KR20050053670A

KR20050053670A - 운동 수행 능력에 대한 ａｃｔｎ３ 유전자형 스크린

Info

Publication number: KR20050053670A
Application number: KR1020057004536A
Authority: KR
Inventors: 캐서린 낸스 노쓰
Original assignee: 지네틱 테크놀로지스 리미티드
Priority date: 2002-09-16
Filing date: 2003-09-15
Publication date: 2005-06-08
Also published as: EP1546403A1; AU2003258390A1; JP2005538710A; DE60335015D1; CN1732270A; ATE488602T1; CA2499084C; EP1546403B1; AU2003258390B2; CA2499084A1; AU2002951411A0; WO2004024947A1; US20100131285A1; US7615342B2; NZ538890A; US20060121478A1; RU2388829C2; RU2005111236A; CN1732270B; EP1546403A4

Abstract

본 발명은, 개체(예를 들어, 전력 질주/파워 스포츠 또는 지구력 스포츠)에게 적합한 스포츠 또는 스포츠 종목을 선별 또는 매치시키는 새로운 방법, 및 운동 역량의 예측 방법에 관한 것으로서, 상기 방법들은 ACTN3 유전자형을 평가하는 단계를 포함한다. 대안적인 일면에 있어서, 트레이닝 레지멘은 ACTN3 유전자형의 평가를 통해, 운동 선수에 대하여 최적의 조건으로 설계될 수 있다. 다른 일면에 있어서, 본 발명은, 개체의 운동 잠재력을 보다 정확히 평가하기 위하여, ACTN3 유전자형을 기타 공지된 적격성-관련 유전자와 조합하는 방법에 관한 것이다. 나아가, ACTN3 유전자의 유전자형 분석은, 개인 운동 선수에 대한 보다 적합한 트레이닝 레지멘을 설계하기 위하여, 생리학적 테스트, 물리학적 측정, 및/또는 심리학적 평가와 조합될 수 있다.

Description

운동 수행 능력에 대한 ＡＣＴＮ３ 유전자형 스크린 {ACTN3 GENOTYPE SCREEN FOR ATHLETIC PERFORMANCE}

본 출원은 2002년 9월 14일자로 출원된 호주 가특허 출원 번호 2002951411에 근거한 우선권을 주장한다.

본 발명은, 성공 기회를 증대시키기 위한, 개체(individual)에 적합한 스포츠 또는 스포츠 종목(sporting event)(예를 들어, 전력 질주(sprint)/파워(power) 스포츠 또는 지구력 스포츠(endurance sport))의 선별 및 매칭 방법, 개체에 대한 트레이닝 프로그램(training program)의 최적화 방법, 및 개체의 운동 역량(athletic performance) 예측 방법에 관한 것이다. 일면에 있어서, 본 발명은 특정 유전자(들) 또는 잠재적 운동 역량과 상관성이 있는 특정 유전자(들) 또는 그러한 유전자들에 있어서의 변화를 동정하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 골격 근육 단백질 α-액티닌-3(α-actinin-3; ACTN3)을 코딩하는 유전자에 대하여 개체를 지노타이핑(genotyping)하는 방법에 관한 것이다. 다른 일면에 있어서, 상기 ACTN3 유전자형은 단일 뉴클레오타이드 다형(single nucleotide polymorphism; SNP) 부위 1747 C > T에 대하여 측정된다.

운동 역량에 대한 경쟁이 증대되는 환경에서, 엘리트(elite) 운동 선수(athlete)가 될 잠재력을 가지는 개체를 조기에 감정함으로써, 노력 시 최고 성능에 도달함에 있어 우위를 차지할 수 있도록 하는, 재능 검색 프로그램(talent search program)이 부상하고 있다. 이러한 재능 검색 프로그램은 현재, 착수하고자 하는 트레이닝의 유형뿐 아니라, 특정 스포츠로부터의 가능한 요구에 의해 결정되는, 실제 역량 데이터 및 표현형질적 예측값(phenotypic predictors)을 기준으로 한다. 현재의 트레이닝 프로그램 및 재능 검색 표준(talent search criterion)의 한가지 취약점은, 개체가 이미 그의/그녀의 역량 잠재력에 도달하였는지의 여부, 및 그리하여 추가의 트레이닝에 대하여 최적으로 반응할 수 없는지의 여부를 측정하는 능력이 없다는 것이다.

특히 지리학적으로 넓은 면적에 상대적으로 작은 인구 기반(population base)을 가지는 국가와 관련하여, 현재의 재능 검색 프로그램의 또 다른 취약점은 선별(selection) 기회에 있다. 스포츠 시설 및 코칭 시설(coaching facility)에 대한 광범위한 접근이 가능한 환경에서 훈육된 개체는, 상대적으로 격리된 장소에서 거주하거나, 또는 그 외에 혜택을 받지 못하는 환경에서 자란 잠재력을 가지는 젊은 사람보다, 성공을 달성할 가능성이 보다 크고, 따라서 코치 및 인재 스카우트의 주목을 받을 가능성도 보다 크다. 유사하게, 조정(rowing)과 같은 하위 프로필 스포츠에서 월등한 잠재력을 가지는 개체는 단순히 이들 스포츠 프로그램이 대부분의 학교에서 거의 활용 가능하지 않다는 점에서 간과될 수 있다. 또한, 이는 조기 발굴(identification) 및 참여(participation)의 기회를 감소시키며, 이로 인해 코치 및 인재 스카우트에서 간과될 수 있다. 이는, 잠재적인 엘리트 운동 선수는 조기에 선별되어, 관련 트레이닝 프로그램으로 인도되는 것이 바람직하다는 점에서, 오스트레일리아 스포츠 연맹(Australian Institute of Sport; AIS)과 같은 스포츠 기관(sporting organization)이 직면한 딜레마이다.

일부 생리학적 특성(physiological trait)에 대한 유전자형(genotype) 또는 유전자형 마커(genotypic marker)의 연계(linkage) 또는 연관성(association)이, 엘리트 운동 선수에 기여하거나, 또는 엘리트 운동 선수의 역량을 감소시킬 수 있다는 가능성이 존재한다. 그러한 방법은 엘리트 운동 선수의 잠재력을 가지는 개체의 선별을 조력하는 DNA 스크린(screen)의 개발을 가능하게 할 수 있다. 그러한 스크린은 현재의 재능 검색 프로그램에 있어 몇몇 선별 한계를 극복하는 데 도움이 될 수 있다. 또한, 그러한 스크리닝 방법은 개체의 트레이닝 프로그램에 있어서, 혹여 작을 수는 있으나, 결정적인 차이를 만들 수 있는 개체 및 경우를 인지하는 데 도움이 될 수 있다.

α-액티닌은, 다이스트로핀(dystrophin) 및 스펙트린(spectrin)과 관련된 액틴-결합 단백질(actin-binding protein)의 한 부류이다 (Blanchard, A. et al., Journal of Muscle Research & Cell Motility, 10, 280-289, 1989). 골격 근육 내에서, 상기 부류의 일원인 α-액티닌-2 및 α-액티닌-3은 근육 원섬유절(sarcomeric) Z-라인(line)의 주된 구조적 성분로서, 구조적 방식으로 정박된 액틴-함유 미세 필라멘트(anchor actin-containing thin filament)이다 (Beggs, A. H. et al., Journal of Biological Chemistry, 267, 9281-9288, 1992). 그러나, 최근 연구 보고에서, 골격 근육 내의 α-액티닌에 대한 부가적인 역할이 제안되었다.

근육 원섬유절성 α-액티닌은 기타 미세 필라멘트, 및 네불린(nebulin), 마이오틸린(myotilin), CapZ, 및 마이오제닌(myozenin)을 포함하는 Z-라인 단백질(Nave, R. et al., FEBS Letters, 269, 163-166, 1990, Papa, I. et al., Journal of Muscle Research & Cell Motility, 20,187-197, 1999, and Salmikangas, P. et al., Human Molecular Genetics, 8, 1329-1336, 1999), 중간 필라멘트 단백질(intermediate filament protein), 사이네민(synemin) 및 빈큘린(vinculin)(Bellin, R. M. et al., Journal of Biological Chemistry, 274, 29493-29499, 1999, and McGregor, A. et al., Biochemical Journal, 301, 225-233, 1994), 횡문근형질막 단백질(sarcolemmal membrane protein), 다이스트로핀(dystrophin) 및 β1 인테그린(integrin)(Hance, J. E. et al., Archives of Biochemistry & Biophysics, 365, 216-222, 1999, and Otey, C. A. et al., Journal of Biological Chemistry, 268, 21193-21197, 1993)에 결합하는 것으로 확인되었다. 결합에 대한 이러한 연구 결과들은, α-액티닌이 미세 필라멘트 조직화(organization) 및 근육 원섬유절 세포 골격(cytoskeleton)과 근육막(muscle membrane) 사이의 상호 작용에 있어 역할을 수행함을 시사한다. 또한, 근육 원섬유절성 α-액티닌은, 포스파티딜 이노시톨 4,5-비스포스페이트(phosphatidyl inositol 4,5-bisphophate)(Fukami, K. et al., Journal of Biological Chemistry, 269, 1518-1522, 1994), 포스파티딜 이노시톨 3 카이나아제(phosphatidyl inositol 3 kinase)(Shibasaki, F. et al., Biochemical Journal, 302, 551-557, 1994), 및 PDZ-LIM 어댑터 단백질(adaptor protein)(Pomies, P. et al., Journal of Cell Biology, 139, 157-168, 1997, and Pomies, P. et al., Journal of Biological Chemistry, 274, 29242-29250)에 결합하며, 이는 이들이 근육 섬유 분화(myofiber differentiation) 및/또는 수축(contraction)의 조절에 관여함을 시사한다.

인간에 있어서, α-액티닌-2의 유전자인 ACTN2는 모든 골격 근육 섬유 내에서 발현되는 한편, α-액티닌-3을 발현시키는 ACTN3의 발현은 타입 2 (급속) 섬유(type 2 (fast) fiber)의 서브세트(subset)에 제한되어 있다 (North, K. N. et al., Nature Genetics, 21, 353-354, 1999). 최근, α-액티닌-3이 인간 모집답 범위에서 대략 18%의 개체에 대하여 부재 상태임 입증된 바 있다. 조기 종결 정지 코돈(premature stop codon)(577X)에 대한 동종 접합성(homozygosity)은, 오늘날까지 동정된 실제 α-액티닌-3 결핍 상태의 모든 경우에 대하여 설명해준다. 577X와의 연계 불균형(linkage disequilibrium) 시 부가적인 다형(523R)이 발생하나, 577R과의 커플링(coupling)에 있어서 이종 접합 시 발현되는 경우 유해한 효과가 발휘되는 것으로 여겨지지는 않는다. 나아가, α-액티닌-3의 부재는 명확한 질병 표현형과 관련이 없으며, 이는 ACTN3이 인간 내에 과다하게 존재함을 시사한다 (North, K. N. et al., 1999 Nature Genetics 21: 353-354).

기능적 과잉(functional redundancy)은 2개의 유전자가 중첩된 기능을 수행함으로써, 상기 유전자들 중 하나가 불활성화(inactivation)되는 경우에도 표현형에 대하여 거의 또는 전혀 영향을 주지 않도록 한다 (reviewed in Nowak, M. A. et al., Nature, 388,167-171, 1997). 인간 골격 근육 내에서, α-액티닌-2의 발현은 α-액티닌-3의 발현과 완전히 중접된다. ACTN2 및 ACTN3은 또한 80%의 동일성 및 90% 유사성을 가지며(Beggs, A. H. et al., 1992, supra), α-액티닌-2 및 α-액티닌-3은 시험관내 및 생체내에서 헤테로다이머(heterodimer)를 형성할 수 있으며, 이는 상기 두 골격 근육 α-액티닌 이성형(isoform) 사이에 구조적 유사성이 존재하며, 유의한 기능적 차이가 없음을 시사한다 (Chan, Y. et al., Biochemical & Biophysical Research Communications, 248, 134-139, 1998). 이를 통해, α-액티닌-2가, 인간의 타입 2 (급속) 섬유 내에서 α-액티닌-3의 부재를 보정할 수 있다는 가설이 성립된다.

본원에 첨부한 도면들은 본원 명세서의 일부를 형성하며, 본 발명의 특정 일면들을 보다 명확히 예증하기 위하여 포함된다. 본 발명은 본원에 제시된 특정 일면들에 대한 상세한 설명과 함께, 이들 도면의 하나 이상을 참조함으로써 보다 잘 이해될 수 있을 것이다.

도 1은, 대조군, 엘리트 전력 질주/파워 운동 선수, 및 엘리트 지구력 운동 선수에 에서의 ACTN3 유전자형 빈도를 예시하는 도면.

표 1: 특정 훈련을 받은 코카서스인 엘리트 운동 선수에 있어서의 ACTN3 내의 R577X SNP의 유전자형을 제시함.

표 2: 대조군 및 엘리트 전력 질주/파워 및 지구력 운동 선수에 있어서의 ACTN3 대립 유전자의 개수 및 빈도(%)에 대하여 테스트된 개개의 결과에 대한 요약 정리를 나타냄.

표 3: NCBI SNP 웹사이트로부터 입수한, 지금까지 ACTN3 유전자 내에서 동정된 SNP 리스트를 나타냄.

표 4: 2002 Human Gene Map for Performance and Health-Related Fitness Phenotypes의 핵(nuclear) 및 미토콘드리아(mitochondrial) 유전자의 기호, 전체 명칭(full name), 및 세포내 위치(cytogenic location)를 나타냄.

표 5: 지구력 표현형 및 케이스 통제(case-control) 연구 결과(DNA 다형)를 나타냄.

표 6: 상이한 인간 모집군에 있어서의 ACTN3 577/R/X 대립 유전자의 유전자형 및 대립 유전자 빈도를 나타냄.

발명의 개요

인간에 있어서, ACTN3 및 ACTN2의 명확한 기능적 과잉에도 불구하고, 오스트레일리아인 엘리트 운동 선수 및 유명한 코카서스인(Caucasian) 전력 질주 운동 선수(특히, 단거리 달리기 선수, 수영 선수, 및 사이클 선수) 연합의 유전자형 스크린 결과, 전반적으로 오스트레일리아인 모집군은 코카서스인 모집군에 비하여 상기 ACTN3 조기 종결 정지 코돈 577X 돌연변이(즉, ACTN3 무효(null) 돌연변이, 577XX)에 대하여 매우 낮은 빈도의 동종 접합성을 나타내었다. 따라서, ACTN3 유전자형에 대한 스크리닝은, 전력 질주형 스포츠 및 종목에서 엘리트 역량에 대한 잠재력을 가지는 젊은 개체의 선발에 상당한 도움을 줄 것이다. 또한, 상기 유전자형 스크린 결과는, 577XX 유전자형의 빈도가 코카서스인 엘리트 지구력 운동 선수의 경우 상대적으로 높음을 보여준다. 따라서, ACTN3 577XX 유전자형의 스크리닝 방법은, 지구력 스포츠 및 종목에 있어서 엘리트 역량에 대하여 잠재력을 가지는 젊은 개체의 동정에 도움을 줄 수 있다.

본 발명은 운동 잠재력에 대하여 개체를 스크리닝하는 시험관내 방법을 제공함으로써 당 기술 분야에 있어서의 요구를 해결한다. 일면에 있어서, 한 개체의 유전자형은 상기 유전자 ACTN3에 대하여 측정될 수 있다. 다른 일면에 있어서, mRNA 또는 단백질이 타입 2 골격근으로부터 분리되며, ACTN3의 존재 또는 부재에 대하여 분석된다. 다른 일면에 있어서, 개체들은 혈액 또는 구강 스웝(buccal swab) 샘플로부터 DNA를 분리하고, 상기 DNA는 증폭되어, 상기 ACTN3 유전자 내의 조기 정지 코돈(577X)의 존재 또는 부재에 대하여 분석함으로써, 동정된다. 다른 일면에 있어서, 본 발명은 ACTN3의 스크리닝 및 기타 유전자적 및 생리학적 테스트를 조합함으로써 운동 잠재력에 대하여 개체를 스크리닝하는 방법을 제공한다. 나아가, 이상에 제시한 방법들은, 유전자적 평가(assessment), 생리학적 테스트, 물리학적 측정, 및/또는 심리학적 평가에 의하여 개인 운동 선수에 대하여 보다 잘 연구된 트레이닝 프로그램(들)의 개발에 제공된다.

다른 일면에 있어서, 본 발명은 엘리트 운동 잠재력에 대하여 개체를 스크리닝하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 예를 들어, 개체로부터 적합한 근육 세포 샘플을 수집하는 단계; 및 상기 샘플 내에서 α-액티닌-3 단백질 및/또는 그러한 단백질을 코딩하는 메신저(messenger) RNA를 검출하는 단계에 의하여 실시된다.

특정 일면에 있어서, 본 발명은 특정 표현형의 존재 또는 부재를 예측하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은, 개체로부터 핵산 샘플을 수득하는 단계; 및 본원에 개시된 핵산 분자의 특이적인(예를 들어, 다형(polymorphic)) 부위에서 하나 이상의 염기(뉴클레오타이드)의 동일성(identity)을 측정하는 단계를 포함하며, 상기 핵산 분자의 특이적인 부위에 있어서의 특정 염기의 존재는 특정화된 표현형과 상관성이 있으며, 이를 통해 상기 개체 내의 상기 표현형의 존재 또는 부재의 존재, 부재, 또는 가능성을 예측할 수 있다.

정의

본 명세서에 사용된 바와 같이, "단수로서 표현된 용어(a/an)"는 해당 용어에 대하여 하나 또는 그 이상을 의미할 수 있다. 본원 청구의 범위에 사용된 바와 같이, "포함(comprising)"이라는 용어와 함께 사용되는 경우, "단수로서 표현된 용어"는 해당 용어에 대하여 하나 또는 그 이상을 의미할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, "또 다른 하나(another)"란 용어는 둘 또는 그 이상을 의미할 수 있다.

"엘리트 운동 선수(elite athlete)" 또는 그의 어미 변환어는, (예를 들어, 운동 선수들로 하여금 주내, 국내, 및/또는 국제 수준의 스포츠 경기에서 경쟁할 수 있도록 하는) 지구력(endurance), 속력(speed), 및/또는 체력(strength)의 측면에서 가장 높은 수준을 성취하는 운동 선수를 일컫는다.

본원에 사용된 바와 같이, "SNP" 또는 "단일 뉴클레오타이드 다형(single nucleotide polymorphism)"이란 용어는 유기체(organism)(예를 들어, 인간) 게놈 내의 특정 위치에서의 단일 염기의 변화를 일컫는다.

상세한 설명

이하에서는, 예를 들어, 본 발명의 다양한 일면들을 예시하기 위하여 방법에 대한 여러 일면을 예로 들어 설명한다. 그럼에도, 당업자라면, 이러한 다양한 일면들을 실시하는 데에 있어, 본원에 약술한 특이적인 세부 사항들의 전체 또는 일부의 활용이 요구되지 않음이 자명한 바임을 이해할 것이다. 몇몇 경우에 있어, 공지된 방법들 또는 구성 성분들은 본원에 포함되지 않는다.

운동 잠재력에 대하여 개체를 스크리닝하는 방법 및 조성물이 개시된다. 일면에 있어서, 본 발명은, ACTN3 단백질 및/또는 mRNA의 존재 또는 부재에 대하여 개체를 스크리닝하는 방법을 개시한다. 본 발명의 다른 일면에 있어서, ACTN3 유전자형 변이(variation)의 존재 또는 부재에 대하여 개체를 스크리닝하는 방법이 개시된다. 본 발명의 다른 일면에 있어서, 577RR, 577XR, 또는 577XX와 같은 특정 ACTN3 유전자형의 존재 또는 부재에 대하여 개체를 스크리닝하는 방법이 개시된다. ACTN3 단백질의 동정(identification)은, 단백질의 수준(예를 들어, 항체들 등)을 직접 측정하거나, 또는 상기 단백질의 수준을 간접적으로 측정함으로써 달성될 수 있다.

ACTN3 다형 및 기타 유전자 변이

인간에 있어서의 공통 다형은, 단지 타입 2 (급속) 섬유 내에만 존재하는, 골격 근육 단백질 α-액티닌-3(ACTN3)을 코딩하는 유전자 내에서 동정된 바 있다. 3개의 가능한 유전자형 577RR(정상형으로 발현되는 α-액티닌-3), 577RX(이종 접합형(heterozygous)-α-액티닌-3 제시), 및 577XX(골격 근육 내의 동종 접합형(homozygous) 무효-무(null-no) α-액티닌-3)이 동정되어 있다. 대립 형질 빈도는 상이한 인종 그룹(ethnic group)에 따라 가변적이다(즉, 아프리카의 줄루인(African Zulus)의 ~1%가 α-액티닌-3 결핍인 데 비하여, 코카서스인은 약 18%가 α-액티닌-3 결핍임)(표 3 참조). 서아프리카인 및 아프리카 아메리카인???. 하기 실시예에서 논의된 바와 같이, 코카서스인 엘리트 전력 질주/파워 운동 선수들에 있어서, 상기 577XX 유전자형의 빈도는 매우 낮다. 따라서, ACTN3 577RR 유전자형에 대한 스크리닝 절차는, 예를 들어, 전력 질주형 또는 파워형 스포츠 및 종목에 있어서의 엘리트 역량에 대한 잠재력을 가지는 젊은 코카서스인 개체를 동정하는 데에 도움을 줄 수 있다. 반면, 코카서스인 엘리트 지구력 운동 선수의 경우에는, 577XX 유전자형의 빈도가 상대적으로 높다. 따라서, ACTN3 577XX 유전자형에 대한 스크리닝 절차는, 예를 들어, 지구력 스포츠 및 종목에 있어서의 엘리트 성능에 대한 잠재력을 가지는 젊은 코카서스인 개체를 동정하는 데에 도움을 줄 수 있다. 나아가, 표 6은 상이한 인간 모집군 내에서 ACTN3 577R/X 대립 유전자의 유전자형 및 대립 유전자 빈도를 예시한 것이다. 표 6 및 표 2에 따르면, 스크리닝된 아프리카계 흑인(즉, 줄루인)은 극히 낮은 577XX 개체수를 갖는다. 따라서, 577XX 유전자형을 검출하는 아프리카인계 흑인 모집군(및, 아마도, 관련된 서아프리카인 및 아프리카계 아메리카인)에 있어서의 ACTN3의 스크리닝은 지구력 잠재 능 력을 가지는 개체를 동정하는 데 있어 유용한 것으로 입증될 수 있다. 일면에 있어서, ACTN3 대립 유전자 (예를 들어, 577R, 577X)의 스크리닝 방법은 그 단독으로 또는 또 다른 스크리닝 방법들과 조합되어, 엘리트 전력 질주/파워 잠재력(예를 들어, 트랙(track) 전력 질주 선수, 단거리 수영 선수(short distance swimmer), 및 트랙 사이클 선수(track cyclist)로서의 잠재력)을 가지는 젊은 개체의 선별에 이용되거나, 또는 적어도 그러한 선별을 조력하는 데에 이용될 수 있다.

기타 유전자들 또한 전력 질주/파워 운동 역량 및/또는 지구력 운동 역량에 대하여 유리한 작용을 한다. 예를 들어, 안지오텐신-전환 효소(angiotensin-converting converting; ACE)는 2개의 대립 유전자, I 및 D를 가지는 것으로 보고되어 있으며, 이들 대립 유전자는 운동 역량에 영향을 준다. 상기 I 대립 유전자는 혈청 및 조직 모두에 있어서 낮은 ACE 활성과 관련이 있다 (Reider et al., "Sequence variation in the human angiotensin converting enzyme." Nat Genet, 1999 vol. 22 pp59-62). 엘리트 지구력 운동 선수의 경우에는, 상기 I 대립 유전자의 빈도가 증가되어 있는 것으로 보고된 바 있다 (Gayagay et al. 1998 "Elite endurance athletes and the ACE I allele; the role of genes in athletic performance". Hum Genet 103: 48-50; Montgomery et al. 1998 Human gene for physical performance. Nature 393: 221-222; Myerson et al. 1999 Human angiotensin 1-converting enzyme gene and endurance performance. J Appl Physiol 87: 1313-1316; Nazarov et al. 2001 The angiotensin converting enzyme 1/D polymorphism in Russian athletes Eur J Hum Genet 9: 797-801). 역으로, ACE D 대립 유전자의 증가된 빈도는 엘리트 전력 질주 성능과 관련이 있는 것으로 보고되어 있다 (Myerson et al. 1999 Human angiotensin 1-converting enzyme gene and endurance performance. J Appl Physiol 87: 1313-1316; Nazarov et al. 2001 The angiotensin converting enzyme LID polymorphism in Russian athletes Eur J Hum Genet 9: 797-801; Woods et al. 2001 Elite swimmers and the D allele of the ACEI/D polymorphism. Hum Genet 108: 230-232).

인간 및 기타 척추동물에 있어서 물리적 성능의 발달에 대하여 제한을 가하는, 전력 질주 및 지구력 속성(attribute) 사이의 흥정(tradeoff)이 있을 수 있다 (Garland et al. 1990 "Heritability of locomotor performance and its correlates in a natural population" Experientia 46: 530-533). 이는 세계적 수준의 10위권 내에 속하는 운동 선수로부터 수집한 데이터에 의해 지지되며, 이는 (폭발적인 파워 및 급속 피로-감수성(fatigue-susceptible) 근육 섬유에 따라 좌우되는) 100 m 전력 질주, 투포환(shot-put), 넓이 뛰기(long-jump), 및 110 m 허들(hurdle)에 있어서의 역량이, (지구력 및 피로-내성 저속 섬유 활동(fatigue-resistant slow fober activity)을 요하는) 1,500 m 레이스에 있어서의 역량과 네거티브하게 상관성이 있음을 제시한다 (Van Damme et al. 2002 Performance constraints in decathletes. Nature 415: 755-756). 이는, 한 개체가 두 분야(전력 질주/파워 대 지구력) 중 단지 한 분야에서만 전문적인 역량을 가지는 경향이 있을 수 있음을 시사한다. 본 발명의 특정 일면에 있어서, ACTN3에 대한 스크리닝 테스트는, 기타 성능 관련 유전자에 대한 하나 이상의 유전자적 테스트와 조합될 수 있다. 그러한 테스트는, 당 기술 분야에서 전력 질주/파워 및/또는 지구력 성능과 관련되어 있는 것으로 알려져 있는 임의의 유전자를 포함할 수 있다 (예를 들어, 본 발명에 참고로 인용된 하기 문헌들 참조: Rankinen et al. 2002, "The human gene map for performance and health-related fitness phenotypes: the 2001 update" Med. Sci. Sports Exerc. 34: 1219-33; Perusse et al. 2003, "The human gene map for performance and health-related fitness phenotypes: the 2002 update" Med. Sci. Sports Exerc. 35: 1248-1264).

역량 및 건강과 관련된 적격(fitness) 표현형에 대한 연구 내용을 정리한 2개의 연구가 보고되어 있다 (Rankinen et al. 2002; Perusse et al. 2003). 인간의 역량 및 건강과 관련된 적격 유전자 지도(fitness gene map)는 상기 2022년 논문의 도 1에 제시되어 있다. 상기 지도는, 운동-관련 표현형과의 연관성 또는 연계를 나타내는 모든 유전자의 세부 사항 및 QTL(quantitative trait loci)를 포함한다. 염색체(chromosome) 및 그들의 부위(region)는 메릴랜드 베테스다(Bethesda, MD) 소재의 국제 건강 기구(National Institutes of Health)인 National Center for Biotechnology Information(NCBI)의 인간 게놈 웹 사이트(Human Genome web site)의 유전자 지도(Gene Map)로부터 입수한 것이다. ACTN3 스크리닝과 관련하여 사용된 잠재력의 유전자의 유전자 자리 약어(abbreviation) 및 전체 명칭은 표 4에 정리되어 있다. 일면에 있어서, 표 4에서 언급된 하나 이상의 유전자들의 분석 결과는, 개체의 엘리트 운동 잠재력을 예측하는 데에 있어, 해당 개체의 ACTN3 유전자에 대한 평가 결과와 함께 사용될 수 있다.

표 5는 지구력 운동 선수 및 앉아서 일하는 대조군(sedentary control) 사이의 알파-2A-아드레날린성 수용체(Alpha-2A-adrenergic receptor; ADRA2A) 및 안지오텐신 1 전환 효소(Angiotensin 1 converting enzyme; ACE) 유전자들의 대립 유전자들 및 유전자형 빈도에 대한 연구 결과(Perusse et al., 2003)를 정리한 것이다. 표 5는 지구력 운동 선수 및 앉아서 일하는 개체 사이의 차이를 예시한 것이다. 본 발명의 일면에 있어서, 잠재적 엘리트 운동 선수의 ACTN3 유전자형에 대한 조사는, 개체의 운동 잠재력을 정확하게 예측하기 위하여, 상기 ADRA2A 유전자형 및/또는 상기 ACE 유전자형의 평가 중 하나와 조합될 수 있다. 다른 일면에 있어서, 운동 선수의 ACTN3 유전자형에 대한 평가는, 해당 운동 선수에 대한 트레이닝 레지멘(training regimen)을 주문 제작하기 위하여, 상기 ADRA2A 유전자형 및/또는 상기 ACE 유전자형 및/또는 기타 생리학적 평가(예를 들어, VO₂ max 등) 중 하나와 조합될 수 있다.

ACTN3 및 ACTN2의 진화론적 분기

인간 이외의 영장류(primates)를 지노타이핑한 결과, 577X 무효 돌연변이가 인간 내에서 발생하기 쉬운 것으로 확인되었다. 마우스 게놈은 4개의 인간 유전자들에 대하여 진화론적으로 보존된 부위(evolutionarily conserved region)에 대하여 모두 맵핑된, 4개의 오르토로그(orthologue)를 함유한다. 쥐과(murine) ACTN2 및 ACTN3은, 배아 발생(embryonic development) 과정 동안 공간적으로(spatially) 및 시간적으로(temporally) 차별적 발현되며, 인간과는 대조적으로, α-액티닌-2 발현은 출생 후 골격 근육(postnatal skeletal muscle) 내에서 α-액티닌-3과 완전히 중첩되지 않으며, 이는 독립적인 기능이 있음을 시사한다. 나아가, 인간, 마우스, 및 닭의 α-액티닌 유전자들의 서열을 비교한 결과, ACTN3이 장기간의 진화 기간에 걸쳐 보존되어 왔음이 확인되었으며, 이는 상기 유전자의 지속된 기능에 의하여 부여되는 진화 속도에 대하여 속박을 가한다. 이러한 연구 결과들은, 인간 모집단뿐 아니라 기타 동물들에게도 적용되므로, 유전자적 과잉(genetic redundancy)의 이론적 모델을 테스트하는 데 있어서의 실제적인 틀(framework)을 제공한다 (Mills et al., "Differential Expression of the Actin-binding Proteins, α-actinin-2 and α-actinin-3, in Different Species: Implications for the Evolution of Functional Redundancy" 2001 Hum Mol Gene 13: 1335-1346).

577X 대립 유전자(및 577X와의 강력한 결합 불균형(linkage disequilibrium) 시 발생하는 523R 대립 유전자)의 기원(origin)을 측정하기 위하여, (25×10⁶년 전 인간 혈통으로부터 분기된) 36마리의 비혈연 관계의 개코 원숭이(baboon) 및 (5×10⁶년 전 인간 혈통으로부터 분기된) 33마리의 비혈연 관계의 침팬지(chimpanzee)에 대하여 지노타이핑하였다. 69마리의 비인간 영장류 모두, 엑손(exon) 15(523Q) 및 16(577R) 내에 "정상형(wild-type)" 대립 유전자들에 대하여 동종 접합형이었으며, 이는 상기 다형들이 인간 및 침팬지 혈통의 분리 후 기원되었거나, 또는 이들이 비인간 영장류 내에서 매우 낮은 빈도를 가짐을 시사한다 (Mills et al., 2001).

마우스의 경우에 있어서, 마우스 ACTN2 및 ACTN3 사이의 유사성은 인간 ACTN2 및 ACTN3 사이의 유사성과 동일한, 즉 88% 유사성 및 79% 동일성을 갖는다. 마우스 단백질들은 동일 선상에 존재하며, 인간 단백질, 하나의 N-말단 액티닌-결합 도메인(N-terminal actinin-binding domain), 4개의 중심 반복적 도메인(central repeat domain), 및 C-말단 EF-핸드(hand)와 동일한 기능적 도메인을 갖는다 (Mills et al., 2001).

닭의 경우에는 단지 하나의 골격 근육 ACTN 유전자만이 존재하는 반면, 마우스 게놈은 4개의 인간 유전자들에 있어 진화론적으로 보존된 신테닉 부위(syntenic region)에 대하여 모두 맵핑된, 4개의 오르토로그를 함유한다. 마우스 및 인간 ACTN2 및 ACTN3 사이의 서열을 비교한 결과는, α-액티닌의 진화가 기타 유전자들에 비하여 느리게 진행되어 왔음을 시사한다. ACTN3 내에서의 낮은 치환(substitution) 속도는, 이 유전자 내에서의 본질적으로 낮은 돌연변이 속도에 기인하지 않는 것으로 여겨진다 (Mills et al., 2001).

토끼 및 돼지(pig)와 같은 기타 포유류에 있어서는, α-액티닌의 급속 또는 저속 근육-특이성 이성형도 존재하나, 아직까지 책임이 있는 유전자(들)가 분리된 바는 없다. 그러나, 2종의 근육 원섬유절성 α-액티닌 유전자들의 존재는 포유류에 한정된다.

포유류에 있어서는, 상기 유전자의 두 복사체 모두가 현존하며, 인간 및 마우스 ACTN2 및 ACTN3 서열을 비교한 결과, 상기 유전자들은 포유류 진화 전반에 걸쳐 고도로 보존되어 왔음이 확인되었다 (Mills et al., 2001).

엘리트 운동 역량 및 말(horse)

말은, 일부 개 및 낙타 이외에, 운동 역량을 위하여 사육되거나, 보관되거나, 또는 매매되는 극히 소수의 동물 중 하나이며, 따라서 이는 역량과 상관성이 있기 때문에, 유전자 발현을 연구하기 위한 또 다른 하나의 모델이 된다. 예를 들어, ACTN3의 보존(conservation), 운동 잠재력에 대한 인간에 있어서의 운동 마커(athletic marker), 및 종(species)에 걸친 ACTN2 유전자가 이미 밝혀져 있다. 말의 경우에는 아직까지 등가의 유전자가 동정되지 않았음에도 불구하고, ACTN3과 유사한 유전자가 말에게도 존재할 가능성이 매우 높으나, 아직까지 검출된 바는 없다. 본 발명의 몇몇 일면에 있어서, 말들은 ACTN3-유사 유전자에 대하여 스크리닝될 수 있다. 다른 일면에 있어서, 경마 경기에서 경쟁하도록 조련된 말과 같은 경주용 말은 ACTN3-유사 유전자에 대하여 스크리닝될 수 있다. 대안적으로, 폴로용 조랑말(polo pony) 및 배럴 경주용 말(barrel racing horse)과 같은, 막대한 파워의 전력 질주가 요구되는 말들 또한, ACTN3-유사 유전자의 차별적인 발현에 대하여 스크리닝될 수 있다. 전력 질주용 말은 지구력 말보다 다소 상이한 유전자를 발현시키며, 따라서 ACTN3-유사 유전자의 분석 결과는 말에 있어서 엘리트 운동 잠재력의 척도(indicator)일 수 있을 것으로 여겨진다. 인간 운동 선수들에게서 확인된 바와 유사하게, 미소한 변화(minor change)에 대한 유전자 스크리닝, 예를 들어, 특이적인 뉴클레오타이드 서열(예를 들어, SNP 부위, 결실(deletion) 또는 삽입(insertion))의 존재 또는 부재에 대한 유전자 스크리닝은, 말과 같은 동물의 경우에 있어서 엘리트 운동 잠재력의 중요한 척도일 수 있다. ACTN3-유사 유전자는, 기타 종들에서의 ACTN3과 동일한 기능을 가지는 유전자로서, ACTN3 유전자와 서열 유사성을 갖는다.

이전의 연구 결과들은, 말과(equine) 안지오텐신-전환 효소 유전자가, 말의 운동 역량에 대한 이상적인 후보 유전자일 수 있음을 암시한다. 상기 유전자의 인간 변이체(variant)는, 엘리트 지구력 운동 선수의 증가된 운동 능력 및 트레이닝에 대한 증가된 동화작용 반응(anabolic response)과 관련 있는 다형성 마커(polymorphic marker)를 함유한다 (Ellis et al., Characterization of the Equine Angiotensin-converting Enzyme" 7th World Congress on Genetics Applied to Livestock Production, August 19-23,2002, Montpellier, France Session 05. Horse breeding Abstract ofN 05-07 GENE. N°: A. I. Tammen, F. W. Nicholas and H. W. Raadsma. ReproGen, University of Sydney, Camden, Australia). 오늘날까지, 말에 대하여, 상기 ACE 발현과 엘리트 운동 역량의 상관성은 밝혀지지 않았다.

당나귀에 대하여, 상기 유전자의 상이한 발현이 동정된 바 있으나, 상기 유전자의 존재 또는 부재 및 운동 능력의 상관성을 지적하는, 말과 둔근 중간 근육(equine gluteus medius muscle) 내의 마이오신 중쇄 유전자(myosin heavy-chain gene; MyHC)에 대한 연구를 포함하는 그 밖의 연구 결과는, 아직까지 역량과 상관성이 없다 (Eizema et al., Differential Expression of Equine Myosin heavy-chain mRNA and Protein Isoforms in a Limb muscle" J Histochem Cytochem 2003 Sept; 51 (9): 1207-1216).

말의 엘리트 운동력 능력을 보다 적합하게 조기에 입수하기 위하여, 말에게서, ACTN3-유사 유전자의 분석 및 기타 생리학적 및 유전자적 매개 변수를 측정할 수 있을 것으로 여겨진다. 말은, 보다 만족스러운 유전자적 매치(match)를 동정하기 위한 사육 목적으로 이들을 이용하기 전에 사전-스크리닝될 수 있을 것으로 여겨진다. 나아가, 당나귀가 태어나기 이전에, 해당 당나귀의 운동 잠재력을 평가하기 위하여, 자궁(uterus) 내의 당나귀를 스크리닝할 수도 있다. 그러한 스크리닝으로부터 얻어진 정보는, 말(낙타, 개 등)의 사육자(breeder) 및 투자자(investor)로 하여금, 조기 개발 단계에 동물의 잠재력을 동정하는 데 있어서 뿐 아니라, 막대한 양의 시간적 및 금전적 절약을 제공한다. 인간에서와 같이, 말의 유전자형 스크리닝으로부터 얻어진 정보 및 기타 매개 변수(혈통(bloodline) 등)는, 잠재적인 엘리트 운동 선수의 동정 및/또는 특정 동물(예를 들어, 폴로용 조랑말)에 대한 보다 좋은 트레이닝 연대(regiment)의 설계에 도움이 될 수 있다.

단일 뉴클레오타이드 다형(SNP)

다양한 일면에 있어서, 본 발명은 다형 또는 유전자적 변이(예를 들어, SNP)와 표현형 사이의 상관성을 측정하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 다음과 같은 단계들을 포함한다:

a) 개체(들)의 표현형 측정, 및 다형을 검출하는 검출 분석 평가(detection assay)를 위하여, 하나 이상의 개체로부터 수득한 샘플, 가능하게는 하나 이상의 개체로부터 수득한 의학적 이력(medical record)을 제공하는 단계;

b) 적어도 하나의 다형의 존재 또는 부재가 확인 가능한 조건 하에서 샘플을 검출 분석 평가에 제시하는 단계; 및

c) 상기 개체의 적어도 하나의 다형 및 상기 표현형 사이의 상관성을 측정하는 단계.

관심 부위(예를 들어, 관심 유전자 변이를 함유하는 부위) 내의 핵산은 적합한 방법을 이용하여 분석 평가될 수 있으며, 그러한 적합한 방법으로는 이들로 제한되지는 않으나, 방사 활성 마커(radioactive marker) 뉴클레오타이드를 이용한 수동 서열 결정(manual sequencing), 또는 자동화된 서열 결정(automated sequencing)이 포함된다. 상기 서열은 조사될 수 있으며, 주어진 SNP 또는 돌연변이는 측정될 수 있다. 유전자의 특정 SNP 부위(들)(예를 들어, ACTN3의 1747 C > T)는, 개체의 운동 잠재력을 평가하거나, 또는 그 개체에 대한 트레이닝 레지멘(regimen)을 변경하기 위하여, 특정 유전자 내의 존재, 부재, 또는 변화를 평가하는 데 사용될 수 있다. ACTN3에 대한 공지된 SNP는 표 3에 제시하였다. 본 발명의 다양한 일면에 있어서, 상기 ACTN3 유전자의 1747 C > T SNP에 대한 스크리닝은, 이들로 제한되지는 않으나, 표 3에 제시된 임의의 SNP를 포함하는 상기 ACTN3 유전자 내의 임의의 기타 공지된 다형에 대한 스크리닝과 조합될 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 실시에 사용 가능한 기타 SNP은, 예를 들어, 본 발명에 참고로 인용된, 공개된 미국 특허 출원 번호 801274, 공개 번호 20020032319의 표에 개시되어 있다. 이들 부분 중 임의의 하나 이상이, 개체의 운동 잠재력을 예측하기 위하여, 개체에 적합한 스포츠 또는 스포츠 종목을 선택 또는 매치하기 위하여(즉, 개체의 성공 기회를 증가시키기 위하여), 및/또는 트레이닝 레지멘을 최적화하기 위하여, ACTN3 유전자의 1747 C > T SNP과 조합되어 분석 평가될 수 있다.

본 발명의 대안적인 일면에 있어서, 유전자 변이에 대한 스크리닝에는, 대립 유전자-특이성 혼성화(hybridization) 분석 평가와 같은 기타 검출 분석 평가가 활용될 수 있다. 혼성화 분석 평가에 있어서, 주어진 SNP 또는 기타 유전자적 변이의 존재 또는 부재는, 상보적인 DNA 분자(예를 들어, 올리고뉴클레오타이드 프로브(oligonucleotide probe))와 혼성화하는 샘플 유래의 DNA의 능력을 기준으로 하여 측정된다. 혼성화 및 검출을 위한 다양한 기술을 이용하는 다양한 혼성화 분석 평가 방법이 당 기술 분야에 공지되어 있으며, 그러한 임의의 공지된 기법들이 본 발명의 방법에 이용될 수 있다. 그러한 분석 평가 방법의 예에 대해서는 이하에서 설명한다.

몇몇 일면에 있어서, 검출 분석 평가에는 DNA 칩 혼성화 분석 평가(DNA chip hybridization assay)가 활용된다. 그러한 분석 평가에 있어서, 일련의 올리고뉴클레오타이드 프로브는 고형 담체(support)에 부착된다. 몇몇 일면에 있어서, 상기 올리고뉴클레오타이드 프로브는 주어진 SNP 또는 돌연변이에 대하여 특이적으로 설계된다. 관심 DNA 샘플을 DNA "칩"과 접촉시킨 후, 혼성화를 검출한다. 특정 SNP 서열에 대하여 특이적인 주문 제작된 DNA 칩을 포함하는 DNA 칩은, Affymetrix(Santa Clara, CA)와 같은 상업적 공급업체로부터 입수 가능하다.

기타 예시적인 일면에 있어서, 다형은 SNP-IT 프라이머 연장 분석 평가(SNP-IT primer extension assay)를 이용하여 검출될 수 있다 (Orchid Biosciences, Princeton, N. J.; e.g., U.S. Pat. Nos. 5,952, 174 and 5,919, 626). 이 분석 평가에 있어서, SNP는, 추정되는 SNP 위치의 하나의 염기에 의하여 DNA 사슬을 선택적으로 연장하기 위하여, 특이적으로 합성된 DNA 프라이머(primer) 및 DNA 폴리머라아제(polymerase)를 이용하여 동정된다. 관심 부위의 DNA가 증폭되고, 변성된다(denatured). 이어서, 마이크로 유체 시스템(microfluidic system)을 이용하여 폴리머라아제 반응이 실시된다. 검출은, SNP 또는 돌연변이 위치일 것으로 추정되는 뉴클레오타이드에 라벨(label)을 첨가함으로써 달성된다. DNA 내로의 라벨의 혼입(incorporation)은 임의의 적합한 방법에 의하여 검출될 수 있다(예를 들어, 상기 뉴클레오타이드가 바이오틴(biotin) 라벨을 함유하는 경우, 검출은, 바이오틴에 대하여 특이적인 형광으로 표지된 항체를 통해 실시됨). 하나 이상의 SNP의 존재 또는 부재를 동정하는 데에는, 기타 상업적 키트가 사용될 수 있다 (예를 들어, Applied Biosystems: SNaPSHOT, Assay-By-Design, Pyrosequencing assays (참조: http://wwwpyrosequencing.com/pages/products96hs. html).

핵산

다양한 일면에 있어서, 본 발명은 DNA, mRNA 또는 cDNA와 같은 핵산 분자의 분리 및 분석 방법을 포함한다. 관심 핵산들은 표적 단백질(예를 들어, ACTN3, ACE 등)의 일부 또는 모두를 코딩한다. 본원에 사용된 바와 같이, "핵산"은 단일-가닥(single-stranded) 및 이중-가닥(double-stranded) 분자, 그리고 DNA, RNA, 화학적으로 변형된 핵산 및 핵산 유사체를 포함한다. 본 발명의 범위 내에 포함되는 핵산은, 전체 길이의 염색체 DNA를 포함하여, 다음과 같은 뉴클레오타이드 잔기(residue)의 길이를 갖는다: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 100, 약 110, 약 120, 약 130, 약 140, 약 150, 약 160, 약 170, 약 180, 약 190, 약 200, 약 210, 약 220, 약 230, 약 240, 약 250, 약 275, 약 300, 약 325, 약 350, 약 375, 약 400, 약 425, 약 450, 약 475, 약 500, 약 525, 약 550, 약 575, 약 600, 약 625, 약 650, 약 675, 약 700, 약 725, 약 750, 약 775, 약 800, 약 825, 약 850, 약 875, 약 900, 약 925, 약 950, 약 975, 약 1000, 약 1100, 약 1200, 약 1300, 약 1400, 약 1500, 약 1750, 약 2000, 약 2250, 약 2500 또는 그 이상.

세포 균질화물(homogenate) 또는 추출물(extract)과 같은 복합체 혼합물들로부터 DNA 및/또는 RNA를 부분적으로 또는 전체적으로 정제하는 방법은, 당 기술 분야에 공지되어 있다 (예를 들어, 하기 문헌 참조: Guide to Molecular Cloning Techniques, eds. Berger and Kimmel, Academic Press, New York, NY, 1987; Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd Ed., eds. Sambrook, Fritsch and Maniatis, Cold Spring Harbor Press, Cold Spring Harbor, NY, 1989). 일반적으로, 먼저 세포, 조직, 또는 핵산을 함유하는 기타 공급원 물질을, 예를 들어, 액체 질소 하에서 동결시킨 뒤, 모르타르(mortar) 및 막자(pestle) 내에서 분쇄함으로써, 균질화한다. 몇몇 조직은, 워링 블렌더(Waring blender), 바이르티스 호모제나이저(Virtis homogenizer), 다운스 호모제나이저(Dounce homogenizer), 또는 기타 호모제나이저를 이용해 균질화될 수 있다. 조제 균질화물들은, 세제를 이용해 추출될 수 있으며, 이용 가능한 세제로는 소듐 도데실 설페이트(SDS), 트리톤(Triton) X-100, CHAPS (3-[(3-콜라미도프로필)-디메틸암모니오]-1-프로판 술포네이트((3-[(3-cholamidopropyl)-dimethylammonio]-1-propane sulfonate), 옥틸글루코사이드(octylglucoside), 또는 당 기술 분야에 공지된 기타 세제가 있다. 공지된 바와 같이, RNase 또는 DNase 저해제(inhibitor)와 같은 뉴크레아제(nuclease) 저해가, 표적(target) 핵산의 분해를 방지하기 위하여 첨가될 수 있다.

추출은 또한, 구아니디늄 이소티오시아네이트 (isothiocyanate isothiocyanate)와 같은 혼돈 성향의 제제(chaotrophic agent), 또는 페놀과 같은 유기 용매를 이용해 실시할 수 있다. 몇몇 일면에 있어서, 세포 단백질을 분해시키기 위하여, 프로테아제(protease) 처리, 예를 들어, 프로테이나아제(proteinase) K 처리가 이용될 수 있다. 미립 오염물질은, 원심 분리 또는 초원심 분리에 의하여 제거될 수 있다. 염 또는 기타 가용성 오염 물질을 제거하는 데에는, 작은 이온 강도(ionic strength)의 수계 버퍼에 대한 투석이 사용될 수 있다. 핵산은, -20℃ 하에 에탄올을 첨가하거나, 또는 소듐 아세테이트(pH 6.5, 약 0.3 M) 및 0.8부피의 2-프로판올을 첨가함으로써 침전시킬 수 있다. 침전된 핵산은, 염색체 DNA의 경우에는 원심 분리에 의하여 수집할 수 있으며, 침전된 DNA를 유리 파이펫 또는 기타 프로브 상에 감음으로써 수집할 수도 있다. 당업자라면, 이상에 제시한 절차들이 단지 예시적인 것으로서, 분석하고자 하는 핵산의 특정 유형에 따라 많은 변형된 방법이 사용될 수 있음을 인지할 것이다.

특정 일면에 있어서, 분석하고자 하는 핵산은 천연 DNA 또는 RNA 분자일 수 있다. 실질적으로, 임의의 천연 핵산은, 이들로 제한되지는 않으나, 염색체, 미토콘드리아 또는 엽록체(chloroplast) DNA, 또는 리보솜(ribosomal), 트랜스퍼(transfer), 이종(heterogeneous) 핵 또는 메신저 RNA를 포함하는, 개시된 방법들에 의하여 분석될 수 있다. 핵산은, 당 기술 분야에 공지된 표준 방법에 의하여 원핵 생물(prokaryotic) 또는 진핵 생물(eukaryotic) 공급원 중 하나로부터 수득될 수 있다. 대안적으로, 관심 핵산은, PCR™ 또는 기타 공지된 증폭 과정, 또는 BAC, YAC, 코스미드(cosmid), 플라스미드(plasmid) 또는 핵산 삽입체(insert)를 함유하는 페이지 라이브러리(phage library)의 제조에 의하여, 인공적으로 제조될 수 있다 (예를 들어, 하기 문헌 참조: Berger and Kimmel, 1987; Sambrook et al., 1989). 핵산의 공급원은 분석 목적으로는 중요하지 않으며, 본 발명의 범위 내에서, 실질적으로 임의의 공급원 유래의 핵산이 분석될 수 있을 것으로 여겨진다.

핵산 증폭

특정 일면에 있어서, 스크리닝을 위하여 분석되는 핵산은 먼저, 신호 강도를 증가시키기 위하여 증폭될 수 있다. 주형(template)으로서 사용되는 핵산 서열은, 표준 방법에 따라, 생물학적 샘플(예를 들어, 골격근 유래의 DNA 또는 mRNA) 내에 함유된 세포로부터 분리될 수 있다. 상기 핵산은 게놈 DNA 또는 분획된(fractionated) 또는 전체 세포 RNA일 수 있다. RNA가 사용되는 경우에는, RNA를 상보적인 cDNA로 전환시키는 것이 바람직할 수 있다. 일면에 있어서, RNA는 전체 세포 RNA이고, 증폭을 위한 주형으로서 직접 사용된다. 일례에 있어서, ACTN3 유전자형의 측정은, ACTN3 폴리뉴클레오타이드 서열, 또는 보다 바람직하게는 1747 C > T SNP(예를 들어, 엑손 16)를 포함하는 그의 단편(fragment)을 (예를 들어, PCR에 의하여) 증폭시키고, 상기 증폭 산물의 서열을 결정함으로써, 또는 그 외에도 상기 증폭 산물 내의 1747 C > T SNP의 존재 및/또는 부재를 검출함으로써 실시된다. 또 다른 일례에 있어서, 577X 대립 유전자는, 증폭 산물의 DdeI 분해(digestion) 및 (예를 들어, 젤 전기 영동(gel electrophoresis)에 의한) 분해 산물의 크기에 따른 분류(size fractionation)에 의하여, 용이하게 검출될 수 있는, Ddel 제한 효소 부위(restriction site)를 함유하는 것으로 알려져 있다. 산물의 크기는 개체 내에서 ACTN3 유전자 자리를 지노타이핑하는 데에 사용될 수 있다. 다양한 형태의 증폭 방법이 당 기술 분야에 공지되어 있으며, 그러한 임의의 공지된 방법이 이용될 수 있다. 일반적으로, 증폭 과정에는, 증폭될 표적 핵산 서열과 선택적으로 또는 특이적으로 혼성화하는, 하나 이상의 프라이머를 사용하는 단계가 수반된다.

프라이머

본원에서 정의된 바와 같이, "프라이머(primer)"란 용어는, 주형-의존적 과정에서 발생 초기의(nascent) 핵산의 합성을 시발할 수 있는 임의의 핵산을 포괄하는 것을 의미한다. 통상적으로, 프라이머는 10개 내지 12개의 염기 쌍 길이의 올리고뉴클레오타이드이나, 보다 긴 서열이 사용될 수도 있다. 프라이머들은 이중-가닥 또는 단일-가닥 형태로 제공될 수 있으나, 단일-가닥 형태가 바람직하다. 프라이머 설계 방법은 당 기술 분야에 공지되어 있으며, 표준 왓슨-크릭의 염기-짝짓기(Watson-Crick base-pairing)(즉, 아데닌의 타이민(thymine) 또는 우라실(uracil)에의 결합 및 구아닌(guanine)의 사이토신(cytosine)에의 결합)로부터 얻어지는 상보적인 서열의 설계를 기준으로 한다. 주문 제작된 증폭 프라이머의 선택 및 설계 프로그램은 상업적으로 입수 가능하며, 또는 당업자에게 알려져 있는 공공 공급기관으로부터 입수 가능하다. ACTN3 내의 1747 C > T SNP와 같은, 운동 역량을 예측하는 유전자 변이의 검출에 사용하기 위한 특정 프라이머 서열은 하기 실시예에 제시되어 있다. 당업자라면, 제공되는 특이적인 서열이 단지 예시적인 것으로서, 대안적인 프라이머 및/또는 프로브 서열이 본 발명의 방법의 실시예 사용될 수 있음을 인지할 것이다.

증폭 방법

다양한 주형 의존적 과정이 주어진 샘플 내에 존재하는 마커 서열을 증폭하는 데에 활용 가능하다. 가장 잘 알려져 있는 증폭 방법 중 하나는 미국 특허 번호 4,683,195, 4,683,202, 및 4,800,159에 자세히 설명되어 있는 폴리머라아제 사슬 반응(polymerase chain reaction; PCR이라고도 일컬어짐)이다.

일면에 있어서, 본 발명은 한 개체로부터 적합한 샘플을 수득하는 단계; 및 ACTN3 mRNA와 같은 특이적인 메신저 RNA를 검출하는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명에 사용될 수 있는 예시적인 샘플로는 근육 조직 샘플(예를 들어, 천공(punch) 생체 검사와 같은 근육 조직 생체 검사)이 있다. 일단 조직 샘플이 수득되면, 표준 기법(예를 들어, 단일 세포 분리, 외막의 분해(digestion), mRNA의 올리고 dT 분리 등)에 의한 핵산의 분리를 위하여 샘플을 준비할 수 있다. mRNA의 분리는 또한, 당 기술 분야에 공지된 키트를 이용하여 실시될 수 있다(Pierce, AP Biotech, etc). 증폭된 mRNA의 양을 정량하기 위하여, 역전사 효소(reverse transcriptase) PCR 증폭 절차가 실시될 수 있다. RNA를 cDNA로 역전사((reverse transcription)하는 방법은 공지되어 있으며, Sambrook et al., 1989에 설명되어 있다. 역전사에 대한 대안적인 방법은 열 안정성(thermostable) DNA 폴리머라아제를 활용한다. 상기 방법들은 1990년 12월 21일자로 출원된 WO 90/07641에 개시되어 있다.

핵산을 증폭하기 위한 또 다른 하나의 방법으로는, 유럽 출원 번호 320 308에 개시된 라이가아제 사슬 반응(ligase chain reaction; LCR)이 있다. LCR에서는, 2개의 상보적인 프로브 쌍은, 표적 서열의 존재 하에 제조되며, 각각의 쌍은 그들이 접하는 표적 서열의 상보적인 반대 가닥에 결합할 것이다. 라이가아제의 존재 하에서, 상기 2개의 프로브 쌍은 서로 결합하여 단일 유닛(unit)을 형성할 것이다. 온도 사이클링(temperature cycling)에 의하여, PCR에서와 같이, 결찰된 유닛들을 표적으로부터 해리(dissociate)시킨 뒤, 과도한 프로브 쌍의 결찰을 위한 "표적 서열"로서 제공한다. 미국 특허 번호 4,883,750에는, 표적 서열에 프로브 쌍을 결합시키기 위한 LCR과 유사한 방법이 개시되어 있다.

PCT 출원 번호 PCT/US87/00880에 개시 된, 큐베타 레플리카아제 (Qbeta Replicase) 또한, 또 다른 증폭 방법으로서 본 발명에 사용될 수 있다. 이 방법에 있어서, 표적의 복제성 서열(replicative sequence)에 상보적인 부위를 가지는 RNA의 복제성 서열이, RNA 폴리머라아제의 존재 하에 샘플에 첨가된다. 폴리머라아제는 복제성 서열을 복사하며, 이어서 상기 증폭 서열이 검출될 것이다.

제한 효소 엔도뉴클레아제(restriction endonuclease) 및 라이가아제가 제한 효소 부위의 하나의 가닥 내에 뉴클레오타이드 5'-[알파-티오] -트리포스페이트를 함유하는 표적 분자의 증폭을 달성하기 위해 사용되는, 등온 증폭(isothermal amplification) 방법 또한 본 발명(Walker et al., Proc.Natl Acad. Sci. USA 89: 392-396,1992)의 핵산 증폭에 유용할 수 있다.

가닥 치환 증폭(Strand Displacement Amplification; SDA)은 다수 회의 가닥 치환 및 합성, 즉, 닉 번역(nick translation)을 수반하는 핵산의 등온 증폭을 실시하는 또 다른 하나의 방법이다. 수선 사슬 반응(Repair Chain Reaction; RCR)이라 불리는, 유사한 방법은, 증폭에 대하여 표적화된 부분 전반에 걸쳐 여러 프로브를 어닐링(annealing)하는 단계; 및 이어서 4개의 염기 중에서 단지 2개만이 존재하는 수선 반응 단계를 포함한다. 나머지 다른 2개의 염기는 용이한 검출을 위하여 바이오틴화된 유도체(biotinylated derivative)로서 첨가될 수 있다. 유사한 접근법이 SDA에도 이용된다. 표적 특이적인 서열은 또한 순환 프로브 반응 (cyclic probe reaction; CPR)을 이용하여 검출 될 수 있다. CPR에서, 비-특이적인 DNA의 3' 및 5' 서열, 그리고 특이적인 RNA의 중간 서열(middle sequence)을 가지는 프로브가 샘플 내에 존재하는 DNA와 혼성화된다. 혼성화 시, 상기 반응에는 RNase H가 처리되고, 상기 프로브의 산물은 분해 후 방출되는 특유의 산물로서 동정된다. 원형 주형은 또 다른 순환하는 프로브(cycling probe)와 어닐링되며, 상기 반응은 반복된다.

영국 출원 번호 2 202 328 및 PCT 출원 번호 PCT/US89/01025에 개시된 또 다른 증폭 방법도 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 전자의 출원에서, "변형된" 프라이머는 PCR형, 주형, 및 효소 의존적 합성에 이용된다. 상기 프라이머는 포획 모이어티(capture moiety) (예를 들어, 바이오틴) 및/또는 검출자 모이어티(detector moiety) (예를 들어, 효소)를 이용하여 표지함으로써 변형될 수 있다. 후자의 출원에서, 과다의 표지된 프로브가 샘플에 첨가된다. 상기 표적 서열의 존재 하에, 프로브가 결합되고, 촉매적으로 절단된다. 절단 후, 상기 표적 서열은 과다한 프로브에 결합된 상태로 온전하게 방출된다. 표지된 프로브의 절단은 상기 표적 서열의 존재를 신호화한다.

기타 핵산 증폭 절차는 핵산 서열 기준 증폭(nucleic acid sequence based amplification; NASBA) 및 3SR을 포함하는 전사-기준 증폭 시스템 (transcription-based amplification system; TAS)을 포함한다 (Kwoh et al., Proc. Nat'l Acad. Sci. USA 86: 1173 (1989); Gingeras et al., PCT Application WO 88/10315). NASBA에 있어서, 상기 핵산은, 증폭을 위하여, 표준 페놀/클로로포름(phenol/chloroform) 추출, 임상적 샘플의 열 변성(heat denaturation), 용해(lysis) 버퍼 처리, 그리고 DNA 및 RNA의 분리를 위한 미니 스핀 칼럼(minispin column) 또는 RNA의 구아니디늄 클로라이드(guanidinium chloride) 추출을 통해 제조될 수 있다. 이들 증폭 기술은 표적 특이적 서열을 가지는 프라이머를 어닐링하는 과정을 포함한다. 중합(polymerization) 후, DNA/RNA 혼합물은 RNase H에 의해 분해되며, 동시에 이중 가닥 DNA 분자는 다시 열 변성된다. 어느 한 경우, 상기 단일 가닥 DNA는, 제2의 표적 특이적인 프라이머의 첨가, 및 이어서 중합에 의하여 완전하게 이중 가닥을 형성한다. 그런 다음, 상기 이중-가닥 DNA 분자는 T7 또는 SP6과 같은 폴리머라아제에 의하여 복수로 전사된다. 등온 사이클 반응에서, 상기 RNA는 이중 가닥 DNA로 역전사 되고, T7 또는 SP6과 같은 폴리머라아제에 의하여 한번 더 전사된다. 얻어진 산물은, 트런케이티드(truncated) 상태이거나 완전한 상태의 여부에 관계없이, 표적 특이적인 서열을 나타낸다.

Davey 등의 유럽 출원 번호 329 822에는, 순환 방식으로 합성된 단일-가닥 RNA("ssRNA"), ssDNA, 및 이중-가닥 DNA(dsDNA)를 포함하는 핵산 증폭 과정이 개시되어 있으며, 이는 본 발명에 따라 이용될 수 있다. 상기 ssRNA는 역전사 효소(reverse transcriptase)(RNA-의존성 DNA 폴리머라아제)에 의해 연장되는, 제1 프라이머 올리고뉴클레오타이드에 대한 주형이다. 그런 다음, 상기 RNA는 리보뉴크레아제 H(ribonuclease H)(RNase H; DNA, 또는 RNA 중 어느 하나와의 이중체(duplex) 형태의 RNA에 대하여 특이적 RNase)의 작용에 의하여, 얻어진 DNA:RNA 이중체로부터 제거된다. 얻어진 ssDNA는 제2 프라이머에 대한 제2의 주형으로서, 이는 주형에 대하여 상동한 RNA 폴리머라아제 프로모터(T7 RNA 폴리머라아제에 의하여 예시됨) 5'의 서열을 추가로 포함한다. 이 프라이머는 DNA 폴리머라아제(E. coli DNA 폴리머라아제 I의 큰 "클레노우(Klenow)" 단편에 의하여 예시됨)에 의하여 연장되며, 이는 상기 프라이머 사이에 본래의 RNA의 서열과 동일한 서열을 가지는 이중-가닥 DNA("dsDNA") 분자를 생산하며, 프로모터 서열을, 한쪽 말단에 부가적으로 가진다. 이 프로모터 서열은 상기 DNA의 많은 RNA 복사체를 생산할 수 있는 적당한 RNA 폴리머라아제에 의하여 이용될 수 있다. 그런 다음, 이들 복사체는 매우 빠른 증폭을 유도하는 사이클로 재진입될 수 있다. 효소를 적당하게 선택함으로써, 이들 증폭은 각각의 사이클에서 효소의 첨가 없이 등온적으로 수행되어질 수 있다. 이 과정의 순환적 특성으로 인하여, 출발 서열은 DNA 또는 RNA 중 하나의 형태로 선택될 수 있다.

Miller 등의 PCT 출원 WO 89/06700에는, 표적의 단일-가닥 DNA("ssDNA")에 프로모터/프라이머 서열을 혼성화한 뒤, 상기 서열의 많은 RNA 복사체를 전사하는 것을 기초로 하는 핵산 서열 증폭 반응이 개시되어 있다. 이 반응은 순환적인 것이 아니다. 즉, 새로운 주형은, 이렇게 하여 얻어진 RNA 전사체로부터 생산되지 않는다. 기타 증폭 방법으로는, "레이스(race)" 및 "원-사이디드(one-sided) PCR"이 포함된다 (Frohman, M. A., In: PCR PROTOCOLS: A GUIDE TO METHODS AND APPLICATIONS, Academic Press, N. Y. (1990) and Ohara et al., Proc. NatZ Acad. Sci USA, 86: 5673-5677 (1989).

이렇게 하여 얻어진 "디-올리고뉴클레오타이드(di-oligonucleotide)"의 서열을 가지는 핵산의 존재 하에서, 2개의(또는 그 이상의) 올리고뉴클레오타이드를 결찰시킨 뒤, 상기 디-올리고뉴클레오타이드를 증폭시키는 단계를 기준으로 하는 방법 또한, 본 발명의 증폭 단계에 이용될 수 있다 (예를 들어, Wu et al., Genomics 4: 560 1989 참조).

분리 방법

증폭 후에는, 특이적인 증폭이 발생하였는지의 여부를 측정하기 위한 목적으로, 증폭 산물들을 주형 및 과량의 프라이머로부터 분리하는 것이 바람직할 수 있다. 일면에 있어서, 증폭 산물들은, 표준 방법을 이용하여, 아가로스(agarose), 아가로스-아크릴아미드 (agarose-acrylamide), 또는 폴리아크릴아미드 (polyacrylamide) 젤 전기 영동에 의하여 분리된다 (예를 들어, Sambrook et al., 1989 참조). 대안적으로, 크로마토그래피 기법(chromatographic technique)이 그러한 분리의 실시에 사용될 수 있다. 본 발명에 사용될 수 있는 다양한 종류의 크로마토그래피 방법이 존재한다 (Freifelder, 1982).

동정 방법

핵산 서열 변이를 검출하는 다양한 방법이 당 기술 분야에 공지되어 있으며, 그러한 임의의 공지된 방법이 본 발명에 이용될 수 있다. 일면에 있어서, 검출은 표지된 프로브를 이용한 혼성화 및 서던 블로팅(Southern blotting)에 의하여 실시될 수 있다. 서던 블로팅과 관련된 기법들은 당 기술 분야에 공지되어 있다 (예를 들어, Sambrook et al., 1989). 간단히 설명하면, 증폭 산물들을 젤 전기 영동에 의하여 분리한다. 이어서, 상기 젤을 니트로셀룰로오스와 같은 멤브레인과 접촉시킴으로써, 핵산을 운반하고 비공유 결합(non-covalent binding)을 야기한다. 이어서, 상기 멤브레인을, 표적 증폭 산물과 혼성화할 수 있는 크로모포어-접합된 프로브(chromophore-conjugated probe)와 함께 배양한다. 검출은, 상기 멤브레인을 x-선 필름 또는 이온-방사 검출기(ion-emitting detection device)에 노출시킴으로써 실시된다. 그러한 한 예로서, 미국 특허 번호 5,279,721에는 자동화된 전기 영동 및 핵산의 운반 기구 및 방법이 개시되어 있다. 상기 기구들은, 젤의 외부 조작 없이, 전기 영동 및 블로팅을 가능하게 하며, 본 발명에 따르는 방법의 실시에 적합하다.

핵산 서열 변이를 검출하는 방법 및 기구는, Third Wave, Pyrosequencing, Applied Biosystems, Affymetrix, Sequenom, Nanogen 등과 같은 다양한 공급업체로부터 상업적으로 입수 가능하며, 그러한 임의의 상업적 시스템들은, ACTN3 또는 기타 역량과 관련된 유전자 내에서의 서열 변이를 검출하는 데 사용될 수 있다.

단백질 및 펩타이드

몇몇 일면에 있어서, 이상에 개시된 방법들은, 스크리닝하고자 하는 샘플 내에서 특정 단백질(예를 들어, ACTN3)의 양을 검출 및/또는 정량하는 단계를 수반할 수 있다. 편의상, "단백질(protein)", "폴리펩타이드(polypeptide)", 및 "펩타이드(peptide)"란 용어는, 본원에서 상호 교환적으로 사용된다. 다양한 단백질 정량 방법이 당 기술 분야에 공지되어 있으며, 본 발명에 이용될 수 있으나, ELISA와 같은, 항체를 기준으로 하는 분석 평가 방법이 단백질 정량에 특히 적합하다. 당업자라면, 하기에서 논의되는 바가 단지 예시적인 것으로서, 단백질 동정/정량을 위한 임의의 공지된 기법이 사용될 수 있음을 인지할 것이다.

몇몇 일면에 있어서, 단백질 또는 펩타이드는 분리 또는 정제될 수 있다. 단백질 정제 기법은 당 기술 분야에 공지되어 있다. 이들 기법은, 한 수준에서, 세포, 조직 또는 기관의 폴리펩타이드 및 비-폴리펩타이드 분획(fraction)으로의 균질화(homogenization) 및 조제 분류(fractionation) 단계를 수반한다. 관심 단백질 또는 폴리펩타이드는, 크로마토그래피 및 전기 영동 기법을 이용한 추가 정제에 의하여, 부분적으로 또는 완전하게 정제(또는 균질화물로의 정제)될 수 있다. 순수한 펩타이드의 제조에 특히 적합한 분석 방법으로는, 이온-교환 크로마토그래피(ion-exchange chromatography), 젤 배제 크로마토그래피(gel exclusion chromatography), HPLC(고성능 액체 크로마토그래피(high performance liquid chromatography)), FPLC(AP Biotech), 폴리아크릴아미드 젤 전기 영동, 친화성 크로마토그래피(affinity chromatography), 면역친화성 크로마토그래피, 및 등전압 초점 맞추기(isoelectric focusing)가 있다. 친화성 크로마토그래피를 통한 수용체(receptor) 단백질 정제의 일례는, 본 발명에 참고로 인용된 미국 특허 번호 5,206,347에 개시되어 있다. 펩타이드를 정제하는 보다 효율적인 방법 중 하나로는, 고속 성능 액체 크로마토그래피(fast performance liquid chromatography; AKTA FPLC) 또는 HPLC가 있다.

정제된 단백질 또는 펩타이드는 기타 구성 성분들로부터 분리 가능한 조성물(composition)을 일컫는 경향이 있으며, 이때 상기 단백질 또는 펩타이드는 천연에서 얻어지는 상태에 비하여 임의의 수준으로 정제된다. 따라서, 분리된 또는 정제된 단백질 또는 펩타이드는 또한, 천연적으로 발생할 수 있는 환경으로부터 분리된 단백질 또는 펩타이드를 일컫는다. 일반적으로, "정제된(purified)"이란 용어는, 분리되어 다양한 기타 구성 성분들이 제거되어 있으며, 그의 발현된 생물학적 활성은 실질적으로 유지하는, 단백질 또는 펩타이드 조성물을 일컬을 것이다. "실질적으로 정제된(substantially purified)"이란 용어가 사용되는 경우, 그의 정의는 단백질 또는 펩타이드가 그 조성물의 주요 구성 성분을 형성하는, 예를 들어 단백질이 조성물의 약 50%, 약 60%, 약 70%, 약 80%, 약 90%, 약 95%, 또는 그 이상을 구성하는 조성물을 일컬을 것이다.

특정 일면에 있어서, 이상에 개시된 방법들은 1종 이상의 단백질 또는 펩타이드를 정제하는 단계를 수반할 수 있다. 이는, 자성 비드(magnetic bead)(Dynal, Dyna beads)를 이용해 분자를 분리한 뒤, 샘플 내의 분자를 동정하거나 또는 분자의 양을 동정하는, 단백질 또는 DNA 샘플의 정제 시에 사용될 수 있다. 이들 기법은 당 기술 분야에 공지되어 있다.

항체

몇몇 일면에 있어서, 관심의 특정 단백질 또는 펩타이드(예를 들어, ACTN3)에 대한 항체를 제조하는 것이 바람직할 수 있다. 적합한 단백질 또는 그의 일부는, 당 기술 분야에 공지된 바와 같이, 그들의 면역원성(immunogenicity)을 증진시키는 1종 이상의 제제에 접합되거나, 또는 화학적으로 연결될 수 있다. 바람직한 제제로는, 캐리어(carrier), 키홀 림펫 헤모사이아닌(keyhole limpet hemocyanin; KLH) 또는 소의 혈청 알부민(bovine serum albumin; BSA)이 있다.

일면에 있어서, 특이적인 항체 또는 그의 단편(예를 들어, Fab 단편 또는 재조합(recombinant) 항체 단편, 예를 들어 ascFv)을 가지는 표적 단백질(예를 들어, ACTN3)의 전체 또는 일부에 대하여 표적화된 단백질의 검출은, 하나 이상의 특이적인 항체들을 이용하는 웨스턴 블롯(Western blot) 또는 면역 세포 화학적 방법(immunocytochemistry)에 의하여 실시될 수 있다. 사용될 수 있는 항체의 일례로는 항-ACTN3 항체가 있다 (North, K. N. et al., Neuromuscular Disorders, 6,229-235, 1996). 다른 일면에 있어서, 표적화된 단백질의 수준은, 개체로부터 샘플을 수득하고(예를 들어, 근육 생체 검사), 그 샘플을 표적화된 단백질에 대하여 유도되는 1종 이상의 항체들에 노출시킴으로써 검출될 수 있다.

"항체(antibody)"란 용어는, 항원 결합 부위(antigen binding region)를 가지며, Fab', Fab, F(ab')₂, 단일 도메인 항체(DAB), Fv, scFv(단일 사슬 Fv) 등과 같은 항체 단편들을 포함하는, 임의의 항체-유사 분자를 일컫는 의미로서 사용된다. 다양한 항체계 구조체(construct) 및 단편의 제조 및 사용 기법은 당 기술 분야에 공지되어 있다. 항체의 제조 및 특정화 수단 또한, 당 기술 분야에 공지되어 있다 (예를 들어, 하기 문헌 참조: Harlow and Lane, Antibodies: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory, 1988; incorporated herein by reference).

ELISA

몇몇 바람직한 일면에 있어서, ACTN3과 같은 관심 단백질의 양은, 당 기술 분야에 공지된 다양한 유형의 효소 결합 면역 흡착 분석 평가 방법(enzyme linked immunosorbent assays; ELISA) 또는 방사능 면역 분석 평가 방법(radioimmunoassay; RIA)에 의하여 측정될 수 있다. 조직 절편(tissue section)을 이용하는 면역 조직 화학적 검출 방법(immunohistochemical detection) 또한 특히 유용하다. 그러나, 검출 방법은 그러한 기법으로 제한되지 않으며, 웨스턴 블로팅, 도트 블로팅(dot blotting), FACS 분석 등의 방법들도 사용될 수 있음을 쉽게 이해할 것이다.

하나의 예시적인 ELISA에 있어서, 표적 단백질(예를 들어, ACTN3)에 결합하는 항체들은, 미세 적정 플레이트(microtiter plate) 내의 웰(well)과 같이, 단백질 친화성을 나타내는 선택된 표면 상으로 고정된다. 단백질 또는 단백질의 일부를 함유하는 것으로 추정되는 테스트 조성물을 웰로 도입한다. 결합 후, 세척을 통해 비특이적으로 결합된 면역 복합체를 제거한 뒤, 결합된 항원(관심 단백질)을 검출할 수 있다. 검출은, 일반적으로 검출 가능한 라벨에 연결된 표적 단백질에 대하여 특이적인 제2 항체의 첨가에 의하여 달성된다. ELISA의 한 유형으로는 "샌드위치(sandwich) ELISA"가 있다. 검출은 또한, 제2 항체를 첨가한 뒤, 상기 제2 항체에 대하여 결합 친화성을 가지는 제3 항체를 첨가함으로써 달성된다. 여기서 상기 제3 항체는 검출 가능한 라벨에 연결되어 있다.

또 다른 예시적인 ELISA에 있어서, 단백질(항원)을 함유하는 것으로 추정되는 샘플은 웰 표면 상에 고정된 뒤, 본 발명의 항체들과 접촉된다. 결합 후, 세척을 통해 비특이적으로 결합된 면역 복합체를 제거한 뒤, 결합된 항원을 검출한다. 초기 항체가 검출 가능한 라벨에 연결되는 경우, 상기 면역 복합체는 직접적으로 검출된다. 대안적으로, 상기 면역 복합체는 상기 제1 항체에 대하여 결합 친화성을 가지는 제2 항체를 이용하여 검출할 수 있으며, 상기 제2 항체는 검출 가능한 라벨에 연결되어 있다.

단백질 또는 펩타이드가 고정되는 또 다른 ELISA는, 검출에 있어서의 항체 경쟁을 이용하는 단계를 수반한다. 이러한 ELISA에 있어서, 표지된 항체들을 웰에 첨가하여, 표적 단백질과 결합되도록 한 뒤, 그들의 라벨을 통해 검출한다. 이어서, 코팅된 웰 상에서 배양하기 이전 또는 배양하는 동안, 상기 샘플을 상기 표지된 항체들과 혼합함으로써, 미지 샘플 내의 표적 항원의 양을 측정한다. 샘플 내의 표적 항원의 존재는, 웰에의 결합에 활용 가능한 항체의 양을 감소시키며, 따라서 궁극의 신호를 감소시키는 경향이 있다. 이는 미지의 샘플 내에서 항체를 검출하는 데에 적합하다. 표지되지 않은 항체들은 항원-코팅된 웰에 결합하며, 이 또한 표지된 항체들에 결합하는 데에 활용 가능한 항원의 양을 감소시킨다.

항원 또는 항체를 이용해 플레이트를 코팅하는 과정에서는, 일반적으로 항원 또는 항체 중 하나의 용액과 함께, 하룻밤 동안 또는 소정의 시간 동안, 플레이트의 웰이 배양될 것이다. 이어서, 상기 플레이트의 웰을 세척하여, 불완전하게 흡착된 물질을 제거할 것이다. 그런 다음, 임의의 잔류하는 활용 가능한 웰의 표면은, 테스트 항혈청에 대하여 항원적으로 중성인 비특이적인 단백질을 이용해 "코팅"된다. 이러한 비특이적 단백질로는, 소의 혈청 알부민(BSA), 카세인(casein), 및 분유 용액이 포함된다. 상기 코팅은 고정 표면 상의 비특이적인 흡착 부위를 블로킹함으로써, 비특이적인 결합 항혈청의 상기 표면 상으로의 비특이적인 결합에 의하여 야기되는 바탕값(background)을 감소시킨다.

ELISA에 경우에는, 직접적인 절차보다는, 제2 또는 제3 검출 수단을 사용하는 것이 보다 통상적이다. 따라서, 단백질 또는 항체를 웰에 결합시키고, 미반응 물질에 의한 코팅에 의하여 바탕값을 감소시키고, 세척을 통해 결합되지 않은 물질을 제거한 후, 면역 복합체(항원/항체) 형성을 야기하기에 효과적인 조건 하에서, 고정 표면을 테스트하고자 하는 대조용 생물학적 샘플과 접촉시킨다. 이어서, 면역 복합체의 검출에는, 표지된 제2의 결합 리간드(ligand) 또는 항체, 또는 표지된 제3의 항체와 접합된 제2의 결합 리간드 또는 항체, 또는 제3의 결합 리간드가 요구된다.

"면역 복합체(항원/항체) 형성을 야기하기에 효과적인 조건 하에서(under conditions 유효한 to allow immune complex(antigen/antibody) formation)"란, 상기 조건이, BSA, 소의 감마 글로불린(bovine gamma globulin; BGG), 및 포스페이트 완충 식염수(phosphate buffered saline; PBS)/Tween과 같은 용액으로 항원 및 항체를 희석하는 단계를 포함하는 것이 바람직함을 의미한다. 이렇게 첨가되는 제제들은 또한, 비특이적인 바탕값의 감소에 도움이 되는 경향이 있다.

"적합한(suitable)" 조건이란, 배양이 유효한 결합을 가능하게 하기에 충분한 온도 및 시간 동안 이루어짐을 의미한다. 배양 단계는 통상적으로, 바람직하게는 대략 25℃ 내지 27℃의 온도에서, 약 1시간 내지 2시간 내지 4시간 동안 실시되거나, 또는 대략 약 4℃에서 하룻밤 동안 실시될 수 있다.

ELISA에 있어서 모든 배양 단계 이후에는, 접촉된 표면을 세척함으로써, 복합체를 형성하지 않은 물질을 제거한다. 바람직한 세척 절차는, 용액, 예를 들어 PBS/Tween 또는 보레이트 버퍼를 이용해 세척하는 단계를 포함한다. 테스트 샘플과 근본적으로 결합된 물질 사이의 특이적인 면역 복합체를 형성시킨 뒤, 세척한 후, 심지어 미소량의 면역 복합체의 발생에 대해서도 검출할 수 있다.

검출 수단을 제공하기 위하여, 제2 또는 제3 항체는, 검출을 가능하게 하는 관련 라벨을 가질 것이다. 바람직하게는, 이는 적합한 크로모젠 기질(chromogenic substrate)과 함께 배양 시 발색하게 되는 효소일 것이다. 따라서, 예를 들어, 제1의 또는 제2의 면역 복합체를, 우레아제(urease), 글루코오스 옥시다아제(glucose oxidase), 알칼리성 포스페이타아제(alkaline phosphatase), 또는 하이드로겐 퍼옥시다아제(hydrogen peroxidase)-접합된 항체와 함께 추가적인 면역 복합체 형성을 발생시키기에 유리한 시간 및 조건 하에서(예를 들어, PBS-Tween와 같은 PBS-함유 용액 내에서 실온 하에 2시간 동안 배양), 접촉 및 배양하는 것이 바람직할 것이다.

표지된 항체와 함께 배양한 뒤, 세척을 통해 결합되지 않은 물질을 제거한 후, 효소 라벨로서 퍼옥시다아제를 사용하는 경우에는, 예를 들어, 우레아(urea) 및 브로모크레솔 퍼플(bromocresol purple), 또는 2,2'-아자이도-디-(3-에틸-벤즈티아졸린-6-술폰산[ABTS] 및 H₂0₂와 같은 크로모젠 기질과 함께 배양함으로써, 라벨의 양을 정량한다. 이어서, (예를 들어, 가시 스펙트럼 분광 광도계(visible spectra spectrophotometer)를 이용하여) 발색 정도를 측정함으로써 정량을 완료한다.

키트

또 다른 일면에 있어서, 본 발명은, 이상에 제시된 핵산 또는 면역검출 방법들과 함께 사용하기 위한 검출 키트에 관한 것이다. 그러한 키트는, 이용하고자 하는 분석 평가 방법의 유형에 따라, 표적 핵산 서열의 증폭을 위한 하나 이상의 프라이머 쌍, 유전자 변이를 검출하기 위한 하나 이상의 프로브, 예를 들어 표지된 프로브, 및 증폭 및/또는 프로브 결합 조건을 확인하기 위한 하나 이상의 대조용 표적 서열을 포함할 수 있다. 대조군은, 예를 들어 ACTN3 내의 1747 C > T SNP의 각각의 대립 유전자에 대한 특이적인 표적 서열을 포함할 수 있다. 프로브는 또한, 1747 C > T SNP 대립 유전자에 대한 혼성화에 대하여 특이적일 수 있다. 버퍼, 뉴클레오타이드, 및 폴리머라아제와 같은 다양한 기타 시료(reagent)의 사용도 포함된다.

단백질의 면역분석 평가를 위한 키트에 있어서, 면역 검출 키트는, 적합한 컨테이너 수단 내에, 표적 단백질 또는 펩타이드, 또는 표적 단백질 또는 펩타이드에 결합하는 제1 항체, 및 면역 검출 시료를 포함할 수 있다. 키트는, 표적 단백질 또는 펩타이드에 대하여 특이적인 제1 항체, 및 상기 제1 항체에 대하여 특이적인 표지된 제2 항체를 포함할 수 있다. 대안적으로, 키트는 관심 단백질에 대하여 특이적인 또는 선택적인 제1 항체 및 제2 항체를 포함할 수 있으며, 이때 상기 제2 항체는 표지되어 있다. 대안적으로, 상기 제1 항체 및 제2 항체는 표지되지 않을 수 있으며, 상기 제2 항체에 대하여 특이적인 제3 항체가 포함될 수 있다. 기타 표준 시료, 예를 들어 버퍼 및 다양한 기질, 또는 표지된 항체를 발색시키는 데에 사용되는 반응제(reactant) 또한 포함될 수 있다.

상기 키트의 컨테이너 수단은 일반적으로, 적어도 하나의 바이알(vial), 테스트 튜브, 플라스크(flask), 병(bottle), 주사기(syringe), 또는 샘플이 배치될 수 있는, 및 바람직하게는 적당히 분액될 수 있는, 기타 컨테이너 수단을 포함할 것이다. 제2 또는 제3 결합 리간드 또는 추가의 구성 성분이 제공되는 경우, 상기 키트는 또한 일반적으로, 상기 리간드 또는 구성 성분이 배치될 수 있는 제2, 제3 또는 기타 추가적인 컨테이너를 함유할 것이다. 그러한 키트는, 원하는 바이알이 보유되는 주입(injection) 또는 사출형 플라스틱 컨테이너(blow-molded plastic container)를 포함할 수 있다.

역량 테스트

몇몇 일면에 있어서, 상기 스크리닝 방법들은, ACTN3 분석 평가 외에도, 1종 이상의 역량을 기준으로 하는 테스트를 포함할 수 있다. 그러한 역량 테스트는, 예를 들어 ACTN3 SNP 테스트 또는 ACTN3 단백질 또는 mRNA 분석 평가와 조합하여 사용될 수 있다. 다양한 예시적인 역량 테스트에 대해서는 이하에서 논의한다. 당업자라면, 상기 예들이 제한적인 것이 아니며, 당 기술 분야에 공지된 임의의 역량 분석 평가 방법이 사용될 수 있음을 인지할 것이다.

V0 ₂ max 테스트

V0₂ max 테스트는, 운동 선수에게 그들의 생리학적 잠재력에 대한 직접적인 측정값을 제공한다. 당 기술 분야에 공지된 방법에 의하여, 격렬한 운동 조건 하에서의 최대 산소 소비율(maximum oxygen consumption rate)을 측정한다. 데이터는, 호기성 역치(aerobic threshold) 및 혐기성 역치(anaerobic threshold), 심박수(heart rate) 및 심박 속도, 환기 매개 변수(ventilatory parameter), 최대 심박수 및 심박수 영역(heart rate zone)을 포함한다.

혐기성 역치 테스트(혈액 락테이트 & 환기)

혐기성 역치란, 락트산의 생산이 그의 제거와 동등한 운동 시점을 일컫는다. 그 강도는, 건강 상태에 따라 60-120분의 질주 또는 사이클링과 동등하다. 상기 테스트는 환기 및 혈액 락테이트 수준을 동시에 측정함으로써 수행된다. 환기 및 혈액 락테이트 방법은 유사한 결과를 산출하나, 이둘 모두에서 혐기성 역치가 정확하게 측정된다. 상기 테스트에 의하여 제공되는 정보는, 혈액 락테이트 역치 및 환기 역치, 혐기성 역치에서의 심박수, 및 혐기성 역치에서의 속력(질주) 또는 와트(사이클)를 포함한다.

혐기성 파워 및 용적 테스트(윙게이트 테스트)

윙게이트 테스트는 다리(leg) 파워 및 용적(capacity)을 측정하는 것으로서, 파워 스포츠 운동 선수에 대하여 설계된다. 상기 테스트는, 피로에 저항하는 능력 및 절정의 파워를 측정하는 사이클 에르고미터(cycle ergometer) 상에서 30초 동안 모든 운동이 이루어진다. 윙게이트 테스트로부터 수집된 데이터는 다음과 같은 정보를 포함한다: (30초 테스트) 최고점 파워(와트 단위), 절대, 상대, 및 피로 지수(30초의 테스트에서 얼마나 빨리 파워를 저하시키는 지의 여부) 및 일의 양(줄(joule) 단위)(에너지 소비량(energy expenditure)).

임계 파워(Critical Power; CP)

CP 테스트의 목표는, 주어진 시간 동안 또는 주어진 거리에 대하여 견딜 수 있는 최적의 작업량(workload)을 측정하는 것이다. 가장 보편적인 CP 테스트는 CP(60-180초), 스포츠 종류에 따라 좌우되는 시간 프레임(time frame); 및 CP 시간 실험(Time Trial)을 포함한다.

휴식 대사율(Resting Metabolic Rate; RMR)

RMR는, 휴식 에너지 소비량(Resting Energy Expenditure; REE)이라고도 일컬어진다. 이는, 개체가 하루 동안 이용하는 최소 열량(Kcal)을 측정하는 비침습적인 방법(non-invasive method)이다. RMR이 높아질 수록, 개체가 연소하는 열량이 더 많은 것이다. 그 결과는 0₂ 및 C0₂ 들숨(inspiration) 및 날숨(expiration)에 의하여 직접적으로 측정된다. 하나의 테스트 프로토콜(protocol)은 12시간 동안의 금식 및 금주, 24시간 동안의 커피와 같은 흥분제(stimulant) 섭취 금지, 24-36시간 동안의 운동 금지로 이루어진다. 상기 테스트는 아침 일찍 실시되는 것이 가장 보편적으로 권장된다. 휴식 상태에서 등을 대고 누운 상태로, 개체를 30분 동안 대사 측정기(metabolic measuring machine)에 접촉시킨다. 테스트하는 동안, 상기 개체는 마우스피스(mouthpiece) 및 고정된 호스(hose)를 통해 상기 대사 측정기 내로 호흡한다. 테스트 종료 시, 다음과 같은 정보를 수집한다: 휴식 시 사용된 탄수화물 및 지방의 %에 있어서의, 대사율(Metabolic Rate; RMR)-Kcal/일, 호흡 속도(Respiratory Rate; RR), 호흡 교환 비율(Respiratory Exchange Ratio; RER), 통기(Ventilation), 및 심박수.

속력/파워 테스트

속력/파워 테스트는 가장 보편적으로 다음과 같은 3가지로 구성된다: 질주 속력: 적외선 타이밍 라이트(Infrared Timing Light)(5-50 미터); 수직 점프 및 다리 파워(Vertical Jump & Leg Power): Vertec 기구; 및 민첩성 테스트: 표준 및 특정 스포츠. 이들 테스트는, 예를 들어 파워 스포츠에 있어서의 개체의 용적 분석에 도움된다.

강도/유연성 테스트

강도/유연성 테스트는 일반적으로, RM(휴식 중의 근육) 강도: 웅크린 상태(squat), 벤치에 앉아 있는 상태(bench), 직접 들어 올리고 있는 상태(dead-lift), 다리 압박(leg press); 근육 지구력: 소정의 중량에 대한 반복적인 행동; 올림픽 리프트(Olympic Lifts): 크린-저크(Clean & Jerk), 스내치(Snatch), 파워 크린(Power Cleans), 파워 스내치(Power Snatch); 유연성: 표준 및 스포츠-특이적인 및 복부 및 등 하부의 강도.

신체 조성

신체 조성 테스트(body composition test)는, 하르펜덴 스킨폴드 캘리퍼스 테스트(Harpenden skinfold calliper test)(팔, 히프 등의 아래와 같은 신체상 여러 부위의 피부 꼬집기), 체지방 퍼센트의 계산, 및 순수 근육 질량 및 지방 질량의 산출로 구성될 수 있다. 또 다른 방법은 수축된 허파에 탱크 내의 물을 침지(immersion)시키는 단계를 포함한다. 체지방은 치환된 물을 측정하는 특정 측정기에 의하여 측정된다.

방법의 적용

이상에 개시된 방법들은 코카서스인 개체에 대한 전력 질주형/파워형 스포츠 및 종목에 있어서의 운동 역량의 예측에 특히 적합한 한편, 상기 방법들은 또한 일반적으로 높은 빈도(즉, 바람직하게는 적어도 5%, 보다 바람직하게는 적어도 10%, 및 가장 바람직하게는 적어도 15%)로 577XX 유전자형을 나타내는 임의의 다른 인종에게도 사용하기 적합하다. 다수의 코카서스인 및 여러 다른 인종 그룹을 분석한 결과, 줄루인 및 몇몇 코카서스인 여자들과 같은 개개의 운동 선수로부터 부재되어 있었으며, 따라서 무효 유전자형은 전력 질주/파워 엘리트 운동 선수 대 지구력 운동 선수가 될 잠재력과 상관성이 있는 것으로 여겨진다. 예를 들어, 상기 무효 유전자형은 아메리카 원주민 모집군(29%), 아시아인 모집군(25%) 및 유럽 백인종(20%), PNG 스코틀랜드 고지인(Highlander)(15%), 아프리카 아메리카인 모집군(13%), 및 오스트레일리아 토착민 모집군(10%)에 있어서 공통적이다.

재능 검색 프로그램은 본 발명의 방법을 단독으로 또는 운동 역량과 관련 있는 기타 유전자에 대하여 개체를 지노타이핑하는 유사한 방법과 조합하여 활용할 수 있다. 이상에 개시된 방법과 조합하여 사용될 수 있는 기타 방법들은, 성능 데이터 및 표현 형질 예측값(예를 들어, 키(height) 및 체격(build)) 등을 기준으로 한다. 따라서, 본 발명의 방법으로부터 얻어지는 결과는, 엘리트 운동 선수 잠재력을 가지는 젊은 개체를 선별하는 데, 또는 그러한 젊은 개체의 선별을 조력하는 데에 사용될 수 있으며, 또는 젊은 개체가 전문화를 위하여 선택할 수 있는 스포츠 유형에 대한 지침을 제공하는 데 사용될 수 있다.

다른 일면에 있어서, 트레이닝 프로그램은, 개인의 트레이닝 능력(예를 들어, ACTN3 단백질 또는 mRNA의 수준 및/또는 SNP 검출)을 예언하는 유전자적 인자에 대한 지식을 기준으로 하여, 보다 큰 성공을 위하여 잠재력이 있는 큰 엘리트 운동 선수 또는 현재의 엘리트 운동 선수를 위하여 고안될 수 있다. 개개인에 맞추어 제작된 트레이닝 프로그램은, 가장 성공하기 쉬운 트레이닝 유형을 동정함으로써, (유전자 구성에 따라 결정되는) 특정 재능에 집중될 수 있다. 이는, 엘리트 수준에서 성공과 실패 사이의 작은 차이를 좁히는 데; 기대되는 증진이 없는 경우(예를 들어, 유전자적 잠재력이 없는 경우) 과도한 트레이닝으로 인한 불필요한 피로를 피하는 데; 낭비되는 자원 및 조기 "연소(burn out)"를 감소시키는 데에 도움이 될 수 있으며, 개인 운동 선수에게 있어서는 장기적인 목표 및 자기 존중을 증진시킬 수 있다. 엘리트 운동 선수 잠재력을 가지는 개체가 프로그램에서 제외될 때마다, 이들은 성공을 달성하지 못하였다는 점에서, 자원이 소비된 것이다. 개인적인 수준에서는, 그 개인이 이미 행한 노력 및 희생은 그들의 인생 목표 및 자기 존중에 네거티브한 영향을 줄 수 있다. 이러한 상황에서, 유전자 구성은 그 단독에 대한 정보 또는 기타 예측값들과 조합한 정보를 통해, 성공이 달성되지 않은 이유를 명확하게 하는 데에 도움이 될 수 있으며, 상기 개인을, 보다 적합한 스포츠를 포함할 수 있는, 보다 현실적인 인생 목표로 안내하는 데에도 도움이 될 것이다.

따라서, 일면에 있어서, 한 운동 선수에 대한 개선된 트레이닝 프로그램의 동정에는, 운동 선수의 표적화된 유전자(예를 들어, ACTN3 유전자형)의 특정 유전자형을 측정하는 단계가 수반될 수 있다. 잠재력을 가지는 운동 선수 또는 현재의 운동 선수에 대한 트레이닝 프로그램을 개발하는 또 다른 일례는, 표적화된 분자에 대한 하나 이상의 테스트를, 이상에서 지적한 바와 같은 기타 역량 평가 테스트와 조합하는 단계, 및 프로그램 개발을 위하여 2개의 또는 그 이상의 테스트 결과를 분석하는 단계를 수반한다.

실시예 1

엘리트 운동 선수에 있어서의

ACTN3 무효 (577XX) 유전자형에 대한 스크리닝

물질 및 방법

페놀:클로로포름 추출, 이어서 Triton-X100을 이용한 세포 용해(cell lysis), 및 프로테이나아제 K를 이용한 분해를 통해, 엘리트 운동 선수(108명의 지구력 운동 선수 및 83명의 전력 질주 운동 선수), 88명의 아프리카 줄루인 및 152명의 대조군 오스트레일리아 코카서스인 집단으로부터 채취한 혈액으로부터 인간 게놈 DNA를 분리하였다. ACTN3의 엑손 16을 게놈 DNA로부터 증폭시켰다. 엑손 16에 대한 인접한 인트론 서열(intronic sequence)에 해당하는 프라이머는 다음과 같다:

정방향(forward) 5'-CTGTTGCCTGTGGTAAGTGGG-3' (SEQ ID NO: 1)

역방향(reverse) 5'-TGGTCACAGTATGCAGGAGGG-3' (SEQ ID NO: 2).

상기 프라이머에 대한 PCR 반응 사이클은 다음과 같다: 94℃에서 30초간 및 이어서 72℃에서 1분간 35 사이클, 94℃에서 10분간 최종 연장. R577X 대립 유전자(각각, 코돈 CGA 및 TGA)는, 엑손 16 내의 Dde I(ClTNAG) 제한 효소 부위의 존재(577X) 또는 부재(577R)에 의하여 구별될 수 있다. 577R(정상형) PCR 산물은 205 bp 및 86 bp의 단편을 가지며; 577X PCR 산물은 108 bp, 97 bp, 및 86 bp 단편을 갖는다. 분해된 PCR 단편들을 10% 폴리아크릴아미드 젤 전기 영동에 의하여 분리하고, 에티듐 브로마이드(ethidium bromide)를 이용해 염색하여 가시화하였다.

결과 및 결론

지노타이핑 분석 평가 결과는 표 2에 나타낸다. ACTN3 지노타이핑은 엘리트 운동 선수(즉, 지구력, 속력 및/또는 강도 측면에서 최고 수준을 수행한 개체)에 대하여 실시하였다. 대조군에 비하여, 엘리트 전력 질주 운동 선수는, 줄루인 모집군에서 관찰된 경향과 유사하게, 낮은 ACTN3 무효 돌연변이 577XX 빈도(대조군 코카서스인 모집군에서의 18%에 비하여 6%; p < 0.05)를 가졌다. 고속의 타입 2 근육 섬유의 힘-생성 용적, 이동 속도 및 박자, 및 운동 트레이닝에 적응하는 개체의 용적 모두 강하게 유전자적으로 영향을 받는 것으로 나타났으므로, ACTN3 유전자형은 상기 전체적인 모집군에서 근육 기능에 있어 정상적인 변이에 영향을 주는 인자일 것으로 여겨진다. 이러한 결과를 기준으로 하여, ACTN3 지노타이핑은 엘리트 운동 잠재력을 가지는 젊은 개체를 선별하는 데, 또는 그러한 젊은 개체의 선별에 도움을 주는 데 있어서 상당한 잠재능을 가지는 것으로 보여진다.

실시예 2

방법

436명의 혈연 관계가 없는 코카서스인 대조군을, Mills et al. (2001)에 설명된 지노타이핑 방법을 이용하여, 3개의 상이한 공급원(150명의 혈액 도너(donor), 혈연 관계가 없는 연구에 참여한 71명의 건강한 어린이, 및 Australian Institute of Sport의 재능-동정 프로그램에 참여한 215명의 건강한 성인)으로부터 지노타이핑하였다. 성별로는, 292명의 여자 대조군 및 134명의 남자 대조군으로 구성된다. 429명의 엘리트 코카서스인 운동 선수를, 14종의 상이한 스포츠에 대하여 지노타이핑하였다. 예시를 목적으로, 운동 선수는, 그들이 국제적 수준의 스포츠 경기에서 오스트레일리아를 대표한 바 있는 경우 "엘리트"로서 정의하였으며, 운동 선수들 중 50명은 올림픽 게임에 참여한 바 있다.

α-액티닌-3이 급속 골격-근육 섬유 내에 위치하는 경우, α-액티닌-3 결함은 전력 질주/파워 종목에 있어서의 역량을 감소시킬 것이며, 따라서 엘리트 전력 질주 운동 선수에게 있어서는 빈도가 보다 낮을 것으로 가정되었다. 이러한 가설을 테스트하기 위하여, 107명의 엘리트 운동 선수(남자 72명성 및 여자 35명)의 서브세트의 유전자형을 분석하고, 전문적인 전력 질주/파워 운동 선수를 우선 순위로 하여 분류한 뒤, 지노타이핑 결과에 블라인드(blind)하였다. 이 그룹은, 800 m 종목에서 경쟁하는 46명의 트랙 운동 선수, 200 m 종목에서 경쟁하는 42명의 수영 선수, 9명의 유도 운동 선수, 7명의 단거리 트랙 사이클 선수, 및 3명의 스피드 스케이트 선수로 구성된다. 비교를 위하여, 77명의 장거리 사이클 선수, 77명의 조정 선수, 400 m 거리에 걸쳐 경쟁하는 18명의 수영 선수, 5000 m 종목에서 경쟁하는 15명의 트랙 운동 선수, 및 7명의 크로스-컨트리 스키 선수(cross-country skier)를 포함하는, 194명의 개체(남자 122명 및 여자 72명)를 전문적인 지구력 운동 선수로서 독립적으로 분류하고, 분석하였다. 32명의 전력 질주 운동 선수(남자 25명 및 여자 7명) 및 18명의 지구력 운동 선수(남자 12명 및 여자 6명)는 올림픽 수준의 경기에서 경쟁한 바 있다. 분류 표준의 엄중함으로 인하여, 128명의 엘리트 운동 선수는 전력 질주/파워 또는 지구력 그룹 중 하나로 확실하게 지정될 수 없었으며, 따라서 후속의 분석에서 제외되었다.

운동 선수 및 대조군 사이의 ACTN3 대립 유전자의 동질성 및 유전자 빈도를 테스트하기 위하여, Huttley 및 Wilson(2000)에 의하여 설명된 바와 같이, 패키지(J. Maindonald에 의하여 기증됨; The R Project for Statistical Computing Web site로부터 입수 가능)의 사용 전반에 걸쳐, 통계 프로그래밍 언어 R(statistical programming language R)(version 1.6.2)을 수단으로 하여, 로그-직선 모델링 접근법(log-linear modeling approach)을 이용하였다. "X" 2값은 운동 선수와 대조군 사이를 비교하기 위하여 유전자형 개수를 이용하여 견적하였다. 3그룹의 대조군(150명의 혈액 도너, 71명의 건강한 어린이, 및 215명의 건강한 성인)의 유전자형 프로파일은 서로 유의하게 상이하지 않았으며(x² = 0.19; P = .996), 107명의 유럽 백인종에 대한 이전의 지노타이핑 그룹과도 유의하게 상이하지 않았다(Mills et al. 2001). 이러한 결과는, 대주군에 있어서의 유전자형 빈도가, 보다 광범위한 코카서스인 모집군의 표본임을 시사한다. ACTN3 유전자형 빈도는 남자 및 여자 대조군 개체 사이에서 유의하게 가변적이지 않았으며, 전반적으로, 하르디-바이베르그 형평(Hardy-Weinberg(H-W) equilibrium)으로부터 유의한 편차는 없었다.

대조군, 전력 질주/파워, 및 지구력 그룹으로부터 얻어진 ACTN3 지노타이핑 데이터는 표 2 및 도 1에 정리하였다. 엘리트 운동 선수 그룹 전체와 및 대조군 사이에서는, 대립 유전자 또는 유전자형 빈도에 있어 유의한 차이가 없었다. 그러나, 운동 선수를 전력 질주/파워 및 지구력 그룹으로 분류하고, 대조군과 비교한 경우에는, 대립 유전자 빈도에 있어 뚜렷한 차이가 있었다(x² _[df=5] = 23; P < .001). 남자(x² _[df=1] = 14.8 ; P < .001) 및 여자(x² _[df=1] = 7.2 ;P < .01) 모두에 대하여, 전력 질주 운동 선수 및 대조군 사이에는 대립 유전자 빈도에 있어 유의한 차이가 존재하였다. 전력 질주 운동 선수는 577XX(α-액티닌-3 무효) 유전자형을 낮은 빈도(6% 대 18%)로 갖고 있었으며, 여자 엘리트 전력 질주 운동 선수 또는 전력 질주 올림픽 선수에게는 577XX가 전혀 없었다. 전력 질주 운동 선수 그룹은 또한, 대조군에 비하여, 577RR 유전자형을 보다 높은 빈도(50% 대 30%)로 갖고 있었으며, 이종 접합형 577RX 유전자형(45% 대 52%)은 낮은 빈도로 갖고 있었다. 엘리트 지구력 운동 선수는, 대조군(18%)에 비하여 다소 높은 빈도로 577XX 유전자형(24%)을 갖고 있었다. 보다 중요한 점은, 전력 질주 및 지구력 운동 선수에 있어서의 대립 유전자 빈도는 반대 방향으로 일탈되어 있으며, 남자(x² _[df=1] = 13.3 ; P < .001) 및 여자(x² _[df=1] = 5.8 ; P < .05) 모두에 있어서 서로 유의하게 상이하였다. 두 그룹 사이의 그러한 차이는 유의하게 상쇄되었으며, 이는 상기 전체 엘리트 운동 그룹을 대조군과 비교한 경우의 연관성 결여를 설명해준다.

전체적으로, 또한 대립 유전자 빈도 차이(x² _[df=5] = 16.7 ; P < .01)에 의하여 설명되지 않는, 유전자형 변이의 증가가 존재한다. 이는, 전반적인 H-W 평형으로부터의 이탈에 대한 증거가 없음에도 불구하고, 그룹 사이에서의 H-W 불균형 계수(disequilibrium coefficient)에 있어서의 편차를 시사한다. 그러한 효과는 여자 전력 질주 운동 선수(x² _[df=1] = 7.4 ; P < .01) 및 지구력 운동 선수(x² _[df=1] = 6.0 ; P < .05)에게 한정되며, H-W 평형(20 대 15)에 있어서는 기대한 것보다 많은 이종 접합형 여자 전력 질주 운동 선수에게서 확인되었고, 이종 접합형 여자 지구력 운동 선수(25 대 36)의 경우에는 기대한 것보다 적은 수에서 확인되었다. 여자 전력 질주 및 지구력 운동 선수 사이의 대립 유전자-빈도-독립적 유전자형 차이는 유의하게 컸다(x² _[df=1] = 13.8 ; P < .001). 남자에게서는 이러한 효과가 전혀 확인되지 않았으며, 이는 ACTN3 유전자형의 성능에 대한 효과가 남자 및 여자 사이에서 상이함을 시사한다.

이러한 연구 결과는, ACTN3 577R 대립 유전자가 파워 및 전력 질주 활동에 이점을 제공함을 시사한다. 표본 조사된 여자 엘리트 전력 질주 운동 선수 중에서는 어느 누구도 a- 액티닌-3 결핍이 없었다(남자 8%에 비하여). 남자의 경우, 트레이닝에 대한 안드로겐 호르몬 반응은 성능 향상에 유의하게 기여하는 것으로 여겨지며, 따라서 근육 파워에 대한 α-액티닌-3의 상대적인 효과는 감소될 수 있다. 흥미롭게도, 상기 표본 조사된 모든 남자 올림픽 파워 운동 선수는 ACTN3의 기능적 577R 대립 유전자의 적어도 하나의 복사체(골격근 내의 α-액티닌-3의 존재와 관련된)를 가지고 있었으며, 이는 최고 수준의 스포츠 경쟁에서 "가변적인 모든 총칭(every variable count)"임을 시사한다. 적어도 73개의 유전자 자리가 적격성 및 역량 표현형과 관련이 있다고 보고되어 있음에도 불구하고(Rankinen et al., 2002 "The human gene map for performance and health-related fitness phenotypes: the 2001 update." Med Sci Sports Exerc 34: 1219-1233), ACTN3은, 그러한 연관성이 입증된 제1 구조적 골격-근육 유전자(structural skeletal-muscle gene)이다.

상기 α-액티닌-3 단백질은, 급속 경련 섬유의 형성을 촉진하거나, 또는 트레이닝에 대한 반응에 있어서 글루코오스 대사를 변화시킬 수 있다. 또한, α-액티닌-3은 편심 근육 수축(eccentric muscle contraction)에 의하여 야기되는 손상을 최소화하기 위하여 진화적으로 최적화될 수 있다. 급속의 해당 섬유(glycolytic fiber) 내의 Z 라인은, α-액티닌을 포함하는 관련 단백질의 형태적 손상 및 붕괴를 초래하는, 운동에 의해 야기되는 상해에 대해 가장 취약한 구조이다 (Friden and Lieber 2001, "Eccentric exercise-induced injuries to contractile and cytoskeletal muscle fiber components Acta Physiol Scand 171: 321-326).

577R 대립 유전자가 전력 질주-능력을 향상시키는 것으로 나타난 바와 같이, 577XX 유전자형이 지구력 역량을 향상시키는 경우, 상기 577R 및 577X 대립 유전자는 둘 모두, 상이한 환경 조건 하에서 선택적인 장점을 제공하며, 따라서 균형 선발에 의하여 높은 모집군 빈도를 유지하였다는 점에서, 모집군 내에서 유지될 수 있다.

실시예 3

도 1은 대조군, 엘리트 전력 질주/파워 운동 선수, 및 지구력 운동 선수에 있어서의 ACTN3 유전자형 빈도의 히스토그램(histogram)을 나타낸다. 건강한 코카서스인 대조군에 비교한 바, 엘리트 코카서스인 전력 질주 운동 선수의 경우, (α-액티닌-3 결핍과 관련된) ACTN3 577XX 유전자형의 빈도가 현저하게 감소되어 있었다. 뚜렷하게, 올림픽 수준의 경기에서 경쟁한 바 있는 여자 전력 질주 운동 선수 또는 전력 질주 운동 선수 중 어느 누구도(남자 25 및 여자 7) α-액티닌-3 결핍이 없었다. 역으로, 지구력 운동 선수의 경우에는, 그 연관성이 단지 여자의 경우에만 통계적으로 유의한 수준에 달하였으나, 577XX 유전자형은 증가되는 경향이 있다. 오차 막대(error bar)는 95% CI를 나타낸다.

당업자라면, 본 발명이, 광범위하게 설명된 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고, 특정한 일면으로 제시된 바와 같이, 다양하게 변화 및/또는 변형될 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로, 이상에서 제시한 본 발명의 일면들은 단지 예시적인 것으로서, 제한적인 것이 아님을 이해할 것이다.

본원에 개시되고 청구된 조성물들, 방법들, 및 기구들은 본원의 견지에서 과도한 실험 없이 실시 및 실행될 수 있다. 본 발명의 조성물들 및 방법들은 바람직한 일면을 예로 들어 설명되었으나, 당업자라면, 본원에 개시된 조성물들, 방법들, 및 기구들, 그리고 상기 방법들의 단계 또는 그러한 단계들의 순서에 있어, 본 발명의 개념, 사상, 및 범위를 벗어나지 않고, 변화가 이루어질 수 있음이 자명한 바임을 인지할 것이다. 보다 구체적으로, 동일한 또는 유사한 결과가 달성되는 한, 본원에 개시된 제제들은 화학적으로 및 생리학적으로 관련된 일부 제제들로 대체될 수 있음은 자명한 바일 것이다. 당업자라면, 그러한 모든 유사한 대체 및 변형이, 첨부된 청구의 범위에 의하여 한정되는 바와 같은 본 발명의 사상, 범위, 및 개념 내에 포함되는 것임을 명확히 알 수 있을 것이다.

[ 표 1 ]

대조군 및 엘리트 전력 질주/파워 및 지구력 운동 선수에 있어서의

ACTN3 유전자형의 개수 및 빈도(%), 및 ACTN3 대립형질의 빈도(%)

[ 표 3 ] 현재까지 ACTN3 유전자 내에서 동정된 SNP

NCBI SNP 클러스터(CLUSTER) ID

rs2229456

rs2229455

rs2229454

rs2228325

rs1126675

rs7949754

rs7924602

rs5792393

rs4990284

rs4990283

rs4013815

rs3937320

rs3837428

rs3814736

rs3814735

rs3782080

rs2511217

rs2511216

rs2509559

rs2509558

rs2305537

rs2305534

rs2290463

rs2275998

rs2096583

rs2000939

rs1815739

rs1791690

rsl671064

rsll88610

rs679228

rs678397

rs677488

rs647476

rs647029

rs618838

rs607736

rs597626

rs544021

rs540874

rs538330

rs531490

rs509556

rs490998

rsl3897

rs4576

rs1189338

rsl201433

rs640213

rs3737525

rs3178740

rs3180065

rs3180064

rs3180063

rs3867132

rs608504

rs610293

rs3825065

www.ncbi.nlm.nih.gov/SNP/snp ref

TSC: The SNP Consortium website

[ 표 4 ] 역량 및 건강-관련 적격 표현형에 대한 2002인간 유전자 지도의 핵 및 미토콘드리아 유전자의 기호, 전체 명칭, 세포내 위치

유전자 또는 유전자 자리 명칭 위치

AB

ACADVL 아실 조효소(coenzyme) A 데하이드로게나아제(dehydrogenase), 매우 긴 사슬 17pl3-pll

ACE 안지오텐신 I 전환 효소 17q23

ADRA2A 알파-2A-아드레날린성 수용체 lOq24-q26

ADRB1 아드레날린성 베타-1-수용체 lOq24-q26

ADRB2 베타-2-아드레날린성 수용체 5q31-q32

ADRB3 베타-3-아드레날린성 수용체 8pl2-p11.2

AGT 안지오텐시노겐 lq42-q43

ANG 안지오제닌, 리보뉴클레아제, RNase A 부류, 5 14qll. 1-qll.2

APOE 아폴리포프로테인(Apolipoprotein) E 19ql3.2

ATPIA2 ATPase, Na_/K_ 운반, 알파-2 폴리펩타이드 lq21-q23

ATPIBI ATPase, Na_/K_운반, 베타 1 폴리펩타이드 lq22-q25

BDKRB2 브라디카이닌(Bradykinin) 수용체 B2 14q32.1-q32.2

CDEFG

CAS02 클라스퀘스트린(Calsequestrin) 2 (심장 근육) lpl3.3-p11

CFTR 방광 섬유증 막관통 전도 조절자(Cystic fibrosis transmembrane conductance regulator), ATP-결합 카세트(하위-부류 C, 일원 7) 7q31.2

CKM 크레아틴 카이나아제(Creatine kinase), 근육 19ql3.2-ql3.3

CNTF 섬모형 신경 영양 인자(Ciliary neurotrophic factor) 11ql2.2

CPT2 카르니틴 팔미토일트랜스퍼라아제(Carnitine palmitoyltransferase) 2 lp32

COL1A1 콜라겐, 타입 I, 알파 1 17q21.3-q22.1

EDN1 엔도텔린(Endothelin) 1 6p24.1

EN03 에놀라아제(Enolase) 3, (베타, 근육) 17pter-pl1

FABP2 지방산 결합 단백질 2 4q28-q31

FGA 피브리노겐(Fibrinogen), A 알파 폴리펩타이드 4q28

FGB 피브리노겐, B 베타 폴리펩타이드 4q28

GDF8(MSTN) 성장 분화 인자(Growth differentiation factor) 8 (마이오스타틴(myostatin)) 2q32.2

GNB3 구아닌 뉴클레오타이드 결합 단백질(G 단백질), 베타 폴리펩타이드 3 12pl3

HIKLM

HLA-A 주요 조직 적합성 복합체(Major histocompatibility complex), 클래스 I, A 6p21.3

HP 햅토글로빈(Haptoglobin) 16q22.1

IGF1 인슐린형 성장 인자(Insulin-like growth factor) I 12q22-q23

IGF2 인슐린형 성장 인자 2 11p15.5

IL-6 인터류킨-6

KCNQ1 K_전압-출입 채널(voltage-gated channel), KQT형 하위-부류, 일원 1 llpl5.5

LDHA 락테이트 데하이드로게나아제 A 1lpl5.4

LPL 지단백질 리파아제(Lipoprotein lipase) 8p22

MTCO1 사이토크롬 c 옥시다아제(Cytochrome c oxidase) I mtDNA 5904-7445

MTC03 사이토크롬 c 옥시다아제 III mtDNA 9207-9990

MTCYB 사이토크롬 b mtDNA 14747-15887

MTNDI NADH 데하이드로게나아제 1 mtDNA 3307-4262

MTND4 NADH 데하이드로게나아제 4 mtDNA 10760-12137

MTND5 NADH 데하이드로게나아제 5 mtDNA 12337-14148

MTTE 트랜스퍼(Transfer) RNA, 미토콘드리아, 글루탐산 mtDNA 14674-14742

MTTI 트랜스퍼 RNA, 미토콘드리아, 이소류신 mtDNA 4263-4331

MTTK 트랜스퍼 RNA, 미토콘드리아, 라이신 mtDNA 8295-8364

MTTL 트랜스퍼 RNA, 미토콘드리아, 류신 1 (UUR) mtDJNA 3230-3304

MTTL2 트랜스퍼 RNA, 미토콘드리아, 류신 2 (CUN) mtDNA 12266-12336

MTTM 트랜스퍼 RNA, 미토콘드리아, 메티오닌 mtDNA 4402-4469

MTTT 트랜스퍼 RNA, 미토콘드리아, 트레오닌 mtDNA 15888-15953

MTTY 트랜스퍼 RNA, 미토콘드리아, 타이로신 mtDNA 5826-5891

MyHC 마이오신 중쇄

NOPQRSTUV

NOS3 산화질소(nitric oxide) 신타아제(synthase) 3(내피 세포) 7q36

NPY 뉴로펩타이드(Neuropeptide) Y 7p15.1

PAI1 플라스미노겐 활성자 저해제(Plasminogen activator inhibitor) 1 7q21.3-q22

PFKM 포스포프럭토카이나아제(Phosphofructokinase), 근육 12q13.3

PGAM2 포스포글리세레이트 뮤타아제(Phosphoglycerate mutase) 2 (근육) 7p13-p12

PGK1 포스포글리세레이트 카이나아제 1 Xq13

PHKA1 포스포릴라아세(Phosphorylase) 카이나아제, 알파 1 (근육) Xq12-q13

PON1 파락소나아제(Paraxonase) 1 7q21.3

PPARA 퍼옥시솜 증식성 활성화된 수용체(Peroxisome proliferative activated receptor), 알파 22q13.31

PPARG 퍼옥시솜 증식성 활성화된 수용체, 감마 3p25

PYGM 포스포릴라아세, 글라이코젠, 근육 11q12-q13.2

RYR2 라이아노다인(Ryanodine) 수용체 2 (심장) 1q42.1-q43

SGCA 사르코글라이칸(Sarcoglycan), 알파 (50kDa 비정상-관련 당단백질(dystrophin-associated glycoprotein) 17q21

S100A1 S100 칼슘 결합 단백질 A1 Iq21

SUR 술포닐우레아 수용체 11p15.1

TGFB1 형질변환(transforming) 성장 인자 베타 1 19q13.2

UCP2 커플링되지 않은 단백질 2 11q13

UCP3 커플링되지 않은 단백질 3 11q13

VDR 비타민 D (1,25-디하이드록시비타민 D3) 수용체 12q12-q14

참고 문헌: Perusse et al. 2003 "The human gene map for performance and health-related fitness phenotypes: the 2002 update" Med. Sci. Sports Exerc. 35: 1248-1264.

[ 표 6 ]

인간 모집단에서의 ACTN3 577R/X 대립형질의 유전자형 및 대립 형질 빈도

본 발명은, 전력 질주/파워 스포츠 및/또는 지구력 스포츠에 대하여 엘리트 역량에 대한 잠재력을 가지는 젊은 개체의 조기 선별 및 발굴을 가능하게 하는 운동 역량 예측 방법, 및 트레이닝 프로그램의 최적화 방법을 제공한다.

<110> North, Kathryn N. <120> Genotype Screen for Athletic Performance <130> 005493.P024PCT <160> 2 <170> PatentIn version 3.2 <210> 1 <211> 21 <212> DNA <213> Homo sapiens <400> 1 ctgttgcctg tggtaagtgg g 21 <210> 2 <211> 21 <212> DNA <213> Homo sapiens <400> 2 tggtcacagt atgcaggagg g 21

Claims

개체(individual)의 운동 역량(athletic performance)을 예측하는 방법에 있어서,

a) α-액티닌-3(α-actinin-3; ACTN3) 유전자 내의 하나 이상의 유전자 변이(genetic variation)의 존재에 대하여 개체를 스크리닝(screening)하는 단계;

b) 상기 하나 이상의 유전자 변이의 존재를 기준으로 하여 운동 역량을 예측하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 운동 역량 예측 방법.
제1항에 있어서,

상기 개체가 인간인 것을 특징으로 하는 운동 역량 예측 방법.
제1항에 있어서,

상기 개체가 말, 개, 또는 낙타인 것을 특징으로 하는 운동 역량 예측 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 방법이, 상기 ACTN3 유전자 내의 1747 C(사이토신; Cytosine) > T(타이민; Thymine) 단일 뉴클레오타이드 다형(single nucleotide polymorphism ; SNP)에 대하여 상기 개체를 스크리닝하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 운동 역량 예측 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 방법이, 상기 ACTN3 유전자 자리(locus)에 대하여 상기 개체를 지노타이핑(genotyping)하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 운동 역량 예측 방법.
제5항에 있어서,

상기 ACTN3 유전자의 577R 대립 유전자(allele)의 적어도 하나의 복사체(copy)의 존재가 전력 질주(sprinting) 또는 파워(power) 역량과 포지티브하게(positively) 연관되는 것을 특징으로 하는 운동 역량 예측 방법.
제6항에 있어서,

577RR 유전자형(genotype)으로서 상기 개체를 지노타이핑하는 단계가 전력 질주 또는 파워 역량과 포지티브하게 연관되는 것을 특징으로 하는 운동 역량 예측 방법.
제6항에 있어서,

577XX 유전자형으로서 상기 개체를 지노타이핑하는 단계가 전력 질주 또는 파워 성능과 네거티브하게(negatively) 연관되는 것을 특징으로 하는 운동 역량 예측 방법.
제6항에 있어서,

577XX 유전자형으로서 상기 개체를 지노타이핑하는 단계가 지구력 역량(endurance performance)과 포지티브하게 연관되는 것을 특징으로 하는 운동 역량 예측 방법.
제6항에 있어서,

577RX 유전자형으로서 상기 개체를 지노타이핑하는 단계가 암컷 개체에 있어서의 전력 질주 또는 파워 역량과 포지티브하게 연관되는 것을 특징으로 하는 운동 역량 예측 방법.
제6항에 있어서,

577RX 유전자형으로서 상기 개체를 지노타이핑하는 단계가 암컷 개체에 있어서의 지구력 역량과 네거티브하게 연관되는 것을 특징으로 하는 운동 역량 예측 방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 방법이, 상기 개체의 골격 근육 내에 존재하는 ACTN3 단백질의 양을 측정하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 운동 역량 예측 방법.
제12항에 있어서,

상기 ACTN3 단백질의 양이 상기 ACTN3 단백질에 대하여 특이적인 항체(antibody)를 이용하여 측정되는 것을 특징으로 하는 운동 역량 예측 방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 방법이, 상기 개체의 골격 근육 내에서 발현되는 ACTN3 메신저(messenger) RNA(mRNA)의 양을 측정하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 운동 역량 예측 방법.
제4항에 있어서,

상기 방법이, DNA 서열 결정(sequencing), 대립 유전자-특이적 혼성화(hybridization), 대립 유전자-특이적 증폭(amplification), 또는 제한 단편 길이 다형 분석(restriction fragment length polymorphism analysis)에 의하여, 상기 개체의 게놈(genomic) DNA 내의 1747 C > T SNP 대립 유전자를 동정하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 운동 역량 예측 방법.
제4항 또는 제15항에 있어서,

상기 방법이, 상기 ACTN3 유전자 내의 하나 이상의 추가적인 SNP의 존재에 대하여 상기 개체를 스크리닝하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 운동 역량 예측 방법.
제16항에 있어서,

상기 하나 이상의 추가적인 SNP가 본원 명세서 표 3에 제시된 SNP들로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 운동 역량 예측 방법.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 방법이, 적어도 하나의 다른 유전자 내의 하나 이상의 유전자 변이의 존재에 대하여 상기 개체를 스크리닝하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 운동 역량 예측 방법.
제18항에 있어서,

상기 적어도 하나의 다른 유전자가 본원 명세서 표 4에 제시된 유전자들로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 운동 역량 예측 방법.
제19항에 있어서,

상기 방법이, 안지오텐신-전환 효소(angiotensin-converting enzyme; ACE) I 대립 유전자 및 ACE D 대립 유전자의 존재에 대하여 상기 개체를 스크리닝하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 운동 역량 예측 방법.
제20항에 있어서,

상기 ACE I 대립 유전자가 지구력 역량과 포지티브하게 연관되는 것을 특징으로 하는 운동 역량 예측 방법.
제20항에 있어서,

상기 ACE D 대립 유전자가 전력 질주 또는 파워 역량과 포지티브하게 연관되는 것을 특징으로 하는 운동 역량 예측 방법.
제19항에 있어서,

상기 방법이, 알파-2A-아드레날린성 수용체(Alpha-2A-adrenergic receptor; ADRA2A) 대립 유전자의 존재 또는 부재에 대하여 상기 개체를 스크리닝하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 운동 역량 예측 방법.
제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 방법이, VO₂ 최대값(maximum), 혐기성 역치(anaerobic threshold) 테스트, 윙게이트 테스트(Wingate test), 임계 파워(critical power), 휴식 대사율(resting metabolic rate), 신체 조성(body composition), 스피드(speed) 테스트, 파워 테스트, 강도(strength) 테스트, 유연성(flexibility) 테스트, 근육 생체 검사(biopsy), 급속 경련 섬유(fast twitch fiber) 테스트, 및 저속 경련 섬유(slow twitch fiber) 테스트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 테스트를 이용하여 상기 개체를 스크리닝하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 운동 역량 예측 방법.
트레이닝 프로그램을 최적화하는 방법에 있어서,

a) α-액티닌-3(ACTN3) 유전자 내의 하나 이상의 유전자 변이의 존재에 대하여 개체를 스크리닝하는 단계;

b) 개체에 적합한 트레이닝 프로그램을 선택하여, 강도 운동 역량, 파워 운동 역량, 또는 지구력 운동 역량을 최적화하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 트레이닝 프로그램의 최적화 방법.
제25항에 있어서,

상기 개체가 인간, 말, 개, 또는 낙타인 것을 특징으로 하는 트레이닝 프로그램의 최적화 방법.
제25항 또는 제26항에 있어서,

상기 방법이, 상기 ACTN3 유전자 내의 1747 C > T 단일 뉴클레오타이드 다형(SNP)에 대하여 상기 개체를 스크리닝하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 트레이닝 프로그램의 최적화 방법.
제25항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 방법이, 상기 ACTN3 유전자 자리에 대하여 개체를 지노타이핑하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 트레이닝 프로그램의 최적화 방법.
개체에 적합한 스포츠 또는 스포츠 종목을 선택하는 방법에 있어서,

a) α-액티닌-3(ACTN3) 유전자 내의 하나 이상의 유전자 변이의 존재에 대하여 개체를 스크리닝하는 단계;

b) 상기 스크리닝 결과를 기준으로 하여, 전력 질주형/파워형 스포츠 또는 스포츠 종목, 및 지구력 스포츠 또는 스포츠 종목을 선택하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 스포츠 또는 스포츠 종목의 선택 방법.
제29항에 있어서,

상기 개체가 인간, 말, 개, 또는 낙타인 것을 특징으로 하는 스포츠 또는 스포츠 종목의 선택 방법.
제29항 또는 제30항에 있어서,

상기 방법이, 상기 ACTN3 유전자 내의 1747 C > T 단일 뉴클레오타이드 다형(SNP)에 대하여 상기 개체를 스크리닝하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 스포츠 또는 스포츠 종목의 선택 방법.
제29항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 방법이, 상기 ACTN3 유전자 자리에 대하여 개체를 지노타이핑하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 스포츠 또는 스포츠 종목의 선택 방법.