recent years, interest in the search for new potential molecular biomarkers to assess the effectiveness of the training process in elite sports, various pathologies caused by overload, and abuse of prohibited substances has reached an unprecedented level. MicroRNAs that regulate the processes of metabolism, differentiation, proliferation, and apoptosis of cells at the post-transcriptional level are the most valuable candidates for use in this regard. They are found in all biological fluids of the human body, are stable during long-term storage and resistant to changes in environmental conditions. It is known that changes in the miRNA expression profile are closely associated with physical activity, as well as with the administration of recombinant hormones, erythropoiesis-stimulating agents, and other substances and methods that improve sports performance, which are prohibited by the World Anti-Doping Agency (WADA).

Objective

Objective: In this study, plasma samples from athletes involved in endurance sports (race walking) and non-athletic volunteers were analyzed using a hypoxia signaling pathway panel to identify hypoxia candidate markers.

Materials and methods

Materials and methods: Expression profiles of plasma circulating miRNAs were assessed by reverse transcription followed by real-time quantitative polymerase chain reaction (RT Q-PCR). The obtained data were subjected to statistical processing using the CFX Manager Software v3.1 program.

Results

Results: Three potential microRNA markers were identified: hsa-miR-210-3p, hsa-miR-320a and hsa-miR-935 (increased in athletes by 61.6 times, 51.8 and 41.0 times, respectively) — of physiological response to the training, load, which may be associated with the emergence of hypoxia during endurance training.

Conclusion

Conclusion: We have obtained preliminary data on differences in the expression profiles of circulating miRNAs in healthy non-athletic volunteers and professional athletes in the out-of-competition period. In the future, it is planned to expand the sample of studied blood plasma samples and compare the expression profiles of circulating microRNAs in athletes in competition and out-of-competition periods, as well as to compare the expression profiles of circulating microRNAs during aerobic and anaerobic loads. In addition, it is of interest to analyze changes in the expression levels of circulating miRNAs when using hypoxia mimetics applied to improve sports performance.

циркулирующие микроРНКбиомаркерыфизическая нагрузкаэффективность тренировочного процессавыносливостьгипоксиядопинг-контрольcirculating miRNAsbiomarkersphysical activityefficiency of the training processendurancehypoxiadoping controlReferencesSaliminejad K., Khorram Khorshid H.R., Soleymani Fard S., Ghaffari S.H. An overview of microRNAs: Biology, functions, therapeutics, and analysis methods. J. Cell. Physiol. 2019;234(5):5451–5465. https://doi.org/10.1002/jcp.27486Saliminejad K., Khorram Khorshid H.R., Soleymani Fard S., Ghaffari S.H. An overview of microRNAs: Biology, functions, therapeutics, and analysis methods. J. Cell. Physiol. 2019;234(5):5451–5465. https://doi.org/10.1002/jcp.27486Watier T., Sanchez A.M. Micro-RNAs, Exercise and Cellular Plasticity in Humans: The Impact of Dietary Factors and Hypoxia. MicroRNA 2017;6(2):110–124. https://doi.org/10.2174/2211536606666170519133144Watier T., Sanchez A.M. Micro-RNAs, Exercise and Cellular Plasticity in Humans: The Impact of Dietary Factors and Hypoxia. MicroRNA 2017;6(2):110–124. https://doi.org/10.2174/2211536606666170519133144Mounier R., Pialoux V., Schmitt L., Richalet J.-P., Robach P., Coudert J., Clottes E., Fellmann N. Effects of acute hypoxia tests on blood markers in high-level endurance athletes. Eur. J. Appl. Physiol. 2009;106(5):713–720. https://doi.org/10.1007/s00421-009-1072-zMounier R., Pialoux V., Schmitt L., Richalet J.-P., Robach P., Coudert J., Clottes E., Fellmann N. Effects of acute hypoxia tests on blood markers in high-level endurance athletes. Eur. J. Appl. Physiol. 2009;106(5):713–720. https://doi.org/10.1007/s00421-009-1072-zWADA. Athlete biological passport operating guidelines [internet]. 2021. Available at: https://www.wada-ama.org/sites/default/files/resources/files/guidelines_abp_v8_final.pdf (accessed 25 January 2022).WADA. Athlete biological passport operating guidelines [internet]. 2021. Available at: https://www.wada-ama.org/sites/default/files/resources/files/guidelines_abp_v8_final.pdf (accessed 25 January 2022).Cakmak H.A., Demir M. MicroRNA and Cardiovascular Diseases. Balkan Med. J. 2020;37(2):60–71. https://doi.org/10.4274/balkanmedj.galenos.2020.2020.1.94Cakmak H.A., Demir M. MicroRNA and Cardiovascular Diseases. Balkan Med. J. 2020;37(2):60–71. https://doi.org/10.4274/balkanmedj.galenos.2020.2020.1.94Kumar S., Vijayan M., Bhatti J.S., Reddy P.H. MicroRNAs as Peripheral Biomarkers in Aging and Age-Related Diseases. Prog. Mol. Biol. Transl. Sci. 2017;146:47–94. https://doi.org/10.1016/bs.pmbts.2016.12.013Kumar S., Vijayan M., Bhatti J.S., Reddy P.H. MicroRNAs as Peripheral Biomarkers in Aging and Age-Related Diseases. Prog. Mol. Biol. Transl. Sci. 2017;146:47–94. https://doi.org/10.1016/bs.pmbts.2016.12.013Szelenberger R., Kacprzak M., Saluk-Bijak J., Zielinska M., Bijak M. Plasma MicroRNA as a novel diagnostic. Clin. Chim. Acta. 2019;499:98–107. https://doi.org/10.1016/j.cca.2019.09.005Szelenberger R., Kacprzak M., Saluk-Bijak J., Zielinska M., Bijak M. Plasma MicroRNA as a novel diagnostic. Clin. Chim. Acta. 2019;499:98–107. https://doi.org/10.1016/j.cca.2019.09.005Backes C., Meese E., Keller A. Specific miRNA Disease Biomarkers in Blood, Serum and Plasma: Challenges and Prospects. Mol. Diagn. Ther. 2016;20(6):509–518. https://doi.org/10.1007/s40291-016-0221-4Backes C., Meese E., Keller A. Specific miRNA Disease Biomarkers in Blood, Serum and Plasma: Challenges and Prospects. Mol. Diagn. Ther. 2016;20(6):509–518. https://doi.org/10.1007/s40291-016-0221-4Leuenberger N., Robinson N., Saugy M. Circulating miRNAs: a new generation of anti-doping biomarkers. Anal. Bioanal. Chem. 2013;405(30):9617–9623. https://doi.org/10.1007/s00216-013-7340-0Leuenberger N., Robinson N., Saugy M. Circulating miRNAs: a new generation of anti-doping biomarkers. Anal. Bioanal. Chem. 2013;405(30):9617–9623. https://doi.org/10.1007/s00216-013-7340-0Leuenberger N., Saugy M. Circulating microRNAs: The Future of Biomarkers in Anti-doping Field. Adv. Exp. Med. Biol. 2015;888:401–408. https://doi.org/10.1007/978-3-319-22671-2_20Leuenberger N., Saugy M. Circulating microRNAs: The Future of Biomarkers in Anti-doping Field. Adv. Exp. Med. Biol. 2015;888:401–408. https://doi.org/10.1007/978-3-319-22671-2_20Sessa F., Salerno M., Di Mizio G., Bertozzi G., Messina G., Tomaiuolo B., et al. Anabolic Androgenic Steroids: Searching New Molecular Biomarkers. Front. Pharmacol. 2018;9:1321. https://doi.org/10.3389/fphar.2018.01321Sessa F., Salerno M., Di Mizio G., Bertozzi G., Messina G., Tomaiuolo B., et al. Anabolic Androgenic Steroids: Searching New Molecular Biomarkers. Front. Pharmacol. 2018;9:1321. https://doi.org/10.3389/fphar.2018.01321Salamin O., De Angelis S., Tissot J.D., Saugy M., Leuenberger N. Autologous Blood Transfusion in Sports: Emerging Biomarkers. Transfus. Med. Rev. 2016;30(3):109-115. https://doi.org/10.1016/j.tmrv.2016.05.007Salamin O., De Angelis S., Tissot J.D., Saugy M., Leuenberger N. Autologous Blood Transfusion in Sports: Emerging Biomarkers. Transfus. Med. Rev. 2016;30(3):109-115. https://doi.org/10.1016/j.tmrv.2016.05.007Ponzetto F., Giraud S., Leuenberger N., Boccard J., Nicoli R., Baume N,. et al. Methods for Doping Detection. Front. Horm. Res. 2016;47:153-167. https://doi.org/10.1159/000445177Ponzetto F., Giraud S., Leuenberger N., Boccard J., Nicoli R., Baume N,. et al. Methods for Doping Detection. Front. Horm. Res. 2016;47:153-167. https://doi.org/10.1159/000445177WADA. International Standard for Laboratories [internet]. 2021. Available at: https://www.wada-ama.org/sites/default/files/resources/files/isl_2021.pdf (accessed 24 January 2022).WADA. International Standard for Laboratories [internet]. 2021. Available at: https://www.wada-ama.org/sites/default/files/resources/files/isl_2021.pdf (accessed 24 January 2022).WADA. World Anti-Doping Code [internet]. 2021. Available at: https://www.wada-ama.org/sites/default/files/resources/files/2021_wada_code.pdf (accessed 24 January 2022).WADA. World Anti-Doping Code [internet]. 2021. Available at: https://www.wada-ama.org/sites/default/files/resources/files/2021_wada_code.pdf (accessed 24 January 2022).Guan Y., Song X., Sun W., Wang Y., Liu B. Effect of Hypoxia-Induced MicroRNA-210 Expression on Cardiovascular Disease and the Underlying Mechanism. Oxid. Med. Cell. Longev. 2019;2019:4727283. https://doi.org/10.1155/2019/4727283Guan Y., Song X., Sun W., Wang Y., Liu B. Effect of Hypoxia-Induced MicroRNA-210 Expression on Cardiovascular Disease and the Underlying Mechanism. Oxid. Med. Cell. Longev. 2019;2019:4727283. https://doi.org/10.1155/2019/4727283Huang L., Ma Q., Li Y., Li B., Zhang L. Inhibition of microRNA-210 suppresses pro-inflammatory response and reduces acute brain injury of ischemic stroke in mice. Exp. Neurol. 2018;300:41–50. https://doi.org/10.1016/j.expneurol.2017.10.024Huang L., Ma Q., Li Y., Li B., Zhang L. Inhibition of microRNA-210 suppresses pro-inflammatory response and reduces acute brain injury of ischemic stroke in mice. Exp. Neurol. 2018;300:41–50. https://doi.org/10.1016/j.expneurol.2017.10.024Fasanaro P., D’Alessandra Y., Di Stefano V., Melchionna R., Romani S., Pompilio G., et al. MicroRNA-210 modulates endothelial cell response to hypoxia and inhibits the receptor tyrosine kinase ligand Ephrin-A3. J. Biol. Chem. 2008;283(23):15878–15883. https://doi.org/10.1074/jbc.M800731200Fasanaro P., D’Alessandra Y., Di Stefano V., Melchionna R., Romani S., Pompilio G., et al. MicroRNA-210 modulates endothelial cell response to hypoxia and inhibits the receptor tyrosine kinase ligand Ephrin-A3. J. Biol. Chem. 2008;283(23):15878–15883. https://doi.org/10.1074/jbc.M800731200Hu S., Huang M., Li Z., Jia F., Ghosh Z., Lijkwan M.A., Fasanaro P. MicroRNA-210 as a novel therapy for treatment of ischemic heart disease. Circulation 2010;122(11 Suppl):S124–S131. https://doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.109.928424Hu S., Huang M., Li Z., Jia F., Ghosh Z., Lijkwan M.A., Fasanaro P. MicroRNA-210 as a novel therapy for treatment of ischemic heart disease. Circulation 2010;122(11 Suppl):S124–S131. https://doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.109.928424Nakamura Y., Patrushev N., Inomata H., Mehta D., Urao N., Kim H.W., et al. Role of protein tyrosine phosphatase 1B in vascular endothelial growth factor signaling and cell–cell adhesions in endothelial cells. Circulation Res. 2008;102(10):1182–1191. https://doi.org/10.1161/CIRCRESAHA.107.167080Nakamura Y., Patrushev N., Inomata H., Mehta D., Urao N., Kim H.W., et al. Role of protein tyrosine phosphatase 1B in vascular endothelial growth factor signaling and cell–cell adhesions in endothelial cells. Circulation Res. 2008;102(10):1182–1191. https://doi.org/10.1161/CIRCRESAHA.107.167080Bao Q., Jia H., Rong A., Cao Z., Zhang Y. MiR-210 inhibits hypoxia-induced apoptosis of smooth muscle cells via targeting MEF2C. Int. J. Clin. Exp. Pathol. 2019;12(5):1846–1858Bao Q., Jia H., Rong A., Cao Z., Zhang Y. MiR-210 inhibits hypoxia-induced apoptosis of smooth muscle cells via targeting MEF2C. Int. J. Clin. Exp. Pathol. 2019;12(5):1846–1858Chen Z., Yang Z., Li X., Wang H., Wang Y., Ding C., et al. microRNA-320a prevent Muller cells from hypoxia injury by targeting aquaporin-4. J. Cell. Biochem. 2020;121(12):4711–4723. https://doi.org/10.1002/jcb.29524Chen Z., Yang Z., Li X., Wang H., Wang Y., Ding C., et al. microRNA-320a prevent Muller cells from hypoxia injury by targeting aquaporin-4. J. Cell. Biochem. 2020;121(12):4711–4723. https://doi.org/10.1002/jcb.29524Yang X., Chen H., Chen Y., Birnbaum Y., Liang R., Ye Y., Qian J. Circulating miRNA Expression Profiling and Target Prediction in Patients Receiving Dexmedetomidine. Cell. Physiol. Bio-chem. 2018;50(2):552–568. https://doi.org/10.1159/000494168Yang X., Chen H., Chen Y., Birnbaum Y., Liang R., Ye Y., Qian J. Circulating miRNA Expression Profiling and Target Prediction in Patients Receiving Dexmedetomidine. Cell. Physiol. Bio-chem. 2018;50(2):552–568. https://doi.org/10.1159/000494168Wang Y, Pang QJ, Liu JT, Wu HH, Tao DY. Down-regulated miR-448 relieves spinal cord ischemia/reperfusion injury by up-regulating SIRT1. Braz J Med Biol Res. 2018 Mar 15;51(5):e7319. doi: 10.1590/1414-431X20177319.Wang Y, Pang QJ, Liu JT, Wu HH, Tao DY. Down-regulated miR-448 relieves spinal cord ischemia/reperfusion injury by up-regulating SIRT1. Braz J Med Biol Res. 2018 Mar 15;51(5):e7319. doi: 10.1590/1414-431X20177319.Zhao W., Yin Y., Cao H., Wang Y. Exercise Improves Endothelial Function via the lncRNA MALAT1/miR-320a Axis in Obese Children and Adolescents. Cardiol. Res. Pract. 2021;2021:8840698. https://doi.org/10.1155/2021/8840698Zhao W., Yin Y., Cao H., Wang Y. Exercise Improves Endothelial Function via the lncRNA MALAT1/miR-320a Axis in Obese Children and Adolescents. Cardiol. Res. Pract. 2021;2021:8840698. https://doi.org/10.1155/2021/8840698Tang H., Lee M., Sharpe O., Salamone L., Noonan E.J., Hoang C.D., et al. Oxidative stress-responsive microRNA-320 regulates glycolysis in diverse biological systems. FASEB J. 2012;26(11):4710–4721. https://doi.org/10.1096/fj.11-197467Tang H., Lee M., Sharpe O., Salamone L., Noonan E.J., Hoang C.D., et al. Oxidative stress-responsive microRNA-320 regulates glycolysis in diverse biological systems. FASEB J. 2012;26(11):4710–4721. https://doi.org/10.1096/fj.11-197467Huang G., Chen J., Liu J., Zhang X., Duan H., Fang Q. MiR-935/HIF1α Feedback Loop Inhibits the Proliferation and Invasiveness of Glioma. Onco. Targets Ther. 2020;13:10817–10828. https://doi.org/10.2147/OTT.S244409Huang G., Chen J., Liu J., Zhang X., Duan H., Fang Q. MiR-935/HIF1α Feedback Loop Inhibits the Proliferation and Invasiveness of Glioma. Onco. Targets Ther. 2020;13:10817–10828. https://doi.org/10.2147/OTT.S244409Rothman A., Restrepo H., Sarukhanov V., Evans W.N., Wiencek Jr R.G., Williams R., et al. Assessment of microRNA and gene dysregulation in pulmonary hypertension by endoarterial biopsy. Pulm. Circ. 2017;7(2):455–464. https://doi.org/10.1177/2045893217704206Rothman A., Restrepo H., Sarukhanov V., Evans W.N., Wiencek Jr R.G., Williams R., et al. Assessment of microRNA and gene dysregulation in pulmonary hypertension by endoarterial biopsy. Pulm. Circ. 2017;7(2):455–464. https://doi.org/10.1177/2045893217704206WADA.2019 Anti-Doping Testing Figures [internet]. Available at: https://www.wada-ama.org/sites/default/files/resources/files/2019_anti-doping_testing_figures_en.pdf (accessed 24 January 2022).WADA.2019 Anti-Doping Testing Figures [internet]. Available at: https://www.wada-ama.org/sites/default/files/resources/files/2019_anti-doping_testing_figures_en.pdf (accessed 24 January 2022).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.