Особенности распределения частот аллелей и генотипов гена рецепторного антагониста интерлейкина-1 у телеутов

ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ

А.В. Остапцева, О.А. Глушкова, О.С. Макарченко, А.В. Шабалдин, М.Л. Филипенко, А.Н. Глушков, Т.Н. Агеева

Институт экологии человека СО РАН, Институт химической биологии и Фундаментальной медицины СО РАН,

г. Новосибирск,

Центральная районная больница Беловского района,

г. Белово

ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТ АЛЛЕЛЕЙ И ГЕНОТИПОВ ГЕНА РЕЦЕПТОРНОГО АНТАГОНИСТА ИНТЕРЛЕЙКИНА-1 У ТЕЛЕУТОВ

Проведено исследование полиморфизма гена антагониста рецептора интерлейкина-1 у те-леутов, проживающих в Кемеровской области. Распределение аллелей и генотипов IL-1Ra в популяции телеутов носило свои особенности: низкая частота встречаемости гетерозигот 2R/5R (1,8 %) и 3R/4R (1,8 %), относительно частое присутствие генотипов 4R/4R (55,5 %). Достоверные различия в распределении частот аллелей и генотипов из поколения в поколение не выявлены. По распределению аллелей и генотипов популяция телеутов имеет как общие, так и различные черты с европеоидами и резко отличается от японской популяции.

Ключевые слова: телеуты, антагонист рецептора интерлейкина-1, полиморфизм, популяция.

The research of interleukin-1 receptor antagonist gene in teleuts, living in Kemerovo region is carried out. The IL-1Ra alleles and genotypes distribution in teleut population has its own peculiarities: low presence frequency of heterozygous 2R/5R (1,8 %) and 3R/4R (1,8 %), rather often presence of genotypes 4R/4R (55,5 %). The authentic distinctions in distribution of the allele and genotype frequencies from generation to generation are not revealed. The teleut population has both similar and different features with europeoids and sharply distinguishes from Japanese population on alleles and genotypes distribution.

Key words: teleut, receptor antagonist interleukin-1,polymorphism, population.

Нельзя не принять во внимание тот факт, что ля за развитием защитных реакций, имеющих реша-на территории Кемеровской области распо- ющее значение для выживания организма [2]. Так, лагается большое количество предприятий иммунный спектр активности IL-1 определяется в угольной, металлургической и энергетической про- отношении ТЬ2-клеток усилением комитогенной мышленности, что приводит к накоплению в окру- пролиферации, индукцией экспрессии рецептора к жающей среде различных генотоксических ксено- IL-2, активацией гена самого IL-2 и увеличением биотиков. Эти экстремальные экологические фак- синтеза и продукции IL-4, 5, 6. При действии IL-1 торы могут способствовать появлению новых мута- преактивированные B-клетки усиливают пролифераций и закреплению их в последующих поколениях, цию, как основу формирования антигенспецифичес-как среди пришлого (европеоиды), так и среди ко- кого клона [3].

ренного (телеуты) населения Сибири. Особое зна- Антагонист рецептора интерлейкина-1 (IL-1Ra) чение имеют гены, связанные с иммунитетом — ос- является естественным конкурентным ингибитором новным звеном защиты от патогенных факторов противовоспалительной реакции, вызываемой ИЛ-окружающей среды, в том числе и низкомолеку- 1. В целом, эффект IL-1 зависит от взаимодействия лярных [1]. рецептора с агонистом и антагонистом. Причем,

Важным для развития иммунного ответа являет- влияние антагониста IL-1 на воспалительный прося простостимулирующее действие семейства моле- цесс является ведущим в звене рецептор-агонист-кул интерлейкина-1 (ИЛ-1). Данное семейство было антагонист [4, 5].

создано природой не случайно, а отражает исключи- Целью настоящей работы явилось выявление тельную важность тонкого многофакторного контро- особенностей распределения аллелей и генотипов

гена ^-Ша в популяции телеутов, проживающих на территории Кемеровской области.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Для выполнения поставленных задач нами обследованы 261 представитель популяции телеутов и 262 представителя европеоидов.

Во всех группах проводился забор венозной крови на антикоагулянте с последующим получением лейковзвеси, из которой выделяли ДНК методом перхлоратной экстракции с последующим эта-нольным осаждением [6].

Исследование полиморфизма гена ^-Ша проводили с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР) с праймерами, фланкирующими полиморфный регион в пределах второго интрона, в котором находятся вариабельное количество тандемных повторов — 86 н.п. Для амплификации использовали олигонуклеотидные праймеры ША1 CCCACTCATGGCCTTGTTC и ША2 GGCTCA-ATGGGTACCACATC, выбранные с помощью программы GENERUNNER на основании нуклеотидной последовательности гена ^-Ша (GENEBANK, и65590). В результате амплификации мы детектировали фрагменты ДНК размером 438, 524, 610, и 696 н.п. с 2, 3, 4 или 5 тандемными повторами, соответственно. Эти аллели были обозначены как 2R, 3R, 4R и 5R в данном исследовании и соответствовали аллелям ^-Ша 2, 3, 1, 4 [7] и 2, 4, 1,

3 [8] (рис.).

Для обработки данных о распределении полиморфизма аллелей и генотипов гена ^-Ша у телеутов, проживающих в Кемеровской области, использовали стандартные генетико-статистические методы. Частоту аллелей и генотипов рассчитывали как процентное соотношение индивидуумов, несущих данный аллель, к общему числу исследуемых. Для определения статистически достоверной разницы в частоте встречаемости генов в сравниваемых группах использовался точный метод Фишера, который применяется при сравнении не равночисленных и малочисленных выборок [9].

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБСУЖДЕНИЕ

Согласно литературным данным, индивидуальные частоты встречаемости аллелей варьируют среди различных этнических и географических популяций, но аллель 4R всегда встречается чаще, чем аллель 2R, остальные аллели у большинства популяций встречаются с частотой менее 1 % [10].

В таблице 1 представлены данные по распределению частот аллелей и генотипов гена ^-Ша в выборке телеутов в сравнительном аспекте с популяциями европеоидов и японцев. Данные по распределению аллелей и генотипов гена ^-Ша у японцев взяты из

Рисунок

Электрофореграмма продуктов амплификации повторяющихся тандемных повторов М-Ка в 6%-ном полиакриламидном геле. Дорожки обозначены полученными генотипами,

4R/5R 4R/4R 2R/4R 2R/4R 3R/4R м.в.

литературы [11]. Как видно из таблийы, обнаружено

4 аллеля гена ^-Ша, из которых наиболее часто встречается 4R аллель, реже всего — 3R аллель.

В популяции телеутов встречаются все генотипы полиморфной системы гена ^-Ша. Наиболее распространен генотип 4R/4R, к редким можно отнести гетерозиготы 2R/5R и 3R/4R. Между популяциями телеутов и европеоидов, проживающих в этом же регионе, существуют различия. Причины данных различий связаны не только с этническими различиями групп, но и с более выраженными миграционными процессами у европеоидов, а также с тем, что популяция европеоидов более гетерогенна по национальному составу. В популяции японцев встречаются не все возможные генотипы гена ^-Ша, отсутствуют генотипы 2R/3R, 3R/3R, 3R/5R и 5R/5R. Наиболее распространен генотип 4R/4R с частотой встречаемости 90 %, что значительно выше по сравнению с телеутами и европеоидами. Второй по встречаемости генотип 2R/4R встречается так же часто, как у телеутов и европеоидов. Можно говорить о том, что в различных популяциях, независимо от экологических условий окружающей среды, наиболее адаптивным в филогенетическом отношении является генотип 4R/4R. Доказательством последнего является и тот факт, что во всех популяциях, изученных к настоящему времени, большинство обследованных являлись либо гомозиготами 4R/4R, либо гетерозиготами 2R/4R, частота встречаемости

№ 4 2004 ,9

Таблица 1

Распределение частот аллелей и генотипов в популяциях телеутов, европеоидов и японцев

Аллель Телеуты (1) Европеоиды (2) Японцы (3) Р

2R 12 30,2 4,35 р12 < 0,01, р13 < 0,01, р23 < 0,01

3R 9,2 0,9 0,2 р12 < 0,01, р13 < 0,01

4R 65,7 63,8 94,55

5R 13,1 2,9 0,8 р12 < 0,01, р13 < 0,01

Генотип п = 225 п = 225 п = 320

2R/2R 2,6 9,8 0,4 р12 < 0,01, р13 < 0,01, р23 < 0,01

2R/3R 2,2 1,8 0

2R/4R 14,9 36,9 7,5 р12 < 0,01, р13 < 0,01, р23 < 0,01

2R/5R 1,8 2,2 0,4

3R/3R 5,2 1,8 0

3R/4R 1,8 0,9 0,4

3R/5R 4 0 0

4R/4R 55,5 43,6 90 р13 < 0,05, р23 < 0,05

4R/5R 3,8 2,7 1,2

5R/5R 8,3 0,4 0 р1,2 < 0,01, р1,3 < 0,01

гомозигот 2R/2R была менее 10 %. У афроамери-

канцев частота гомозигот 2R/2R значительно меньше, чем у белого населения. Известно, что гомозиготы по 2R аллелю имеют более пролонгированный и более сильный провоспалительный иммунный ответ, чем пациенты с другими генотипами. Таким образом, гомозиготность по 2R аллелю может играть положительную роль при борьбе с инфекционными агентами или трансформированными клетками опухоли, но такой генотип чреват при хронических воспалительных процессах или во время беременности. Кроме того, 2R/2R генотип ассоциирован с болезнью Крона, системной красной волчанкой, язвенными колитами и др. [12].

Чтобы оценить стабильность генетического полиморфизма гена ^-Ша в популяции телеутов в ряду поколений, а так же для выявления аллелей и генотипов, устойчивых к факторам окружающей среды данного региона, проведен анализ частот аллелей и генотипов в трех возрастных группах. Выборка из 225 человек разделена на три возрастные группы: первая — 50 лет и старше; вторая — 21-49 лет; третья — 20 лет и младше.

В таблице 2 представлены данные по распределению аллелей в популяции телеутов по поколениям.

Исследования показали, что выраженных изменений частот аллелей в разных поколениях телеутов не обнаружено. Можно отметить незначительное увеличение в старших возрастных группах частоты аллеля 2R. Возможно, это связано с той положительной ролью данного аллеля, которая отражается в пролонгированном и более сильном провоспалительном иммунном ответе на инфекционные и опухолевые антигены. Вероятно, это качество наиболее проявляется в различных генотипах. Данные по распределению частот генотипов в трех возрастных группах популяции телеутов представлены в таблице 3.

Исследования показали, что в третьей возрастной группе не обнаружены гетерозиготы 2R/3R, а в первой — 2R/5R. Во всех поколениях наиболее часто распространен генотип 4R/4R. В первой и третьей возрастных группах реже встречаются гетерозиготы 3R/4R, а во второй — 2R/3R и 2R/5R.

Полученные результаты указывают на возможность выявления генотипов, определяющих устойчивость индивидуума к особенностям факторов окружающей среды данного региона. Если принять во внимание, что реализация всех заболеваний, в том числе муль-тифакториальных, зависит от действия ксенобиотиков (частота и тяжесть вирусных инфекций, влияние низкомолекулярных соединений, находящихся в пище, воздухе и воде, а также других вредных факторов), то людей, доживших до 5070 лет, можно считать адаптированными к факторам окружающей среды. Соответственно, и распределение аллелей и генотипов у этих людей будет отражать условия генетической адаптации в данной популяции. Отсюда видно, что 2R/3R является генотипом устойчивости к факторам окружающей среды,

Таблица 2

Распределение частот аллелей в трех поколениях телеутов

Аллель I поколение (%) 50 лет и старше п = 138 II поколение (%) 21-49 лет п = 130 III поколение (%) 20 лет и младше п = 182

2R 12,9 12,9 11,9

3R 8,9 8,3 9,2

4R 60,5 69,7 65,8

5R 17,9 9,2 13,1

Таблица 3

Распределение частот генотипов в трех поколениях телеутов

Генотип I поколение (%) 50 лет и старше п = 69 II поколение (%) 21-49 лет п = 65 III поколение (%) 20 лет и младше п = 91

2R/2R 2,9 3 2,2

2R/3R 5,8 1,5 0

2R/4R 13 13,9 16,5

2R/5R 0 1,5 3,3

3R/3R 2,9 4,6 6,6

3R/4R 1,5 3,1 1,1

3R/5R 4,4 3,1 4,4

4R/4R 53,6 60 56

4R/5R 4,4 3,1 2,2

5R/5R 11,7 6,2 7,7

ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ

так как этот генотип встречался у детей с частотой, близкой к нулю, в возрастном срезе от 20 до 50 лет этот генотип был представлен уже у 1,5 % индивидуумов, а в самом старшем поколении носителями данного генотипа было 6 % обследованных. Напротив, для генотипа 2R/5R получена обратная зависимость: при рождении этот генотип экспрессировался в 3,3 % случаев, в репродуктивный период — в 1,5 % случаев и в возрасте 50 лет и старше он вообще не встречался. 2R/5R IL1-aR можно считать дезадаптив-ным генотипом. Полученные результаты еще раз указывают на разнонаправленное влияние 2R аллеля на формирование устойчивости к факторам окружающей среды. В генотипе с 3R аллелем — устойчивость, с 5R — лабильность.

Так как частота генотипов имела тенденцию к изменению из поколения в поколение, то для изучения факторов динамики гена IL1-aR в популяции телеутов проведен анализ распределения генотипов с учетом пропорции Харди-Вайнберга (табл. 4). В качестве сравнения взята популяция европеоидов, проживающих в данном регионе.

Проведенное исследование показало, что в популяции телеутов имеет место отклонение наблюдаемых частот отдельных генотипов от ожидаемых. Так, наблюдаемые частоты 3R/3R и 5R/5R встречались достоверно выше ожидаемых, а частоты 3R/ 4R и 4R/5R — достоверно ниже ожидаемых. Учитывая результаты изменения частот из поколения в поколение, можно предположить следующее. Для генотипа 3R/3R, возможно, имеет место феномен мейотичес-кого драйва. Это подтверждается низкой частотой этого генотипа в репродуктивной группе и более высокой — у детей. Так как этот генотип наблюдался чаще ожидаемого результата, то можно утверждать наличие положительной селекции в пренатальном периоде. Для других вышеуказанных генотипов процессы, приводящие к изменению частот, скорее всего связаны с миграцией и постнатальной селекцией.

В отличие от телеутов, в популяции европеоидов закон Харди-Вайнберга соблюдался. Это указывает на отсутствие влияния выраженных факторов динамики в популяции. В популяции европеоидов имеет место панмиксия, миграционные процессы скомпенсированы.

ВЫВОДЫ

1. Распределение аллелей и генотипов ^-Ша в популяции телеутов имело свои особенности: низкая частота встречаемости гетерозигот 2R/5R и 3R/4R, относительно частое присутствие генотипов 4R/4R.

2. По распределению аллелей и генотипов популяция телеутов имеет как общие, так и различные черты с европеоидами и резко отличается от японской популяции.

Таблица 4

Распределение частот встречаемости генотипов гена рецепторного антагониста ^-1 в популяции телеутов и европеоидов с учетом постоянства Харди-Вайнберга

Распределение генотипов у телеутов Распределение генотипов у европеоидов

Генотипы ожидаемое ожидаемое

наблюдаемое по закону наблюдаемое по закону

n = 225 Харди- Вайнберга n = 225 Харди- Вайнберга

2R/2R 6 3 22 20

2R/3R 5 5 4 1

2R/4R 33 36 83 86

2R/5R 4 7 5 4

3R/3R 11 2* 4 0

3R/4R 4 27* 2 2

3R/5R 9 5 0 0

4R/4R 127 98 98 92

4R/5R 7 39** 6 8

5R/5R 19 4** 1 0

Примечание: * - р < 0,01; ** - p < 0,05. 3

9.

10.

Популяция телеутов является несбалансированной по гену IL1-aR за счет влияния факторов динамики.

ЛИТЕРАТУРА:

Гафаров, Н.И. Генетический полиморфизм у телеутов Беловского района Кемеровской области: сывороточные белки и эритроци-тарные ферменты /Гафаров Н.И. //Генетика человека и патология: Сб. науч. тр. - К., 2002. - № 6 - С. 25-27.

Биология семейства интерлейкина-1 человека //Симбирцев А.С., Конусова В.Г., Варюшина Е.А., Кетлинский С.А. //Иммунология. - 1995. - № 3. - С. 48-51.

Анализ молекулярного взаимодействия в системе IL-te - IL-1RA -IL-1R /Ковальчук Л.В., Соболев Б.Н., Ганковская Л.В., Юдин А.А.

//Иммунология. - 2001. - № 1 - С. 6-9.

Галактионов, В.Г. Иммунология /Галактионов В.Г. - М., 2000. - 356 с. Пол, У. Иммунология /Пол У. - М., 1988. - Т. 2. - 456 с.

Unfried, G. Interleukin-1 receptor antagonist polymorphism in women with idiopathic recurrent miscarriage /Unfried G., Tempfer C., Schneeberger C. //Fertil. Steril. - 2001. - Vol. 75, № 4. - P. 683. Hurme, M. IL-1 receptor antagonist (IL-1Ra) plasma levels are coordinately regulated by both IL-1Ra and IL-1 genes /Hurme M., Santilla S. //Eur. J. Immunol. - 1998. - Vol. 28. - P. 2598-2602.

Interleukin-1 receptor antagonist gene polymorphism as a disease severity factor in systemic lupus erythematosus /Blakemore A.I., Tarlow J.K., Cork M.J. et al. //Arthritis Rheum. - 1994. - № 9. - P. 1380. Лакин, Г.Ф. Биометрия /Лакин Г.Ф. - М., 1990. - 352 с. Vamvakopoulos, J.E. The Interleukin-1 receptor antagonist gene: a single-copy variant of the intron 2 variable number tandem repeat (VNTR) polymorphism /Vamvakopoulos J.E., Taylor C.J., Morris-Stiff G.J. //Eur. J. of immunogenetics. - 2001. - N 29. - P. 337-340. Watanabe N., Kobayashi Y. //Cytokine. - 1994. - Vol. 6. - P. 597-604. Steven, S.W. Influence of Interleukin-1 Receptor antagonist gene polymorphism on disease /Steven S. Witkin, Stefan Gerber and William J. Ledger //Clin. Infect. Dis. - 2002. - N 34. - P. 204-209.