АССОЦИАЦИИ ГЕНОВ СИСТЕМ РЕПАРАЦИИ ДНК С БОЛЕЗНЬЮ ПАРКИНСОНА Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

дискуссионные статьи, лекции, новые тренды медицинской науки discussion papers, lectures, new trends in medical science

ассоциации генов систем репарации днк с болезнью паркинсона

РЕЗЮМЕ

Бабушкина Н.П. 1, Никитина М.А. 2, Брагина Е.Ю. 1, Алифирова В.М. 2, Постригань А.Е. 1, Девяткина Е.А. 2, Гомбоева Д.Е. 1, Назаренко М.С. 1 2

1 Научно-исследовательский институт медицинской генетики, ФГБНУ «Томский национальный исследовательский медицинский центр РАН» (634050,

г. Томск, Набережная реки Ушайки, 10, Россия)

2 ФГБОУ ВО «Сибирский государственный медицинский университет» Минздрава России (634050, г. Томск, Московский тракт, 2, Россия)

Автор, ответственный за переписку: Бабушкина Надежда Петровна,

e-mail: nad.babushkina@medgenetics.ru

Актуальность. Примерно 5-10 % случаев болезни Паркинсона (БП) являются моногенными, в остальных случаях патология имеет многофакторную природу. Одним из признанных патогенетических путей БП является митохондриальная дисфункция, в частности накопление повреждений в митохондриальной ДНК. Соответственно, гены белков систем репарации ДНК являются перспективными генами-кандидатами для многофакторных форм БП.

Цель исследования. Пилотное изучение вовлечённости генов белков систем репарации ДНК в развитие болезни Паркинсона.

Материалы и методы. Ассоциативный анализ проведён при сравнении группы пациентов с БП (n = 133) с популяционной выборкой г. Томска (n = 344). Методом SNoPshot-анализа изучены 8 SNP в генах белков систем репарации ДНК (rs560191 (TP53BP1); rs1805800 и rs709816 (NBN); rs473297 (MRE11A); rs1189037 и rs1801516 (ATM); rs1799977 (MLH1); rs1805321 (PMS2)). Результаты. К развитию БП предрасполагают частые аллели и гомозиготные по ним генотипы rs1801516 в гене ATM (отношение шансов (OR, odds ratio) - 3,27 (p = 0,000004) и OR = 3,46 (p = 0,00008) для рисковых аллеля и генотипа соответственно) и rs1799977 в гене MLH1 (OR = 1,88 (p = 0,0004) и OR = 2,42 (p = 0,00007) соответственно); гетерозиготы обладают про-тективным эффектом (OR = 0,33 (p = 0,0007) и OR = 0,46 (p = 0,0007) для ATM и MLH1 соответственно). Также к БП предрасполагают редкий аллель rs1805800 в гене NBN (OR = 1,62 (p = 0,019)) и гомозиготный по нему генотип (OR=2,28 (p = 0,016)). Ассоциации с БП генов ATM, MLH1, NBN выявлены впервые. Заключение. Нарушение функционирования митохондрий является одним из ключевых в патогенезе БП; при этом по меньшей мере два из трёх белковых продукта ассоциированных генов вовлечены в развитие дисфункции митохондрий. Соответственно, можно предположить вовлеченность ассоциированных генов в патогенез БП именно через митохондриальную дисфункцию.

Ключевые слова: болезнь Паркинсона, БМР, гены систем репарации ДНК, митохондриальная дисфункция

для цитирования: Бабушкина Н.П., Никитина М.А., Брагина Е.Ю., Алифирова В.М., Статья ПшуПига: 20.05.2022 Постригань А.Е., Девяткина Е.А., Гомбоева Д.Е., Назаренко М.С. Ассоциации генов

Статья ПрИнЯТа: 23 11 2022 систем репарации ДНК с болезнью Паркинсона. Acta biomedicascientifica. 2022; 7(6):

Статья опубликована: 29.12.2022 12-21 doi: 10.29413/ABS.2022-7.6.2

12

associations of genes of dna repair systems with Parkinson's disease

ABSTRACT

Babushkina N.P. 1, Nikitina M.A. 2, Bragina E.Yu. 1, Alifirova V.M. 2, Postrigan A.E. 1, Deviatkina Ye.A. 2, Gomboeva D.E. 1, Nazarenko M.S. 1 2

1 Research Institute of Medical Genetics, Tomsk National Research Medical Center, Russian Academy of Sciences

(Ushaika embankment 10, Tomsk 634050, Russian Federation)

2 Siberian State Medical University (Moskovsky tract 2, Tomsk 634050, Russian Federation)

Corresponding author:

Nadezhda P. Babushkina,

e-mail: nad.babushkina@medgenetics.ru

Background. Approximately 5-10 % of cases of Parkinson's disease (PD) are monogenic, in other cases the pathology has a multifactorial etiology. One of recognized pathogenetic pathways of PD is mitochondrial dysfunction, in particular the accumulation of damage in mitochondrial DNA. Hence, the genes of DNA repair proteins are promising candidate genes for multifactorial forms of PD. The aim. To study the involvement of genes of DNA repair proteins in the development of Parkinson's disease.

Materials and methods. The associative analysis was carried out while comparing a group of patients with PD (n = 133) with a Tomsk population sample (n = 344). SNaPshot analysis was used to study 8 SNPs in genes of DNA repair proteins (rs560191 (TP53BP1); rs1805800 and rs709816 (NBN); rs473297 (MRE11A); rs1189037 and rs1801516 (ATM); rs1799977 (MLH1); rs1805321 (PMS2)). Results. Common alleles and homozygous rs1801516 genotypes in the ATM gene predispose the development of PD (odds ratio (OR) - 3.27 (p = 0.000004) and OR=3.46 (p = 0.00008) for risk alleles and genotype respectively) and rs1799977 in the MLH1 gene (OR = 1.88 (p = 0.0004) and OR = 2.42 (p = 0.00007) respectively); heterozygotes have a protective effect (OR = 0.33 (p = 0.0007) and OR = 0.46 (p = 0.0007) for ATM and MLH1, respectively). The rare rs1805800 allele in the NBN gene (OR = 1.62 (p = 0.019)) and a homozygous genotype for it (OR=2.28 (p = 0.016)) also predispose to PD. Associations with PD of the ATM, MLH1, NBN genes were revealed for the first time.

Conclusion. Mitochondrial dysfunction is one of the key factors in the pathogenesis of PD, while at least two of the three protein products of associated genes are involved in the development of mitochondrial dysfunction. Accordingly, it can be assumed that associated genes are involved in the pathogenesis of PD precisely through mitochondrial dysfunction.

Key words: Parkinson's disease, SNP, DNA repair systems genes, mitochondrial dysfunction

For citation: Babushkina N.P., Nikitina M.A., Bragina E.Yu., Alifirova V.M., Postrigan A.E., Received: 20.05.2022 Deviatkina Ye.A., Gomboeva D.E., Nazarenko M.S. Associations of genes of DNA repair sys-

Ac«pted: 23.11.2022 tems with Parkinson's disease. Acta biomedicascientifica. 2022; 7(6): 12-21. doi: 10.29413/

ABS.2022-7.6.2

Published: 29.12.2022

введение

Болезнь Паркинсона (БП) является вторым по распространённости нейродегенеративным заболеванием, при котором происходит гибель нейронов, секрети-рующих дофамин в чёрной субстанции головного мозга, что проявляется асимметричной брадикинезией, ригидностью и тремором покоя. Хотя моторные симптомы БП можно контролировать с помощью заместительной дофаминергической терапии, в настоящее время нет способов, которые могли бы предотвратить заболевание, замедлить его прогрессию, избежать развития немоторных симптомов. Причиной этому является ограниченное понимание основополагающих причин БП и их биохимических последствий [1].

Исследования генетических факторов развития БП ведутся в течение нескольких десятилетий, что привело к лучшему осознанию её гетерогенности. Примерно в 5-10 % случаев можно говорить о моногенных формах БП, поскольку у пациентов выявляются мутации в ряде хромосомных локусов (к настоящему моменту их описано более 18), причём во многих случаях непосредственно причинные гены ещё неизвестны. Однако у большинства пациентов с БП мутации в этих генах отсутствуют [2-4]. Даже полногеномное секвенирование позволяет выявить генетическую причину не более чем у 11 % пациентов [5]. Интересно, что спектр генов с мутациями de novo, являющимися причиной развития БП с ранним началом, широк и этноспецифичен [6-8]. Помимо этого, выявлен ряд генов, ассоциированных с БП [9].

Большинство мутаций, описанных при моногенных формах БП, находятся в генах, белковые продукты которых регулируют окислительный стресс и митохондри-альную функцию [10]. Нарушение клеточного гомеоста-за, в поддержании которого активно участвуют митохондрии, и особенно накопление активных форм кислорода (АФК), в производстве которых митохондриям отводится ведущая роль, могут вызывать гибель нейронов. Считается, что все нейродегенеративные заболевания на определённых стадиях патогенеза связаны с митохондриальной дисфункцией [11, 12]. Митохондриальная дисфункция может приводить к снижению активности электрон-транспортной цепи (ЭТЦ), избыточному образованию АФК, накоплению Ca2+ в митохондриальном матриксе, нарушению взаимодействий между митохондриями и другими органеллами, активации механизмов апоптоза, некроп-тоза, аутофагии [13-16]. Помимо производства АТФ, митохондрии в нейронах участвуют в нейротрансмиссии и си-наптической пластичности, в дифференцировке нейронов [12, 17]. Несмотря на то, что нарушение функционирования митохондрий является критическим фактором в развитии БП, точный механизм реализации этого процесса до настоящего времени неизвестен. Вместе с тем накапливаются факты, подтверждающие её роль на всех стадиях патогенеза [18-20]. Например, давно известно о сниженной активности комплекса I ЭТЦ в чёрной субстанции больных БП [21]. В экспериментах in vivo показано, что воздействие ингибиторов комплекса I приводит к накоплению гиперфосфорилированного т-белка и а-синуклеина

[12, 22]. Сами по себе являясь основными нейропатологи-ческими компонентами БП, олигомеры а-синуклеина накапливаясь, усугубляют ситуацию, нарушая функционирование других компонентов ЭТЦ [23, 24]. Кроме того, у пациентов с БП отмечаются нарушения морфологии и митохондриальной динамики, фрагментация митохондрий, дефицит деградации дисфункциональных митохондрий посредством аутофагии (митофагии) [25-28].

Факторы, вызывающие митохондриальную дисфункцию, разнообразны; среди них возраст, генетическая предрасположенность, нездоровый образ жизни, стресс и т. д. [12, 29]. Одним из таких факторов является накопление повреждений в митохондриальной ДНК. Вследствие физической близости к источникам АФК и отсутствия гистонов скорость мутагенеза в митохондриях в 10-20 раз выше, чем в ядерном геноме [30, 31]. Окислительные повреждения ДНК устраняются с помощью различных репарационных систем: эксцизионной репарации как оснований, так и нуклеотидов (BER, base excision repair и NER, nucleotide excision repair); мисматч-репара-ции (MMR, mismatch repair), а также репарации двуцепо-чечных разрывов ДНК. Предполагается, что все эти ферментативные системы не полностью аналогичны ядерным, но степень различий обсуждается [31-33]. Для ряда белков систем репарации ДНК доказана их локализация в митохондриях и их вовлечённость в развитие митохондриальной дисфункции. Так, на моделях in vivo и in vitro показано, что потеря активности АТМ (член семейства P13/P14 киназ, контролирует наличие двуцепочечных разрывов ДНК через индуцированные ими изменения в структуре хроматина, имеет сотни мишеней) приводит к быстрым изменениям в митохондриальном гомеоста-зе, что свидетельствует о дополнительной, не связанной с репарацией ДНК, роли АТМ в функционировании митохондрий. В то же время показано, что в результате нокаута гена АТМ у мышей наблюдается повышение уровней митохондриальных АФК, возможно, из-за сниженной активности комплекса I ЭТЦ [34]. Снижение активности комплекса I наблюдается также при дефиците в клетке белков комплекса MMR - MLH1 и MSH2 (основные компоненты пост-репликативной мисматч-репарации ДНК, вовлечённые также и в другие пути репарации ДНК). При потере MLH1, кроме того, существенно снижается количество копий мтДНК в клетке [35, 36]. Роль BRCA1 (ядерный фосфо-протеин, играющий важную роль в поддержании геномной стабильности в целом) в поддержании стабильности как ядерного, так и митохондриального геномов считается универсальной [37]. Участие в функционировании MMEJ показано для продуктов генов MRE11, RAD50, NBN, BLM, однако экспериментальные доказательства присутствия и функциональной значимости в митохондриях в настоящее время получены только для MRE11 и RAD50 (участвуют в репарации двунитевых разрывов ДНК, формировании теломер, проверке повреждений ДНК) [31, 38, 39]. На наличие важной роли белков репарационных систем ДНК в митохондриях также указывает тот факт, что нарушения в ультраструктуре и функциях митохондрий, повышенная продукция митохондриальных АФК характерны для моногенных заболеваний, вызываемых мута-

циями в ряде генов белков данных систем (атаксии-теле-ангиоэктазии и подобного ей заболевания (ATLD, ataxia-telangiectasia-like disorder), синдромов Блума, Ниймегена, Кокейна и пигментной ксеродермы) [40, 41].

Исходя из вышесказанного, мы предположили, что гены белков систем репарации ДНК являются перспективными генами-кандидатами для многофакторных или олигогенных форм БП.

Цель настоящего исследования заключалась в проведении пилотного исследования вовлеченности генов белков систем репарации ДНК в развитие болезни Паркинсона.

материалы и методы

Группа пациентов с БП была сформирована на кафедре неврологии СибГМУ; диагноз устанавливался в соответствии с Клиническими диагностическими критериями болезни Паркинсона Общества двигательных расстройств (Movement Disorder Society Clinical Diagnostic Criteria for Parkinson's Disease) [42]. В исследование включено 133 пациента с БП, средний возраст - 63,7 года (37 % мужчин, средний возраст - 65,2 года; 63 % женщин, средний возраст - 62,8 года). Размер выборок предварительно не рассчитывался.

В качестве контрольной группы привлечена попу-ляционная выборка г. Томска (387 индивидов; средний возраст - 47,0 лет), равномерно представленная по полу (51 % мужчин, средний возраст - 46,7 года; 49 % женщин, средний возраст - 48,0 лет), сформированная из образцов ДНК «Биобанка населения Северной Евразии» НИИ медицинской генетики Томского НИМЦ. Сравнение пациентов с популяционным контролем даёт ряд преимуществ, поскольку в таком контроле присутствуют индивиды с различными заболеваниями, доля которых определяется распространённостью данных патологий в обследуемой популяции. Поэтому при проведении ассоциативного анализа вероятность получить ложноположительные результаты значительно меньше, чем при сравнении выбо-

рок больных со здоровыми в отношении изучаемых патологий индивидами, хотя вероятность получения лож-ноотрицательных результатов выше.

Молекулярно-генетическое исследование выполнено на базе и с использованием научно-исследовательского оборудования и экспериментального биологического материала Центра коллективного пользования «Медицинская геномика» НИИ медицинской генетики Томского НИМЦ.

План и проведение исследования соответствуют принципам Надлежащей клинической практики (GCP, Good Clinical Practice) и Хельсинкской декларации. Исследование было одобрено локальным этическим комитетом (ФГБОУ ВО «Сибирский госуда рственный медицинский университет» Минздрава России; регистрационный номер № 7813 от 27.05.2019). Обследование и забор венозной крови всех лиц проводились только после подписания информированного согласия.

Проанализировано 8 полиморфных вариантов (SNP, single-nucleotide polymorphism) (табл. 1): rs560191 гена TP53BP1; rs1805800 и rs709816 гена NBN; rs473297 гена MRE11A; rs1189037 и rs1801516 гена ATM; rs1799977 гена MLH1; rs1805321 гена PMS2. Использованные в исследовании праймеры и пробы приведены в таблице 2.

Генотипирование маркеров в генах белков систем репарации ДНК проводили с помощью SNaPshot-анализа на платформе ABI Genetic Analyzer 3730 (Thermo Fisher Scientific, США), согласно протоколу фирмы-производителя [43].

SNaPshot-анализ представляет собой вариант мини-секвенирования, основанный на однонуклеотидном удлинении проб и позволяющий проводить мультиплексное исследование. Данный анализ состоит из нескольких этапов: амплификация с последующей ферментативной очисткой; реакция минисеквенирования (в которой пробы гибридизуются с ПЦР-продуктом, а затем удлиняются на один ди-дезоксинуклеотид (ddNTP, «терминатор»)) с последующей ферментативной очисткой; разделение в полимере с помощью капиллярного гель-электрофореза на генетическом анализаторе. В мульти-

ТАБЛИЦА 1 TABLE 1

ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОАНАЛИЗИРОВАННЫХ SNP CHARACTERISTICS OF THE ANALYZED SNPs

Гены Полиморфные варианты Типы замены и локализация

ATM rs189037 rs1801516 5ШР несинонимичная (Дбр1853Дбп)

NBN rs1805800 rs709816 рядом с 5'11ТР синонимичная (Дбр399)

TPS3BP1 rs560191 несинонимичная (ДБр353С!и)

MRE11A rs473297 5'иТР

MLH1 rs1799977 несинонимичная (!!е219Уа!)

PMS2 rs1805321 несинонимичная (Рго364Бег)

ТАБЛИЦА 2

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ДЛЯ АНАЛИЗА ПРАЙМЕРЫ И ПРОБЫ

TABLE 2

PRIMERS AND PROBES USED FOR ANALYSIS

Маркеры

NBN ^70981б

MREA11A rs473297

Олигонуклеотиды

F: TCTGATGGAGTTGGTCTGCTG R: GAGTTGCTTTCTTGGGATGG

Z: GACTGACTGACTGACTCAGGACTCCTTTACAGTGGGTGC

F: TTCCAAGGGTGTCTCTGA R: GACTTAGGTATCAAGAAATCAGTATCTTGGGG Z: GACTTAGGTATCAAGAAATCAGTATCTTGGGG

PMS2 rs1805321

TPS3BP1 rs5б0191

NBN rs1805800

F: GTCCTGAACTCCTAGCCTC R: GCTCTGTCCGTAGGGTCACT

Z: GACTTTCAGGTGCCATCTCTGACAAAGGCGTCCTGAGA

F: GCGAACCTCTTTGCCCTA R: GGCAGCTCAGTAGTGTCAATCT

Z: GACTGACTGACTGACTATTTTAGGCTTACTTACGTGGAAAGACT

F: TATGTAGTTTCGTGCGTTTGC R: TTGAGACAGGTGGAAGTGGA

Z: GACTGACTGACTATAATGCCACACTTTCAGCTAATCACATG

ATM rs1801516

ATM rs189037

MLH1 rs1799977

F: TTTAGCAGTATGTTGAGTTTATGGC R: GGCAACTTTTATCTCCATTCCA Z: TTCCATACTTGATTCATGATATTTTACTCCAA

F: CTGCTTGGCGTTGCTTCTTC R: TGGAGTGAGGAGAGGGAGGA Z: TAACGGAGAAAAGAAGCCGTGGCC

F: ATAGTTTGCTGGTGGAGATA R: ATGTGATGGAATGATAAACC

Z: GACTGACTGACTTGCCTCAACCGTGGACAATATTCGCTCC

Примечание. F (forward) - прямой праймер; R (reverse) - обратный праймер; Z - SNaPshot-праймер (зонд).

плексной реакции пробы для каждого маркера, гибри-дизующиеся с ПЦР-продуктами, различаются по длине; «терминаторы» (с помощью которых определяется генотип) помечены флуоресцентными красителями разного цвета. В наборе SNaPhot Multiplex Ready Reaction Mix (Thermo Fisher Scientific, США), согласно спецификации фирмы-производителя, ddATP помечен красителем dR6G (зелёный цвет), ddCTP - dTAMRA (жёлтый цвет), ddUTP -dROX (красный цвет), ddGTP - dR110 (синий цвет). В результате для каждого SNP в зависимости от гетерозиготного или гомозиготного генотипа регистрировались 1 или 2 пика (накладывающихся или пространственно разнесённых), окрашенных в разные цвета (рис. 1).

Анализ полученных результатов проводился с помощью программного обеспечения GeneMapper Software v. 4.1 (Applied Biosystems, США).

Статистическую обработку данных проводили с использованием стандартных подходов (критерий х2 Пирсона; отношение шансов (OR, odds ratio) с 95%-м доверительным интервалом (95% CI, confidence inerval)). Различия считали статистически значимыми при p < 0,05.

результаты и обсуждение

Были проанализированы 8 однонуклеотидных полиморфных вариантов в 6 генах различных систем репарации ДНК: гены NBN, MRE11, ATM, TP53BP1 кодируют белки, относящиеся к системам репарации двуцепочечных разрывов ДНК; гены MLH1, PMS2 - белки системы мис-матч-репарации. Выбранные маркеры либо локализованы в регуляторных регионах (5'UTR), либо представ-

РИС. 1.

БЫаР$Ьо^анализ: хроматограмма 5 БЫР для двух образцов ДНК. Каждому маркеру соответствует определённое положение относительно размерного стандарта (оранжевые пики). Для каждого БЫР регистрируются 1 или 2 пика (накладывающихся или пространственно разнесённых), окрашенных в разные цвета

FIG. 1.

SNaPshot analysis: chromatogram of 5 SNPs for two DNA samples. Each marker corresponds to a certain position relative to the size standard (orange peaks). For each SNP, 1 or 2 peaks (overlapping or spatially separated) painted in different colors are registered

ляют собой замены в кодирующей последовательности генов (см. табл. 1).

Все изученные БЫР полиморфны в проанализированных выборках, для всех маркеров соблюдается равновесие Харди - Вайнберга.

При сравнении выборки пациентов с БП с популяци-онной выборкой зарегистрированы статистически значимые различия по частотам как аллелей, так и генотипов трёх из изученных БЫР (табл. 3; рис. 2).

Так, различия выявляются для г$1805800 - одного из двух исследованных маркеров в гене НВН (р = 0,019 и р = 0,028 по частотам аллелей и генотипов соответственно). Рисковый эффект редкого аллеля Т (ОК = 1,62 (95% С1: 1,08-2,43); х2 = 5,48; р = 0,019) реализован через гомозиготный генотип ТТ О = 2,28 (95% С1: 1,15-4,50); X2 = 5,72; р = 0,016), частота которого в группе больных БП в 1,9 раза выше, чем в контроле (27,87 % и 14,5 % соответственно) (см. табл. 3; рис. 2).

В гене АТМ различия также выявлены только по одному из изученных маркеров - экзонному варианту Г51801516 (р = 0,00004 и р = 0,0002 по частотам аллелей и генотипов соответственно). К развитию патологии предрасполагает частый аллель С (ОК = 3,27 (95% С1: 1,79-6,10); х2 = 16,88; р = 0,000004) и генотип вв (ОК = 3,46 (95% С1: 1,79-6,81); х2 = 15,61; р = 0,00008). Выраженным

протективным эффектом обладает гетерозиготный генотип (ОК = 0,33 (95% С1: 0,16-0,65); х2 = 11,4; р = 0,0007), встречающийся в контрольной группе в 2,5 раза чаще, чем у больных БП (см. табл. 3; рис. 2).

Различия между исследованными группами выявляются также по Ы799977 в гене М1Н1 (р=0,0004 и р=0,0002 для частот аллелей и генотипов соответственно). Рисковый эффект определяется для аллеля А (ОК = 1,88 (95% С1: 1,31-2,70); х2 = 12,38; р = 0,0004) и генотипа АА (ОК = 2,42 (95% С1: 1,54-3,80); х2 = 15,85; р = 0,00007). Гетерозиготный генотип Ав является протективным (ОК = 0,46 (95% С1: 0,29-0,73); х2 = 11,50; р = 0,0007) (см. рис. 2).

Для двух из трёх генов, ассоциированных в настоящем исследовании с БП, показана вовлечённость в функционирование митохондрий. Так, известно, что кина-за АТМ непосредственно задействована в модуляции митохондриального гомеостаза при генотоксическом стрессе, хотя этот механизм до конца не ясен [44, 45]. Уже это обстоятельство может объяснять ассоциированность полиморфизма гена АТМ с БП. Помимо этого, известно, что при атаксии-телеангиэктазии (вызываемой мутациями в гене АТМ) наблюдаются нейродеге-неративные изменения в мозжечке, а также амилоидные агрегаты [46]. Данный факт может служить косвенным свидетельством того, что продукт гена АТМ вовле-

ТАБЛИЦА 3 TABLE 3

ЧАСТОТЫ АЛЛЕЛЕЙ И ГЕНОТИПОВ ALLELE AND GENOTYPE FREQUENCIES OF THE ANALYZED

ПРОАНАЛИЗИРОВАННЫХ ПОЛИМОРФНЫХ ВАРИАНТОВ POLYMORPHIC VARIANTS

Гены и полиморфные варианты Генотипы Популяционная выборка г. Томска Группа пациентов с БП Достигнутый уровень статистической

n % n % значимости различий между группами

G/G 201 5б,б2 57 б5,52

TP53BP1 G/C 127 35,77 25 28,74 0,319

rs56091 C/C 27 7,б1 5 5,75

редкий аллель: C 181 25,49 35 20,11 0,167

C/C 12б 38,07 17 27,87

NBN C/T 157 47,43 27 44,2б 0,028

rs1805800 T/T 48 14,50 17 27,87

редкий аллель: T 281 38,22 б1 50,00 0,019

A/A 114 32,7б 23 27,б

NBN A/G 1б4 47,13 39 45,88 0,323

rs709816 G/G 70 20,11 23 27,0б

редкий аллель: G 304 43,б8 85 50 0,162

T/T 87 25,07 23 23,9б

MRE11A T/G 184 53,03 51 53,12 0,964

rs473297 G/G 7б 21,9 22 22,92

редкий аллель: G 33б 48,41 95 49,48 0,858

A/A 131 34,38 27 32,93

ATM A/G 187 49,08 41 50 0,968

rs189037 G/G б3 1б,54 14 17,07

редкий аллель: G 313 41,08 б9 42,07 0,882

G/G 222 б9,38 102 88,70

ATM G/A 84 2б,25 12 10,43 0,0002

rs1801516 A/A 14 4,38 1 0,87

редкий аллель: A 112 17,50 б,09 7,14 0,00004

A/A 143 41,б9 7б б3,33

MLH1 A/G 1б9 49,27 37 30,83 0,0002

rs1799977 G/G 31 9,04 7 5,83

редкий аллель: G 231 33,б7 51 21,25 0,0004

C/C 108 31,3 24 31,17

PMS2 C/T 1бб 48,12 37 48,05 0,999

rs1805321 T/T 71 20,58 1б 20,78

редкий аллель: T 308 44,б4 б9 44,81 0,959

70 60 50 40 30 -20 -10 -

—p = 0,019

C/C C/T

T/T

C

T

100 -|p = 0,00008 90 80 70 60 50 -40 30 20 10 0

n- nППППЛ

nn

G/G G/A A/A

G

A

A/A A/G G/G

A

G

I I Контрольная выборка РИС. 2.

Ассоциированные с болезнью Паркинсона полиморфные варианты: rs1805800 в гене NBN, rs1801516 в гене ATM и rs1799977 в гене MLH1

Группа пациентов с болезнью Паркинсона FIG. 2.

Parkinson's disease associated polymorphic variants: rs1805800 in the NBN gene, rs!8015!6 in the ATM gene, and rs!799977 in the MLH! gene

чён в механизмы нейродегенерации через потерю функции активации ATM в ответ на окислительный стресс. Действительно, согласно литературным данным, отсутствие активации ATM вследствие окислительного стресса приводит к формированию агрегатов широкого спектра белков [47]. Вышесказанное позволяет предполагать, что данный феномен может оказывать модулирующее воздействие на агрегацию а-синуклеина и, таким образом, объяснять вовлечённость ATM в патогенез БП.

Имеющиеся в настоящее время данные указывают на то, что MLH1 оказывает своё влияние на функционирование митохондрий, главным образом, через своевременное устранение повреждений ДНК; существуют экспериментальные доказательства присутствия MLH1 в митохондриях [36, 48]. Однако также показано, что наличие MLH1 критично для работы комплекса I в дыхательной цепи митохондрий и (через неизвестный пока механизм) определяет копийность мтДНК в клетке [36, 49]. Есть предположение, что дисфункция митохондрий, вызываемая нарушением работы белков системы мис-матч-репарации, может быть опосредована нарушением взаимодействия MLH1/ATM [36]. Это взаимодействие критично при сборке белкового комплекса при репарационном ответе на мисматчи ДНК [49]. В то же время дисфункция митохондрий в ответ на дефицит ферментов систем мисматч-репарации может реализовывать-ся через неизвестный пока механизм.

Информации о вовлечённости в развитие митохон-дриальной дисфункции продукта гена NBN в доступной литературе не удалось обнаружить. Тем не менее, известно, у пациентов с синдромом Ниймегена (вызываемом мутациями в гене NBN) характерной чертой является хронический окислительный стресс [40]. Кроме того, нибрин (кодируемый геном NBN) функционирует в составе белкового комплекса MRN (MRE11-RAD50-NBN); в каноническом пути репарации ДНК этот комплекс необходим для активации ATM. Комплекс MRN вовлечён, в том числе, в процессы микрогомологически опосредованного сшивания концов - пути репарации повреждённой ДНК, наличие которого в митохондриях доказано [31, 38, 39].

заключение

Таким образом, в проведённом исследовании впервые выявлены ассоциации с БП генов ATM, MLH1, NBN. Предрасполагают к развитию БП частые аллели и гомозиготные по ним генотипы несинонимичных замен rs1801516 в гене ATM и rs1799977 в гене MLH1, при этом гетерозиготы по обоим маркерам обладают протектив-ным эффектом. Кроме того, с БП ассоциирована промо-торная замена в гене NBN (rs1805800); редкий аллель и гомозиготный генотип по рисковому аллелю предрасполагают к развитию заболевания. Поскольку, с одной стороны, нарушение функционирования митохондрий является одним из ключевых в патогенезе БП, а с другой - по меньшей мере два из трёх белковых продуктов ассоциированных генов вовлечены в развитие дисфункции митохондрий, то с высокой долей вероятности можно предположить, что ассоциированные гены вовлечены в патогенез БП именно через митохондри-альную дисфункцию.

Финансирование

Исследование выполнено при частичной грантовой поддержке научно-исследовательских проектов, выполняемых молодыми учёными («Роль генов репарации в патогенезе болезни Паркинсона, болезни Гентингто-на и нормального (здорового) старения», 2021-2023 гг.)

Работа выполнена при частичном финансировании Государственного задания Министерства науки и высшего образования № 122020300041-7.

конфликт интересов

Авторы данной статьи сообщают об отсутствии конфликта интересов.

литература / references

1. Elbaz A, Carcaillon L, Kab S, Moisan F. Epidemiology of Parkinson's disease. Rev Neurol (Paris). 2016; 172(1): 14-26. doi: 10.1016/j.neurol.2015.09.012

2. Siitonen A, Nalls MA, Hernandez D, Gibbs JR, Ding J, Ylikotila P, et al. Genetics of early-onset Parkinson's disease in Finland: Exome sequencing and genome-wide association study. Neurobiol Aging. 2017; 53: 195.e7-195.e10. doi: 10.1016/j.neurobiolaging.2017.01.019

3. Cherian A, Divya KP. Genetics of Parkinson's disease. Acta Neurol Belg. 2020; 120(6): 1297-1305. doi: 10.1007/s13760-020-01473-5

4. Bloem BR, Okun MS, Klein C. Parkinson's disease. Lancet. 2021; 397(10291): 2284-2303. doi: 10.1016/S0140-6736(21)00218-X

5. Schormair B, Kemlink D, Mollenhauer B, Fiala O, Machetanz G, Roth J, et al. Diagnostic exome sequencing in early-onset Parkinson's disease confirms VPS13C as a rare cause of autosomal-recessive Parkinson's disease. Clin Genet. 2018; 93(3): 603-612. doi: 10.1111/cge.13124

6. Puschmann A. New genes causing hereditary Parkinson's disease or Parkinsonism. CurrNeurolNeurosciRep. 2017; 17(9): 66. doi: 10.1007/s11910-017-0780-8

7. Lin CH, Chen PL, Tai CH, Lin HI, Chen CS, Chen ML, et al. A clinical and genetic study of early-onset and familial parkinsonism in Taiwan: An integrated approach combining gene dosage analysis and next-generation sequencing. Mov Disord. 2019; 34(4): 506-515. doi: 10.1002/mds.27633

8. Li N, Wang L, Zhang J, Tan EK, Li J, Peng J, et al. Whole-exome sequencing in early-onset Parkinson's disease among ethnic Chinese. Neurobiol Aging. 2020; 90: 150.e5-150.e11. doi: 10.1016/ j.neurobiolaging.2019.12.023

9. OMIM. URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/omim [date of access: 16.05.2022].

10. Wu YY, Kuo HC. Functional roles and networks of non-coding RNAs in the pathogenesis of neurodegenerative diseases. J BiomedSci. 2020; 27(1): 49. doi: 10.1186/s12929-020-00636-z

11. Angelova PR, Abramov AY. Role of mitochondrial ROS in the brain: From physiology to neurodegeneration. FEBS Lett. 2018; 592(5): 692-702. doi: 10.1002/1873-3468.12964

12. Vodickova A, Koren SA, Wojtovich AP. Site-specific mitochondrial dysfunction in neurodegeneration. Mitochondrion. 2022; 64: 1-18. doi: 10.1016/j.mito.2022.02.004

13. Celsi F, Pizzo P, Brini M, Leo S, Fotino C, Pinton P, et al. Mitochondria, calcium and cell death: A deadly triad in neurodegeneration. Biochim Biophys Acta. 2009; 1787(5): 335-344. doi: 10.1016/ j.bbabio.2009.02.021

14. Subramaniam SR, Chesselet MF. Mitochondrial dysfunction and oxidative stress in Parkinson's disease. Prog Neurobiol. 2013; 106-107: 17-32. doi: 10.1016/j.pneurobio.2013.04.004

15. Paillusson S, Gomez-Suaga P, Stoica R, Little D, Gissen P, Devine MJ, et al. a-Synuclein binds to the ER-mitochondria tethering protein VAPB to disrupt Ca2+ homeostasis and mitochondrial ATP production. Acta Neuropathol. 2017; 134(1): 129-149. doi: 10.1007/s00401-017-1704-z

16. Chan DC. Mitochondrial dynamics and its involvement in disease. Annu Rev Pathol. 2020; 15: 235-259. doi: 10.1146/ annurev-pathmechdis-012419-032711

17. Iwata R, Casimir P, Vanderhaeghen P. Mitochondrial dynamics in postmitotic cells regulate neurogenesis. Science. 2020; 369(6505): 858-862. doi: 10.1126/science.aba9760

18. Bose A, Beal MF. Mitochondrial dysfunction in Parkinson's disease. J Neurochem. 2016; 139(Suppl 1): 216-231. doi: 10.1111/ jnc.13731

19. Franco R, Rivas-Santisteban R, Navarro G, Pinna A, Reyes-Resina I. Genes implicated in familial Parkinson's disease provide a dual picture of nigral dopaminergic neurodegeneration with mi-

tochondria taking center stage. Int J Mol Sci. 2021; 22(9): 4643. doi: 10.3390/ijms22094643

20. Flones IH, Tzoulis C. Mitochondrial respiratory chain dysfunction - A hallmark pathology of idiopathic Parkinson's disease? Front Cell Dev Biol. 2022; 10: 874596. doi: 10.3389/fcell.2022.874596

21. Schapira AH, Cooper JM, Dexter D, Jenner P, Clark JB, Mars-den CD. Mitochondrial complex I deficiency in Parkinson's disease. Lancet. 1989; 1(8649): 1269. doi: 10.1016/s0140-6736(89)92366-0

22. Hoglinger GU, Lannuzel A, Khondiker ME, Michel PP, Duyckaerts C, Feger J, et al. The mitochondrial complex I inhibitor rotenone triggers a cerebral tauopathy. J Neurochem. 2005; 95(4): 930-939. doi: 10.1111/j.1471-4159.2005.03493.x

23. Rocha EM, De Miranda B, Sanders LH. Alpha-synuclein: Pathology, mitochondrial dysfunction and neuroinflammation in Parkinson's disease. Neurobiol Dis. 2018; 109(Pt B): 249-257. doi: 10.1016/j.nbd.2017.04.004

24. Zambon F, Cherubini M, Fernandes HJR, Lang C, Ryan BJ, Volpato V, et al. Cellular a-synuclein pathology is associated with bio-energetic dysfunction in Parkinson's iPSC-derived dopamine neurons. Hum Mol Genet. 2019; 28(12): 2001-2013. doi: 10.1093/hmg/ddz038

25. Liu J, Liu W, Li R, Yang H. Mitophagy in Parkinson's disease: From pathogenesis to treatment. Cells. 2019; 8(7): 712. doi: 10.3390/ cells8070712

26. Van Laar VS, Berman SB. Mitochondrial dynamics in Parkinson's disease. Exp Neurol. 2009; 218(2): 247-256. doi: 10.1016/ j.expneurol.2009.03.019

27. Trimmer PA, Swerdlow RH, Parks JK, Keeney P, Bennett JP Jr, Miller SW, et al. Abnormal mitochondrial morphology in sporadic Parkinson's and Alzheimer's disease cybrid cell lines. Exp Neurol. 2000; 162(1): 37-50. doi: 10.1006/exnr.2000.7333

28. Malpartida AB, Williamson M, Narendra DP, Wade-Martins R, Ryan BJ. Mitochondrial dysfunction and mitophagy in Parkinson's disease: From mechanism to therapy. Trends Biochem Sci. 2021; 46(4): 329-343. doi: 10.1016/j.tibs.2020.11.007

29. Ra D, Sa B, Sl B, Js M, Sj M, Da D, et al. Is exposure to BMAA a risk factor for neurodegenerative diseases? A response to a critical review of the BMAA hypothesis. NeurotoxRes. 2021; 39(1): 81-106. doi: 10.1007/s12640-020-00302-0

30. Song S, Pursell ZF, Copeland WC, Longley MJ, Kunkel TA, Mathews CK. DNA precursor asymmetries in mammalian tissue mitochondria and possible contribution to mutagenesis through reduced replication fidelity. PNAS USA. 2005; 102: 4990-4995. doi: 10.1073/pnas.0500253102

31. Vasileiou PVS, Mourouzis I, Pantos C. Principal aspects regarding the maintenance of mammalian mitochondrial genome integrity. Int J Mol Sci. 2017; 18: 1821. doi: 10.3390/ijms18081821

32. Storr SJ, Woolston CM, Martin SG. Base excision repair, the redox environment and therapeutic implications. Curr Mol Pharmacol. 2012; 5: 88-101.

33. Zinovkina LA. Mechanisms of mitochondrial DNA repair in mammals. Biochemistry(Mosc). 2018; 83(3): 233-249. doi: 10.1134/ S0006297918030045

34. Valentin-Vega YA, Maclean KH, Tait-Mulder J, Milasta S, Steeves M, Dorsey FC, et al. Mitochondrial dysfunction in ataxia-telangiectasia. Blood. 2012; 1 19: 1490-1500. doi: 10.1182/ blood-2011-08-373639

35. Rashid S. Targeting the mitochondria for the treatment of MLHI-deficient disease: Thesis. 2017. URL: http://qmro.qmul. ac.uk/xmlui/handle/123456789/30924 [date of access: 16.05.2022].

36. Rashid S, Freitas MO, Cucchi D, Bridge G, Yao Z, Gay L, et al. MLH1 deficiency leads to deregulated mitochondrial metabolism. Cell Death Dis. 2019; 10(11): 795. doi: 10.1038/s41419-019-2018-y

37. Coene ED, Hollinshead MS, Waeytens AA, Schelfhout VR, Eechaute WP, Shaw MK, et al. Phosphorylated BRCA1 is predominantly located in the nucleus and mitochondria. Mol Biol Cell. 2005; 16: 997-1010. doi: 10.1091/mbc.e04-10-0895

38. Tadi SK, Sebastian R, Dahal S, Babu RK, Choudhary B, Ra-ghavan SC. Microhomology-mediated end joining is the principal mediator of double-strand break repair during mitochondrial DNA lesions. Mol Biol Cell. 2016; 27: 223-235. doi: 10.1091/mbc. E15-05-0260

39. Seol JH, Shim EY, Lee SE. Microhomology-mediated end joining: Good, bad and ugly. Mutat Res. 2018; 809: 81-87. doi: 10.1016/j.mrfmmm.2017.07.002

40. Maciejczyk M, Mikoluc B, Pietrucha B, Heropolitanska-Pliszka E, Pac M, Motkowski R, et al. Oxidative stress, mitochondrial abnormalities and antioxidant defense in Ataxia-telangiectasia, Bloom syndrome and Nijmegen breakage syndrome. Redox Biol. 2017; 11: 375-383. doi: 10.1016/j.redox.2016.12.030

41. Choy KR, Watters DJ. Neurodegeneration in ataxia-telan-giectasia: Multiple roles of ATM kinase in cellular homeostasis. Dev Dyn. 2018; 247: 33-46. doi: 10.1002/dvdy.24522

42. Postuma RB, Berg D, Stern M, Poewe W, Olanow CW, Oertel W, et al. MDS clinical diagnostic criteria for Parkinson's

disease. Mov Disord. 2015; 30(12): 1591-601. doi: 10.1002/ mds.26424

43. Manual guide. Applied Biosystems user bulletin: Using the SNaPshot® Multiplex System. 2005. URL: https://tools.thermofisher.com/ content/sfs/manuals/cms_041203.pdf [date of access: 20.05.2022].

44. Resseguie EA, Staversky RJ, Brookes PS, O'Reilly MA. Hyper-oxia activates ATM independent from mitochondrial ROS and dysfunction. Redox Biol. 2015; 5: 176-185. doi: 10.1016/j.redox.2015.04.012

45. Shimura T. ATM-mediated mitochondrial radiation responses of human fibroblasts. Genes (Basel). 2021; 12(7): 1015. doi: 10.3390/ genes12071015

46. Lee JH, Paull TT. Cellular functions of the protein kinase ATM and their relevance to human disease. Nat Rev Mol Cell Biol. 2021; 22(12): 796-814. doi: 10.1038/s41580-021-00394-2

47. Lee JH, Mand MR, Kao CH, Zhou Y, Ryu SW, Richards AL, et al. ATM directs DNA damage responses and proteostasis via genetically separable pathways. SciSignal. 2018; 11(512): eaan5598. doi: 10.1126/scisignal.aan5598

48. Mootha VK, Bunkenborg J, Olsen JV, Hjerrild M, Wisniewski JR, Stahl E, et al. Integrated analysis of protein composition, tissue diversity, and gene regulation in mouse mitochondria. Cell. 2003; 115(5): 629-640. doi: 10.1016/s0092-8674(03)00926-7

49. Brown KD, Rathi A, Kamath R, Beardsley DI, Zhan Q, Man-nino JL, et al. The mismatch repair system is required for S-phase checkpoint activation. Nat Genet. 2003; 33: 80-84. doi: 10.1038/ng1052

Сведения об авторах

Бабушкина Надежда Петровна - кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории популяционной генетики, Научно-исследовательский институт медицинской генетики, ФГБНУ «Томский национальный исследовательский медицинский центр РАН», e-mail: nad.babushkina@medgenetics.ru, https://orcid.org/0000-0001-6133-8986 Никитина Мария Анатольевна - кандидат медицинских наук, доцент кафедры неврологии и нейрохирургии, ФГБОУ ВО «Сибирский государственный медицинский университет» Минздрава России, e-mail: nikitina_ma@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-2614-207X

Брагина Елена Юрьевна - кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории популяционной генетики, Научно-исследовательский институт медицинской генетики, ФГБНУ «Томский национальный исследовательский медицинский центр РАН», e-mail: elena.bragina@medgenetics.ru, https://orcid.org/0000-0002-1103-3073 Алифирова Валентина Михайловна - доктор медицинских наук, профессор, заведующая кафедрой неврологии и нейрохирургии, ФГБОУ ВО «Сибирский государственный медицинский университет» Минздрава России, e-mail: v_alifirova@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-4140-3223

Постригань Анна Евгеньевна - младший научный сотрудник лаборатории геномики орфанных болезней, Научно-исследовательский институт медицинской генетики, ФГБНУ

«Томский национальный исследовательский медицинский центр РАН», e-mail: postrigan.anna@medgenetics.ru, https://orcid.org/0000-0002-5144-001X

Девяткина Екатерина Алексеевна - студентка, ФГБОУ ВО «Сибирский государственный медицинский университет» Минздрава России, e-mail: mailto:271297rfnz@list.ru,

https://orcid.org/0000-0003-1905-3324

Гомбоева ДэнсэмаЕвгеньевна - ординатор, Научно-исследовательский институт медицинской генетики, ФГБНУ «Томский национальный исследовательский медицинский центр РАН», e-mail: Gombo-D@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-7882-2093

Назаренко Мария Сергеевна - доктор медицинских наук, ведущий научный сотрудник лаборатории популяционной генетики, Научно-исследовательский институт медицинской генетики, ФГБНУ «Томский национальный исследовательский медицинский центр РАН»; профессор кафедры медицинской генетики, ФГБОУ ВО «Сибирский государственный медицинский университет» Минздрава России, e-mail: maria.nazarenko@medgenetics.ru, https://orcid.org/0000-0002-0673-4094

Information about the authors

NadezhdaP.Babushkina - Cand. Sc. (Biol.), Research Officer at the Laboratory of Population Genetics, Research Institute of Medical Genetics, Tomsk National Research Medical Center, Russian Academy of Sciences, e-mail: nad.babushkina@medgenetics.ru, https://orcid.org/0000-0001-6133-8986

MariaA. Nikitina-Cand. Sc. (Med.), Associate Professorat the Department of Neurology and Neurosurgery, Siberian State Medical University, e-mail: nikitina_ma@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-2614-207X Elena Yu. Bragina - Cand. Sc. (Biol.), Senior Research Officer at the Laboratory of Population Genetics Research Institute of Medical Genetics, Tomsk National Research Medical Center, Russian Academy of Sciences, e-mail: elena.bragina@medgenetics.ru, https://orcid.org/0000-0002-1103-3073

ValentinaM. Alifirova-Dr. Sc. (Med.), Professor, Head ofthe Department of Neurology and Neurosurgery, Siberian State Medical University, e-mail: v_alifirova@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-4140-3223 Anna E. Postrigan - Junior Research Officer at the Laboratory of Orphan Diseases Genomics, Research Institute of Medical Genetics, Tomsk National Research Medical Center, Russian Academy of Sciences, e-mail: postrigan.anna@medgenetics.ru, https://orcid.org/0000-0002-5144-001X

Yekaterina A. Deviatkina - Student, Siberian State Medical University, e-mail: mailto:271297rfnz@list.ru, https://orcid.org/0000-0003-1905-3324

Densema E. Gomboeva - Clinical Resident, Research Institute of Medical Genetics, Tomsk National Research Medical Center, Russian Academy of Sciences, e-mail: Gombo-D@mail.ru, https:// orcid.org/0000-0002-7882-2093

Maria S. Nazarenko - Dr. Sc. (Med.), Leading Research Officer at the Laboratory of Population Genetics, Research Institute of Medical Genetics, Tomsk National Research Medical Center, Russian Academy of Sciences; Professor at the Department of Medical Genetics, Siberian State Medical University, e-mail: maria.nazarenko@medgenetics.ru, https://orcid.org/0000-0002-0673-4094

21