LA GENETICA E LO SPORT
CAMPIONI SI NASCE O SI DIVENTA ?
Un Seminario dedicato agli
Allievi delle Classi IV della
Scuola Elsa Morante
F
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Profe Maria
n
Genetica
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e
Luisa Giovannucci Uzielli
e Medicina Molecolare
Universita’ degli Studi di Firenze
COME, QUANDO, E PERCHE’, NASCE UN
CAMPIONE
Gli stessi, identici, 25.000 Geni in tutti gli individui
della specie umana, ma … ci sono migliaia e
migliaia di Polimorfismi
gene
gene
gene
gene
gene
tacggcttaattcaattgggccaaaatcggattcccacctttttacccaagggcgcgcggcggtaa
tacggcttaattcaattgggccaaaatcggattcccacctttttacccaagggcgcgcggcggtaa
IO VOGLIO ESSERE UN
CAMPIONE !
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SPORT
VOGLIO SAPERE SE NEL
DNA DI MIO FIGLIO C’E’
SCRITTO CHE SARA’ UN
CAMPIONE
CAMPIONI SI NASCE O SI DIVENTA ?
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_________________________________
LA GENETICA E LO SPORT
MANUELA e MANFREDI MOELGG
Ski World Cup, Bormio
Il fatto che più membri di una stessa famiglia partecipino spesso ad eventi
sportivi altamente competitivi, come Olimpiadi, Campionati e Coppe del mondo,
sostiene il ruolo della Genetica sulle caratteristiche fisiche e fisiologiche degli
Atleti di élite. Ma ci sono certamente altri Fattori co-determinanti.
_________________________________
Tommaso, Maria, Nicola, Marconi
TUFFI, Europei di Berlino 2002
FATTORI GENETICI E FATTORI NON GENETICI
Tania Cagnotto
Francesca Dallapé
UNA SINTONIA
ECCEZIONALE
FRUTTO DI UN LAVORO
IMMENSO
“Perché saranno campioni“ ?
GLI STRAORDINARI PROGRESSI DELLA CINA, NEI TUFFI, ED IN
MOLTE ALTRE DISCIPLINE SPORTIVE SONO FRUTTO DI UNA
PIANIFICAZIONE PRECISA, CON MIGLIAIA DI GIOVANISSIMI
ATLETI AVVIATI PRECOCEMENTE IN STRUTTURE EDUCATIVE
PUBBLICHE
Due bimbi di 5 anni, della
prima classe di tuffi della
Scuola Tian Liang Diving
and Swimming School in
Cina
1000 i piccoli atleti, oggi
Meno di 50 Atleti negli
anni ‘50
Caratteristiche Genetiche e Fattori
NON genetici, alla base delle
prestazioni nello Sport
MENS SANA IN CORPORE SANO
Giovenale
APOXYOMENOS - L’Atleta che pulisce lo Strigile (Lussino, Croazia)
BASE GENETICA E FATTORI NON-GENETICI
TENACIA, COSTANZA, INTELLIGENZA, PASSIONE ed altro ancora, SONO SU
BASE GENETICA OPPURE NO ?
Lance Armstrong, 6 volte consecutive maglia gialla a Parigi
C’è chi riesce ad essere più forte del
tempo e più forte della malattia, ma ha
ceduto alla “sirena” del Doping
Pierluigi Marzorati , all’età di 54 anni,
nel 2006, ancora giocatore professionista
del team di Cantù
“FATTORI GENETICI”
Gemelli identici, Gemelli Monozigoti (MZ), hanno un
Genotipo Identico
Betsy e Mary McCagg, gemelle
monozigoti, campionesse
olimpiche di Canottaggio
GEMELLE MONOZIGOTI AFFETTE
DALLO STESSO SEVERO, DISORDINE
GENETICO (LA SINDROME DI RETT)
GENOMA, GENI E POLIMORFISMI DEL DNA
IL GENOMA UMANO HA 25.000 GENI ED HA alcuni milioni di
POLIMORFISMI DEL DNA
Ogni creatura della Specie Umana ha
lo stesso numero di geni e gli stessi
singoli geni, indipendentemente dalla
razza e dalla etnia
Ma ogni singolo individuo della
Specie Umana può essere
identificato per caratteristiche del
DNA, i Polimorfismi del DNA,
rappresentati da sequenze variabili,
intra- ed extra-geniche, sparse in
tutto il genoma, in un numero, oggi
meglio identificato, di alcuni milioni
POLIMORFICI SONO QUEI “loci” CHE POSSONO
PRESENTARSI CON BASI DIVERSE, IN INDIVIDUI DIVERSI
DELLA POPOLAZIONE . SONO MIGLIAIA E MIGLIAIA ED IL
LORO STUDIO STA PORTANDO ELEMENTI INTERESSANTI
SULLA CORRELAZIONE VARIABILITA’-SALUTEPREDISPOSIZIONE A PATOLOGIE, CARATTERISTICHE
PSICO-FISICHE, PRESTAZIONI ATLETICHE
SNPs (Single Nucleotide Polymorphism)
_________________________________
A>C
A>G
A>T
SITI DI VARIABILITA’ DEL GENOMA
Milioni di sequenze ripetitive variabili nel DNA dell’Uomo,
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TTC TTC
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AAGT AAGT
AAGT AAGT AAGT AAGT
AAGT AAGT AAGT AAGT AAGT AAGT
QUANDO E COME NASCE UN CAMPIONE
Un Uomo, uno straordinario Atleta
Michael Phelps
7 Medaglie d’oro agli
Olimpic Games 2008
Cariotipo maschile normale
46,XY
Alla ricerca, in laboratorio, di
“varianti” responsabili delle
straordinarie performance di
Michael Phelps. SI ! ma , forse, c’è
quualche cosa di più, già rivelato
dalla Genetica Clinica
La ben nota, armoniosa, e splendida nuotata di Michael Phelps
Dalla Genetica Clinica: lassità
ligamentosa eccezionale, per
caratteristiche “anomale”del tessuto
collagene, a livello delle fibre
elastiche.
Periodico, ripetuto, monitoraggio a
livello di cuore e grossi vasi.
Indagini di laboratorio sul DNA, a
livello dei geni delle“collagenopatie”
UN GRANDISSIMO ATLETA
UN CAMPIONE CHE SI E’ FERMATO, MA CHE VUOLE TORNARE
L’OMBRA DEL DOPING SOLO IN PARTE CANCELLATA DA “UNA
MANCANZA DI PROVE”
________________________
SE PUR MENO EVIDENTE, PERCHE’
MENO MARCATA, LA LASSITA’
LIGAMENTOSA, TRADITA
DALL’ATTEGGIAMENTO DELLE DITA
DELLA MANO, E’ PRESENTE ANCHE
QUI
IAN THORPE
In laboratorio alla ricerca di “varianti” capaci di spiegare la carriera dell’ Atleta italiana più
vincente di tutti i tempi: Vale VEZZALI
-
POLIMORFISMI ?
VARIANTI ?
MUTAZIONI ?
TTACGGCAT
Fattori genetici e non-genetici
TTAAGGCAT
intelligenza ed equilibrio !
passione !
TTA TTA
TTA TTA TTA
TTA TTA TTA TTA
spirito di sacrificio !
organizzazione !
determinazione !
equilibrio fisico e psichico !
allenamento !
dieta !
Come, quando, e perché nasce un “campione”
Nasce il 5 Agosto 1988 in provincia di Venezia
Inizia a nuotare ai 7 anni
Ai 16 anni, Argento 2004, nei 200 mt sl, Olimpiadi di Atene
Detiene attualmente 3 record mondiali
Oro nei 200 sl e 400 sl (Beijing 2008, Eindhoven 2008, Roma
2009, Budapest 2010, Shanghai 2011)
Eta’ 23 anni Statura cm 177
Peso kg 68
E SE CI FOSSE UNA VARIANTE “federica” ?
tacggccaatgcgcgaaacacacccgttcttttccaaggaacaggcgcgcatcga WILD TYPE
tacggccaatacacgaaacacacccgttcttttacaaggaacaggcgcgcatcga FEDERICA
Un “CAMPIONE”: Manuel ESTIARTE (Spagna)
In Nazionale a 15 anni
- 580 volte in Nazionale
-1561 goals in Nazionale
- partecipazione a sei Olimpiadi (Mosca, 1980),
(Los Angeles (1984), (Seul,1988), Barcellona,
(1992), Atlanta (1996), Sydney (2000)
- 127 goals ai giochi Olimpici
- maggior realizzatore ai Giochi Olimpici di
Mosca (21), Los Angeles (34), Seul (26)
L’unico Pallanotista al mondo ad
aver preso parte a sei Olimpiadi
“ un Atleta, in ogni Sport, individuale o di
squadra, ha bisogno di due cose,
combinate per ogni verso, talento e
sacrificio”
UN GRANDE CAMPIONE
Stefan Jovetic
Anche Stefan ha
certamente la sua storia
da raccontare ed i suoi
sogni da anticipare. Il
suo GENOMA lo ha
dotato di una “classe”
che comunque lui sa e
vuole arricchire con
passione ed intelligenza.
AUGURI, Campione !
DOVE SI TROVERA’ IL GENE, O LA INTERAZIONE TRA PIU’ GENI, OD
ANCHE LA INTERAZIONE TRA GENI E FATTORI AMBIENTALI,
RESPONSABILI DELLA SCELTA DI GIOCARE COME PORTIERE
PIUTTOSTO CHE COME CENTRO-BOA ? SE MAI SI TROVERA’ !
GENETICA DELLE PERFORMANCE ATLETICHE
_________________________________
A>T
Dobbiamo ora guardare all’impatto fisiologico delle varianti critiche dei geni, considerare
W
la previsione
di geni potenzialmente importanti, discutere le implicazioni sul futuro delle
e
competizioni atletiche
LA SCELTA DELLO
SPORT
AGONISTICO E LA
GENETICA
Stefano Tempesti, Portiere
del Settebello Azzurro
Maschile
Anni 34
Statura cm 205 Peso kg 97
Shangai, 14° FINA World
Championships: Campione
del mondo
FATTORI GENETICI E NON- GENETICI
_________________________________
LA STATURA E’ CARATTERE MULTIFATTORIALE
LA STATURA, “ALTA” STATURA E “BASSA”
STATURA, PUO’ ANCHE FAR PARTE DI SINDROMI
GENETICHE DA “MUTAZIONE” DI UN GENE
Diego Armando Maradona,
un grande campione, NON
annunciato dal suo fisico
LA SINDROME DI MARFAN e LA MORTE IMPROVVISA DELL’
ATLETA SUL TERRENO DI GIOCO
_________________________________
ALTA STATURA, IPERLASSITA’
VALVULOPATIA, ANEURISMA
AORTICO, LUSSAZIONE DEL
CRISTALLINO, ANOMALIE
SCHELETRICHE, ED ALTRO
ANCORA, SONO I CARATTERI
CLINICI CARATTERISTICI DI
QUESTA SINDROME
GENETICA, DETERMINATA,
NELLA MAGGIOR PARTE DEI
CASI, DA MUTAZIONI DEL
GENE FBN1, MAPPATO SUL
BRACCIO LUNGO DEL
CROMOSOMA 15, in 15q21.1
Questa sindrome era presente nel
grande violinista Nicolò Paganini, e
nel sedicesimo Presidente degli
USA, Abrahan Lincoln
Flo
Hyman
Più che azzurro o verde, marrone o nero, il colore degli occhi è forse il
trattoumano più poligenico, ossia controllato da un grande numero
di geni. Centinaia sono, inoltre, i geni coinvolti nelle funzioni visive
_________________________________
Giusto un esempio della
complessa azione ed interazione
di geni diversi
GENI, GENI, GENI
L’abilità Atletica, anche nell’Uomo, è determinata da
numerosi fattori socio-culturali, psicologici,
anatomici, e fisiologici. I fattori biologici , come, per
esempio, la capacità aerobica, sono frequentemente
definiti “complessi”, ossia ad etiologia
multifattoriale, genetica e non-genetica
_________________________________
Molti, e diversi, fattori
influenzano
la scelta dello Sport
amatoriale ed
agonistico
FATTORI GENETICI E NON-GENETICI
_________________________________
QUANDO LA SCELTA
DELLO SPORT E’ DEL
TUTTO NATURALE
SPORT E DISORDINI GENETICI
L’EMOFILIA: un disordine genetico
determinato dalla mutazione di un gene
mappato sul cromosoma X
ALLA RICERCA DI GENI SPECIALI
_________________________________
Un gene responsabile della ricerca del
brivido ?
Questi Atleti si fanno lasciare da un
elicottero, sulle cime di alte montagne, per
lanciarsi a valle con lo snow-board. C’è
forse una variante genica che li fa amanti
del brivido ?
“ I Geni influenzano
anche la tendenza ad
essere nottambuli, o
viceversa ad essere
dormiglioni “
Polimorfismo genico PPARG / Pro12Ala ed attività
locomotrice nella Specie Umana
______________________________________________________
La distribuzione delle frequenze
alleliche del gene PPARG sono
state studiate in Atleti di Sport
di forza e velocità. L’allele
PPARG era significativamente
più presente negli Atleti che nei
controlli, con incidenza
crescente in rapporto alla
qualificazione dell’Atleta. Un
effetto ipertrofico di PPARG Ala
sulle fibre muscolari, sembra
evidente. Possiamo concludere
che il polimorfismo PPARG
Pro12Ala si associa con
l’attività motoria, nella specie
umana.
PROLIN: CCU, CCC, CCA, CCG
ALANIN: GCU, GCC, GCA, GCG
INGIURIE DEL LIGAMENTO CROCIATO ANTERIORE SONO
FREQUENTI NELLE GIOVANI ATLETE
L’ANALISI DEL GENOTIPO, CONDOTTA IN 532 MARCATORI
MICROSATELLITI (POLIMORFISMI, MSATs), NEL CANE, HA
PERMESSO DI IDENTIFICARE REGIONI CROMOSOMICHE
ASSOCIATE CON QUESTO PROBLEMA, IN ATLETE ATTIVE
IN DIVERSI SPORT
IMPLICAZIONI DELL’USO DELLA GENETICA NELLA TERAPIA FISICA
DEGLI ATLETI
_________________________________
“ LA IMMOBILIZZAZIONE PROLUNGATA POST-ROTTURA
OSTACOLA LA GUARIGIONE PERCHE’ COMPROMETTE LA
REGOLAZIONE ADEGUATA DEL GENE RIPARATORE NEL
TENDINE DI ACHILLE LESO”
Bring et al., 2009 Karolinska Institutet, Dept of Molecular Medicine ad Surgery, Stockolm, Sweden
“Based on the study, in the
Achilles tendon of rats, in the
healing region, of mRNA
levels of different growth
factors (NGF, IGF-1, COX1
and COX2, HIF-1alpha)”
GENI
DEGLI
SPORT
?
_________________________________
Avrà il figlio di Steffy Graf ed Andre
Agassi ereditato la loro straordinaria
classe tennistica ?
Ed avrà ereditato la calvizie del
padre, e la passione per la musica
jazz della madre ?
La variabilità genetica etnica è da tempo oggetto
studio negli Atleti di élite delle diverse discipline
CONOSCETE UN GRANDE ATLETA DI COLORE NEL NUOTO ?
COMINCIANO AD EMERGERE I PRIMI, RARISSIMI, CAMPIONI
di
CHE COSA “FA NASCERE UN CAMPIONE ?
_________________________________
UNA BASE GENETICA PER LE PRESTAZIONI ATLETICHE
DELL’ UOMO, CON PARTICOLARE ENFASI ALLA RECENTE
ESPLOSIONE DEGLI STUDI SUI GENI CANDIDATI
L’IMPORTANZA DELLA INTERAZIONE GENETICA-AMBIENTE
(G+E) COME MEZZO PER COMPRENDERE LA VARIABILITA’
DELLE PRESTAZIONI FISIOLOGICHE NELL’UOMO
GENI JAMAICANI
o PEPs (Performance
enhancing polymorphism)?
Polimorfismi capaci di
esaltare le Performance ?
Mentre allenamento, dieta, e “salute” mentale
sono contributi chiaramente importanti per il
raggiungimento di successi atletici, il fatto che
individui che raggiungono il podio nello Sport
che hanno scelto, condividano spesso attributi
fisici e fisiologici, ma anche etnici, suggerisce
un ruolo della Genetica
SIAMO ARRIVATI AL LIMITE UMANO ?
LA GENETICA CE LO DIRA’
Le previsioni di Maurice Greene,
Sprinter USA e tre volte campione
del mondo nei 100 mt (’97, ’99,
2001, sull’oro a Yohan Blake,
anche lui Giamaicano, “perché più
giovane, forte e abbastanza pazzo
per non farsi vincere dalla
tensione” non si sono avverate.
Ha vinto Bolt, giamaicano. Ed
anche Blake è giamaicano.
9”58 Usain BOLT (Jamaica) Record del mondo
Ancora Bolt nei 200mt
Record del mondo con 19”19
Ancora Bolt nella staffetta 4x100
KENIA, JAMAICA
MA ANCHE NOI ABBIAMO AVUTO, ED ABBIAMO, I NOSTRI, GRANDI,
CAMPIONI
____________________________________________________________
Pietro Mennea, campione del
mondo 200 mt (19”72)
Dal 1979 al 1996
FEDERICO BUSSOLIN Società
Rari Nantes Florentia
Campione europeo juniores
NUOTO, farfalla
Vice-campione mondiale
juniores
NUOTO, farfalla
“NON HO MAI AVUTO PAURA DI
PERDERE”
Roma, 24 Maggio 2011
Incontro con Usain Bolt
Praga, Agosto 1978
Campione europeo dei
100 metri (10”27)
Città
del Messico (12 Sett. 1979): 200
C
i
metri
in 19”72
t
t
La Medaglia d’oro alle Olimpiadi di Mosca sul podio
dei 200 metri. 29 Luglio 1980
LA TERAPIA GENICA
Un sogno che deve diventare una realtà
Usain bolt
DMD/BMD
Distrofia
Muscolare Di
Duchenne/Becker
Incidenza 1/3300
maschi nati vivi
Gene DMD
Mappato in Xp21.2
Lunghezz kb 2300, pari ad
1,5 dell’intero cromosoma X.
Ha 79 esoni e 7 promotori
tessuto-specifici.
Codifica una grande ed
importante proteina
denominata “distrofina”
EPO
_________________________________
La somministrazione di
Eritropoietina
ricombinante umana
(rhEPO) aumenta la
capacità di massimo
consumo di ossigeno ed
è quindi abusata e
malusata come
metodologia di Doping
negli Sport di resistenza
ERYTHROPOIETIN
(EPO)
_________________________________
EPO è un ormone prodotto nel rene,
che consiste di una proteina di 165
aminoacidi, più quattro catene di
carboidrati. Quando il livello di
ossigeno nel sangue scende troppo, il
rene produce EPO che arriva al
midollo osseo e si lega ai recettori in
cellule che danno luogo ai progenitori
dei globuli rossi.
Ben presto, più globuli rossi entrano
in circolazione nel sangue, portando
più ossigeno ai tessuti.
ERYTHROPOIETIN
(EPO)
_________________________________
Il valore di EPO come “Droga” è
emerso con la messa a punto della
emodialisi nelle insufficienze renali,
nel 1961.
Questo trattamento causa anemia
severa, perchè rimuove la EPO dal
sangue.
La tecnologia del DNA Ricombinante
risolve questo problema dell’EPO.
problems.
L’allenamento ad alta quota aumenta
la resistenza per la presenza di EPO
nel sangue. Gli Atleti tentano di
riprodurre questo effetto con l’abuso
di EPO
ERYTHROPOIETIN
(EPO)
_________________________________
DOPING CON
EPO
ABUSO DI ERITROPOIETINA (EPO)
DOPING GENETICO CON ERITROPOIETINA
STRATEGIE DI RIVELAZIONE NELL’ERA
GENOMICA
_________________________________
La rivelazione di abuso di EPO si basa su
approcci farmacologici (diretto) ed ematologici
(indiretto): ambedue con molti limiti.
In più, gli attuali metodi di rivelazione non
riescono ad adeguarsi alle emergenti strategie
di doping con EPO (mimicria) e, quindi, sono
necessarie con urgenza, nuove strategie di
rivelazione.
ALLA RICERCA DI TALENTI
La identificazione di polimorfismi favorevoli allo sviluppo di “prestazioni
atletiche straordinarie”, potrà scatenare la ricerca di CAMPIONI, in
laboratorio, già in età molto precoce
Foto di Rene van Ooste
_________________________________
Organoid
Nevus of
the Lid
.
_________________________________
GENOTIPI E PODISMO DI FONDO: INDIZI GEOGRAFICI
Il dominio keniota nel podismo di fondo:
fattori fisiologici critici per le prestazioni
nel fondo sono il massimo consumo di
ossigeno (VO[2max]), l’utilizzo frazionale
del VO(2max) e l’economia della corsa
___________________________________________________________
Un veloce sguardo al podio di qualsiasi competizione sportiva internazionale
rivela che alcune nazioni e aree geografiche primeggiano regolarmente in
alcune discipline.
Fattori ambientali quali l’allenamento e l’alimentazione sono importanti;
tuttavia, è probabile che esista una componente genetica nelle prestazioni
sportive di élite. Uno degli esempi più evidenti è il dominio degli atleti estafricani nel podismo di fondo. Ciò ha portato all’ipotesi che questi atleti
possano avere fattori predisponenti all’eccellenza in determinate prestazioni
atletiche. Un altro esempio è costituito, come abbiamo visto, dai successi
degli atleti di pelle nera nelle prove di velocità.
_________________________________
GENOTIPI E PODISMO DI FONDO: INDIZI GEOGRAFICI
Il dominio keniota nel podismo di fondo:
fattori fisiologici critici per le prestazioni
nel fondo sono il massimo consumo di
ossigeno (VO[2max]), l’utilizzo frazionale
del VO(2max) e l’economia della corsa
___________________________________________________________
Un veloce sguardo al podio di qualsiasi competizione sportiva internazionale
rivela che alcune nazioni e aree geografiche primeggiano regolarmente in
alcune discipline.
Fattori ambientali quali l’allenamento e l’alimentazione sono importanti;
tuttavia, è probabile che esista una componente genetica nelle prestazioni
sportive di élite. Uno degli esempi più evidenti è il dominio degli atleti estafricani nel podismo di fondo. Ciò ha portato all’ipotesi che questi atleti
possano avere fattori predisponenti all’eccellenza in determinate prestazioni
atletiche. Un altro esempio è costituito, come abbiamo visto, dai successi
degli atleti di pelle nera nelle prove di velocità.
________________________
ORGANISMI GENETICAMENTE MODIFICATI
Queste Biotecnologie sono possibili perché
tutti gli organismi viventi utilizzano il DNA
come materiale genetico, ed utilizzano lo
stesso codice genetico
TECNICHE DI TRASFERIMENTO GENICO
_________________________________
Aggiunta di DNA ad una cellula
Il DNA puo’ essere inserito dentro
una cellula attraverso virus,
isolato (naked), od in liposomi
_________________________________
_________________________________
Williams syndrome
La Diagnosi ?
_________________________________
POLIMORFISMI DEL DNA E VARIABILITA’ GENETICA
ETNICA ? Forse si, ma c’è molto altro
_________________________________
Leclerc de Buffon 1749-1804
Buffon was born into the
wealth and prestige of
the French aristocracy
and was educated in law
and medicine, but his
real interest was nature.
He was struck by the
diversity of life and was
not content with existing
explanation of the
natural world.
NEUROFIBROMATOSI
NF-1
_________________________________
CAFE’ AU LAIT SPOTS
NF1
NF2
ALBRIGHT S.
WATSON S.
SILVER RUSSELL DWARFISM
ATAXIA TELANGECTASIA
TUBEROUS SCLEROSIS
TURNER S.
BLOOM S.
LEOPARD S.
WESTERHOF S.
ACRODERMATITIS ENTEROPATICA
_________________________________
AR
Gene
SLC39A4
A disorder of
zinc
metabolism
8q24.3
Erosive diaper
dermatitis, hair loss
during the first months
of life, diarrhea,
erythema
Peutz-Jeghers syndrome
_________________________________
GENE/GENE MAP
Serine/Threonine kinase STK11
19p13.3
PEUTZ – JEGHERS syndrome
_________________________________
“ GENI SPECIALI ? “
_________________________________
E’ sempre più evidente
TIGER
che geni e famiglie
geniche non solo del DNA
nucleare, ma anche del
DNA extranucleare
(mitocondriale) giocano
un ruolo importante nelle
prestazioni atletiche
dell’Uomo
