エピジェネティクスによる高精度トレーニング (PHITE) (PHITE)

概要：

米軍は、即応性を高め、維持するために身体訓練に依存しています。 この研究では、エピジェネティックな修飾が、特定の身体運動訓練処方によって戦闘員の遺伝子型が戦闘表現型に変換される主要なメカニズムであるという仮説を立てています。 このプログラムの目的は 3 つあります。 (1) エピジェネティックな反応を修正するトレーニング方法論を特定します。 (2) 中強度および高強度のフィジカルトレーニングに関連する生理学的プロセス、経路およびメカニズムのエピジェネティックな制御を特徴づけ、(3) フィジカルトレーニングの結果を予測する心肺機能および神経筋パフォーマンスのリアルタイムバイオマーカーを生成します。 私たちは以下の6つの研究プロジェクトを通じてこれらの目標を達成します。

I. 運動用量反応の表現型解析

1. 運動強度が神経筋および心肺機能のパフォーマンスに及ぼす影響を判定する
2. ベースラインのトレーニング前の表現型が、さまざまな強度の運動療法に対する急性反応性と適応性に及ぼす影響を評価します。
3. 筋タンパク質代謝、筋線維肥大、筋酸化能力を調節するメカニズムに対する運動強度の影響を確認します。

II.パフォーマンスのリアルタイムの遺伝的およびエピジェネティックなバイオマーカー

1. さまざまな運動強度に応じて差次的に発現される筋肉 miRNA を特定する
2. さまざまな運動強度に応じて異なって発現される循環筋由来 miRNA を特定する
3. バイオマーカー最適化のための個人の運動能力の遺伝子型判定

IV.人間のパフォーマンスのエピゲノム的特徴

1. 運動によって引き起こされる血液および筋肉のメチル化変化を特定し、相関付ける
2. 遺伝子発現サインの変化と生理学的結果を機能的に結び付ける
3. 代謝活性のある組織における核内受容体誘発性エピジェネティックサインを定義する

V. 運動誘発性ヒストン修飾とクロマチン再構築

1. ヒストン修飾とヒストンサブユニット使用サインのプロファイル
2. 長期安定性のためのシグナル統合プラットフォームとしてクロマチンを評価する

VI.統合的エピゲノミクス

1. ベースラインパフォーマンスを分類し、主題をグループ化する
2. さまざまな運動強度に応じたエピジェネティックな変化を特徴付ける
3. パフォーマンスの miRNA バイオマーカーから予測モデルを開発する

4. Deep Belief Networks を使用したエピジェネティックな制御ネットワーク モデルの開発

   UABは米兵に似た健康で訓練を受けていない男女を登録する。 彼らは、約 12 週間続く運動用量反応トレーニング試験に参加します。

   ランダムに割り当てられた 2 つの運動処方があります。MOD - 週 3 日のトレッドミルまたはステーショナリー サイクル エルゴメーターと週 2 日の筋力トレーニングの組み合わせ。 HI - 軍事高強度戦術トレーニングと同様の週 3 日の高強度インターバル トレーニングと、週 2 日の高強度レジスタンス トレーニングを組み合わせたもの。

   身体パフォーマンスはトレーニング前、トレーニング中、トレーニング後に評価されます。 さらに、トレーニング前とトレーニング後に体組成が評価されます。 筋生検と採血はトレーニング前とトレーニング後の急性運動反応の際に行われ、サンプルは特定の評価のために追加の研究施設に送られます。

   募集：

   参加者は IRB が承認した広告を通じて募集されます。

   インフォームドコンセント：

   個人が特定されたら、包含/除外基準を満たしている (事前スクリーニング)。研究への関心を表明した場合、研究チームのメンバーはその個人に検討のための同意書を提供します。 チームのメンバーが個人をフォローアップして研究についてさらに説明し、参加予定者が質問できる機会を提供します。 参加を決めた場合は、初回訪問の予定が組まれます。 書面によるインフォームドコンセントを与える前に、さらに質問することが推奨されます。

   参加者の手順:

   MOD 運動療法 - 週に 3 日間、定常サイクルまたはトレッドミルで 70% 予備心拍数で 30 分間の持久運動を行い、3 日のうち 2 日は抵抗運動を組み合わせます。 レジスタンストレーニングの処方には、各動作を 3 セット x 10 ～ 14 回繰り返し、セット間に 1 分間の休憩が含まれます。 動きには、レッグプレスまたはスクワット、膝伸展、チェストプレス、オーバーヘッドプレス、シーテッドロー、ワイドグリッププルダウン、アブクランチ、ヒールレイズ、上腕三頭筋プッシュダウン、上腕二頭筋カールが含まれます。 3 セット中 2 セットで 14 回の繰り返しが達成されると、抵抗負荷が進みます。 心拍数は各セッションを通じて監視されます。

   HI 運動療法 - 週に 3 日の最大強度のインターバル運動と、3 日のうち 2 日のレジスタンス運動を組み合わせます。 このグループの参加者は、中程度の強度の持久運動の代わりに、ボックス ジャンプ、バーピー、スプリット スクワット ジャンプ、ケトル ベル スイング、サイクリング スプリント、バトル ロープ、ウォール ボールなどの高強度インターバルを 10 回実行します (30 秒の作業、30 秒の休憩)。 、ディップなど。 レジスタンス トレーニングの処方には、MOD と同じ動作を 3 セット x 8 ～ 10 回繰り返しますが、2 つの動作のスーパーセットが含まれます。 3 セット中 2 セットで 10 回の繰り返しが達成されると、抵抗負荷が進みます。 スーパーセット間の休憩時間は 30 ～ 45 秒です。 心拍数は各セッションを通じて監視されます。

   DXA スキャン - 体組成 (筋肉、脂肪、骨) を測定するための二重エネルギー X 線吸収測定 (DXA) 手順では、少量の X 線被曝が伴います。 DXA は 0 週目と 12 週目に実行されます。 実効線量曝露は、4時間の太陽光曝露に匹敵します。

   尿妊娠検査 - 少なくとも 1 回の月経周期があるすべての女性は、初回評価時および各 DEXA スキャンの前に尿妊娠検査を受けます。 少なくとも 1 回の月経周期があるすべての女性に、月経周期に関する質問をします。 ホルモンレベルは生体試料の分析に重大な影響を与える可能性があるため、介入期間後の筋肉および採血を伴う急性運動の試合は、トレーニング前の急性反応運動の試合と月経周期の同じ段階で行われるように調整されます。

   筋肉のサンプリング - 確立された手順を使用して、外側広筋からの経皮針筋生検によって合計 7 つの筋肉サンプルが収集されます。

   3 つは、トレーニング前の状態 (運動前、運動後 3 時間、運動後 24 時間) での最初の急性反応運動の前後に収集されました。 3 つは急性反応運動の前後のトレーニング後の状態 (運動前、運動後 3 時間、運動後 24 時間) で収集されました。

   1 つは介入期間の終了後 4 週間後のフォローアップ訪問時に収集されました。

   血液サンプリング - 確立された手順を使用して、静脈穿刺によって合計 9 つの血液サンプルが収集されます。

   4 つは、トレーニング前の状態で最初の急性反応運動の前後に収集されました (運動前、運動後 15 分、運動後 3 時間、運動後 24 時間)。 3 つは急性反応運動の前後のトレーニング後の状態 (運動前、運動後 15 分、運動後 3 時間、運動後 24 時間) で収集されました。

   1 つは介入期間の終了後 4 週間後のフォローアップ訪問時に収集されました。

   運動パフォーマンスの評価 - 上半身と下半身の動きの 1 回の反復最大 (1RM) 強度、サイクル エルゴメーターでのピーク有酸素能力 (VO2peak)、Wingate 無酸素パワー テスト、コンピューター制御のダイナモメーターを使用した膝伸筋のピーク筋力、垂直跳びテストは介入期間の前後に実施されます。 一部のパフォーマンステストは介入中（約 6 週目）にも実施されます。

   食事摂取量 - 食事摂取量は、0 週目と 12 週目に検証された 24 時間のリコールを使用して監視されます。

   品質保証：

   演習セッション: 被験者は適切な方法で注意深く指導され、継続的に監視されます。 すべてのエクササイズ セッションは、経験豊富な認定スタッフ [認定ストレングス アンド コンディショニング スペシャリスト (全米ストレングス アンド コンディショニング協会) および/または認定エクササイズ スペシャリスト (米国スポーツ医学会)] による完全な監督の下で行われます。

   生体試料の収集: すべての筋生検と採血は、経験豊富で現地で認定を受けた、訓練を受けた専門の臨床医および研究スタッフによって行われます。

   DXA スキャン: すべての DXA スキャンは、UAB の訓練を受けた技術者によって実行されます。

   遺伝子検査: サンプルの遺伝子検査は、参加者を決して特定しない一意の参加者 ID にリンクされます。 個人の健康情報へのリンクは、臨床現場 (UAB) で安全に保管されます。

   この研究は、この研究に取り組む前に治験審査委員会に指名される十分な訓練を受けた経験豊富な職員によって実施されます。

   PI は、データと安全性の監視に対して最終的な責任を負います。(i) すべての研究文書を最新の状態に保ち、治験依頼者、UAB IRB、およびその他の認定審査員による検査に利用できるようにする。 (ii) 研究参加者の安全を保護するための適切なメカニズムが遵守されていることを確認する。 (iii) プロトコル要件の遵守を確保する。 (iv) データが正確、完全、安全であることを保証する。 研究の実施に関するすべての文書は、PI によってファイルに保管されます。

   この試験はデータおよび安全性監視委員会の要件を満たしていませんが、当社は以下に説明するプロアクティブなデータおよび安全性監視計画に従います。

   1. 調査員/スタッフチームのミーティングで、採用の進捗状況記録、運動施設、研究所、データ管理スタッフからの更新/報告、新しく入手可能なデータを毎週レビューします。
   2. PI による安全性に関する四半期ごとのレビューと中間データ分析。
   3. UAB IRB によって行われる年次レビュー。
   4. 研究チームによる半年ごとの患者安全性レビュー。

   すべての非重篤な AE は文書化され、事前に決められた間隔 (少なくとも年に 1 回) で概要が UAB 治験審査委員会に提出されます。 SAE は発見から 3 日以内に UAB IRB に報告されます。 AE/SAE の集計レポートは、義務に応じてスポンサーに提供されます。 AE（重篤または非重篤）が発生した場合は、PI に直ちに通知されます。 事象に応じて、経過観察には指示に応じて追加の検査や医療処置、および/または専門家への紹介が必要になる場合があります。 研究担当医師がそのような決定を下します。 AE/SAE の種類によっては、PI は被験者を研究から中止することを選択する場合があります。 PI は、プロトコールとの関係、深刻さと期待度、リスク対利益比への影響、およびインフォームド・コンセント文書および/またはプロトコールの修正が必要かどうかについて、各 AE を評価する最終的な責任を負います。 PI には、満足のいく修正が行われるまでプロトコルを一時停止する必要があるかどうかを決定する責任もあります。ただし、そのような場合の最終的な権限は UAB IRB にあります。