CC BY
19
ИНСЕРЦИОННО-ДЕЛЕЦИОННЫЙ ПОЛИМОРФИЗМ В ГЕНЕ ХИТОТРИОЗИДАЗЫ (CHIT1) В ЧЕТЫРЕХ ЭТНО-ТЕРРИТОРИАЛЬНЫХ ГРУППАХ РОССИИ
С.В. Макаров1, М.К. Карапетян1,2, Н.В. Балинова3, Л.В. Бец2, В.А. Спицын1 ФГБУ «Медико-генетический научный центр» РАМН, Москва
2МГУ имени МВ. Ломоносова, биологический факультет, кафедра антропологии, Москва 3ФГБУ «Институт этнологии и антропологии им. НН. Миклухо-Маклая» РАН, Москва
В конце прошлого века в плазме крови человека был обнаружен фермент с хитинолитической активностью, получивший название хитотриозидазы (CHIT1). Было установлено, что он является важным компонентом врожденного иммунитета человека, неспецифическим продуктом синтеза активированных макрофагов и, возможно, участвует в борьбе с хитин-содержащими патогенами. У человека при заболеваниях паразитарной, инфекционной и наследственной природы (лизосом-ные болезни накопления, болезнь Гэше), при сердечнососудистых и некоторых онкологических заболеваниях уровень продукции данного фермента может возрастать в сотни раз. Ген, кодирующий CHIT1, имеет вариации в нуклеотидной последовательности, и одной из наиболее распространенных является дупликация 24 пар нуклеотидов в экзоне 10. Высказывалось предположение о том, что индивиды, гомозиготные по дупликации, менее устойчивы к инвазии хитин-содержащих патогенов. Имеются данные, что наименьшая частота встречаемости дупликации характерна для групп африканского происхождения, в европеоидных группах она имеет промежуточные значения, а максимум - в монголоидных популяциях.
Ввиду своей клинической значимости и возможной связи с развитием малярии, хитотриозида-за человека привлекла большое внимание исследователей. Поэтому изучение гена CHIT1 представляет значительный интерес как с медицинской, так и антропологической точки зрения. Цель настоящей работы - исследовать распределения вариантов гена CHIT1 в различные популяциях РФ, провести сравнительный анализ с данными по другим популяциям человека и определить взаиморасположение изученных групп, используя метод генетических расстояний.
В исследование были включены выборки из популяций калмыков (n=149), ненцев (n=85), хантов (n=139) и русских (n=106) Из образцов крови была выделена ДНК для генотипирования по 24-п.н-поли-морфизму (rs3831317) гена CHIT1 методом полимеразной цепной реакции. Представлены распределения частот аллелей и генотипов. Для русских частоты генотипов составили: TT - 68.9%, TH - 30.2%, HH - 0.9%; для хантов: TT - 36%, TH - 48.2%, HH - 15.8%; для калмыков: TT - 23.5%, TH - 54.4%, HH - 22.1%; для ненцев: TT - 16.5%, TH - 49.4%, HH - 34.1%. Проведен сравнительный анализ по распределению частот аллелей в изученных выборках с литературными данными о других популяциях человека. Определено взаиморасположение исследованных популяций среди мирового народонаселения. Показано, что полиморфизм CHIT1, определяемый на уровне ДНК, оказался эффективным инструментом для решения задач в области этнической антропологии.
Ключевые слова: этническая антропология, генетический полиморфизм, хитотриозидаза человека, 24-п.н.-дупликация, частоты аллелей, популяционная генетика человека, филогенез
Введение
Хитин, впервые открытый еще в 1811 г. при исследовании состава грибов под наименованием фунгин, является одним из самых распространенных биополимеров в природе, уступая по встречаемости лишь целлюлозе. Он представляет собой азотсодержащий полисахарид, состоящий из
Ы-ацетил-Р-глюкозаминовых структурных единиц, связанных Ье1а-(1,4)-гликозидными связями, и близок к целлюлозе по строению, физико-химическим свойствам и биологической роли. Хитин в своем составе имеют огромное множество живых существ - насекомые, грибы, бактерии, простейшие и т.д., включая паразитов (нематоды). Еще большее множество (практически все царства,
включая растения) составляют живые организмы, вырабатывающие ферменты - хитиназы, разрушающие хитин. Homo sapiens исключением из него не является. У человека обнаружены несколько ферментов, принадлежащих к классу хитиназ [Renkema et al., 1995], и по меньшей мере два фермента обладают хитинолитической активностью - хитотриозидаза (XT) и кислая хитиназа млекопитающих. Оба фермента продуцируются макрофагами, но, по всей видимости, кислая хитиназа экспрессируется в основном в легких и желудочно-кишечном тракте (ЖКТ), а хитотриозидаза идентифицируется как в крови, так и в ряде других органов, включая ЖКТ, печень, сердце, мозг, легкие [Malaguarnera, 2006; Cozzarini et al., 2009; Ober, Chupp, 2009]. Хитиназы человека причисляют к семейству GH18 гидролаз и они обнаруживают структурное сходство с хитиназами других организмов (бактерий, грибов, вирусов, животных, растений и насекомых) [ Renkema et al., 1995; Cozzarini et al., 2009].
Впервые XT была обнаружена в 1990-х гг. в плазме пациентов, страдающих болезнью Гоше. В крови таких больных уровень активности хитотриозидазы в сотни раз превышает нормальные значения [Renkema et al., 1995]. Соответственно эффективности терапии уровень активности XT изменяется [Hollak et al., 2001] таким образом, что XT используется как важный клинический маркер при диагностике болезни и мониторинге состояния пациента. Повышенный уровень XT наблюдается и при некоторых других лизосомных болезнях накопления [Guo et al., 1995], а также при атеросклерозе [Artieda et al., 2003; Boot et al., 1999], эндометриозе [Alanbay et al., 2012], сарко-идозе [Bargagli et al., 2007], малярии [Barone et al., 2003; Chien et al., 2005], бета-талассемии [Barone et al., 1999], болезни Альцгеймера, цереб-роваскулярной деменции [Di Rosa et al., 2006], неалкогольном стеатогепатите [Malaguarnera et al., 2006]. По всей видимости, XT принимает участие в иммунном ответе организма, хотя ее роль при воспалении до конца не ясна. Считается, что хи-тинолитическая активность XT указывает на ее участие в противодействии хитин-содержащим патогенам, попавшим в организм человека, (подобную функцию выполняют хитиназы у растений) [Salzer et al., 2000; Kasprzewska, 2003]. In vitro показана литическая активность хитотриозидазы по отношению к гифам Mucor rouxii и ингибиурующее влияние на рост Candida albicans. У мышей с ней-тропенией, получивших летальную дозу Candida albicans или Aspergillus, выживаемость повышалась при введении человеческой рекомбинантной хитотриозидазы [van Eijk et al., 2005]. Показано также, что у человека экспрессия XT увеличива-
ется при заражении его пищеварительного тракта C. albicans или H. pylori [Cozzarini et al., 2009].
Имеются свидетельства, что XT может участвовать в лизисе раковых клеток [Cozzarini et al., 2009]. Предположение об участии XT в развитии аллергических реакций и астмы не подтверждается [Bierbaum et al., 2006; Ober, Chupp, 2009; Wu et al., 2010], хотя некоторые авторы обнаруживают повышенную активность этого фермента у астматиков [Bargagli et al., 2010]. С другой стороны, есть данные о том, что дефицит XT может привести к развитию астмы из-за того, что организм не способен в полной мере бороться с патогенами грибковой природы, провоцирующими ее развитие [Vicencio et al., 2010]. В отличии от XT, кислая хитиназа человека, вероятно, не участвует в иммунном ответе организма [Cozzarini et al., 2009], однако обнаружено участие этого фермента в патогенезе астмы [Malaguarnera, 2006].
Хитотриозидаза человека кодируется геном CHIT1, протяженностью около 20 кб, который расположен на длинном плече 1-й хромосомы (1 q31 -32) и имеет 12 экзонов [Eiberg, Den Tandt, 1997]. Кроме множества SNP в гене CHIT1 в 10 экзоне обнаружен инсерционно/делеционный (indel) полиморфизм - отсутствие (аллель T) / наличие (аллель Н) дупликации 24 пар нуклеотидов (п.н.). Эта мутация (аллель Н) приводит к абберантному сплайсингу, при котором из созревающей мРНК вырезаются 87 нуклеотидов, что приводит к потере 29 аминокислотных остатков в каталитическом центре белка так, что синтезируемый продукт полностью теряет ферментативную активность [Boot et al., 1998]. В результате у людей, гомозиготных по дупликации, наблюдается практически нулевая активность XT.
Мутантный аллель H CHIT1 (дупликация) имеет довольно высокую встречаемость у населения Азии (среди монголоидов), где его доля может превышать 60%. Наименьшая встречаемость наблюдается в популяциях Африки (среди бантоид-ных племен), практически до полного его отсутствия (0-7%). Для европеоидов характерны промежуточные частоты (15-35%).
Ввиду своей клинической значимости и возможной связи с развитием малярии, именно хитотриозидаза получила наибольшее внимание исследователей. Поэтому изучение гена CHIT1 представляет значительный интерес как с медицинской, так и антропологической точки зрения. Цель настоящего исследования - генотипировать по 24-п.н.-indel-полиморфизму гена CHIT1 популяции калмыков, ненцев, хантов и русских, выявить распределения частот генотипов и аллелей, а также провести сравнительный анализ с литературными данными по частотам факторов CHIT1
в других популяциях человека и, таким образом, определить их взаиморасположение среди мирового народонаселения.
Материалы и методы
В исследование были включены образцы крови от групп населения с четырех территорий РФ: ненцев (п. Яр-Сале, п. Панаевск, ЯНАО, п-в Ямал, n=85), хантов (Сургутский р-н Тюменской обл., n=139); калмыков (Астраханская обл., n=149), русских (Москва, n=106). Выборки составлены из совершеннолетних представителей обоего пола. Сбор биоматериала осуществлялся с получением информированного согласия от каждого обследуемого. Анкетирование предусматривало установление этнической принадлежности до третьего поколения, соблюдались этические принципы, предъявляемые Хельсинкской декларацией Всемирной медицинской ассоциации (World Medical Association Declaration of Helsinki (1964, 2000 ред.).
Выделение ДНК производилось с использованием набора «ДНК-сорб-В» (ЦНИИЭ Роспотреб-надзора) в соответствии с рекомендациями производителя.
Анализ indel-полиморфизма в 10 экзоне гена CHIT1 (rs3831317) осуществлялся методом PCR-AFLP. Амплификацию проводили на приборе «C1000» (производитель Bio-Rad, США) в течении
Рис. 1. Электрофореграмма результатов амплификации фрагментов гена СН1Т1 (буквами обозначены соответствующие генотипы, М - маркер массы)
33 циклов при температуре: 95°С - 9 с, 57°С - 20 с, 72°С - 1 с в 25 мкл реакционной смеси содержащей: 0.1-100 нг ДНК; 0.2 мМ каждого dNTP; по 1 мкМ каждого праймера (5' - AGCTATCTGAAGCAGAAG - 3' и 5' - GGAGAAGCCGGCAAAGTC - 3'); 0.5 ед. Dream Taq-полимеразы (производитель Fermentas, Литва), 2.5 мкл 10-кратного буфера Dream Taq Green.
Амплифицированные фрагменты (99 и 75 п.н., соответствующие присутствию H и T аллелям, разделяли методом электрофореза в 3% агароз-ном геле с последующей визуализацией в УФ-свете. Электрофореграмма представлена на рис. 1.
Статистическая обработка проводилась с использованием пакета программ «Statistica 6.0» (StatSoft Inc.). Для построения дендрограммы результатов кластеризации генетических расстояний по Нею использовалась программа «DISPAN» (Tatsuya Ota и Пенсильванский государственный университет, США [URL: http://homes.bio.psu.edu]).
Результаты и обсуждение
В таблице 1 и 2 представлены распределения частот аллелей и генотипов ^е1-полиморфизма (ге3831317) в 10 экзоне гена СН1Т1, полученные в результате генотипирования изученных нами популяций и анализа литературных источников.
Распределение генотипов во всех четырех исследованных выборках соответствует равновесному по Харди-Вайнбергу. Относительно низкая частота аллеля Н у русских (0.16) оказалась близкой к характерной для европейцев. У хантов она достигает 0.399, а у калмыков - 0.493. Наиболее высокая частота мутации Н получена для выборки ненцев (0.589). Заметим, что частота аллеля Н, наблюдаемая в группе ненцев, близка к мировому максимуму.
При попарном сравнении по трем генотипам русские статистически достоверно отличались от хантов, калмыков и ненцев (при d.f.=2%2=31.98, 59.17, 65.98 соответственно). Кроме того, ханты имели достоверные различия с ненцами (при d.f.=2%2=14.79), но не с калмыками. Различия между калмыками и ненцами были не достоверны. Анализ сравнения по отдельным генотипам показал, что русские по частоте каждого генотипа значимо отличаются от всех исследованных групп, ханты и калмыки достоверно различны по частоте ТТ (при d.f.=1%2=5.39), ханты и ненцы - по частотам гомозигот ТТ и НН (х2=9.83 и 10.03), но не гетеро-зигот, а существенное различие между калмыками и ненцами выявляется лишь по частоте НН (х2=3.98). Таким образом калмыки занимают промежуточное положение между хантами и ненцами, а ханты - между русскими и калмыками.
Таблица 1. Частоты генотипов и аллелей Т и Н гена СН1Т1 в четырех этно-территориальных группах
России
Группы п Генотипы (N) Частота аллея я
ТТ ТН НИ *Н
Русские (г. Москва) 106 73 32 1 0.840 0.160
Ханты (Тюменская обл.) 139 50 67 22 0.601 0.399
Калмыки (Астраханская обл.) 149 35 81 33 0.510 0.490
Ненцы (н-ои Ямал) 85 14 42 29 0.411 0.589
Таблица 2. Частоты генотипов и аллелей Т и Н гена СН1Т1 в различных популяциях мира
Страна (географический регион), группа п Генотипы (N) Частота ал л ел я Источник
ТТ ТН НН *Н
Португалия 295 177 110 8 0.786 0.214 Rodrigues et а!., 2004
Марокко 86 68 18 0 0.895 0.105 Piras ct al, 2007a
Сицилия 100 51 44 5 0.730 0.270 Malaguarnera el al., 2003
Сардиния 107 68 35 4 0.790 0.210 Malaguarnera ct al., 2003
Сардиния 340 233 95 12 0.825 0.175 Piras et al, 2007a
Испания 103 63 33 7 0.772 0.228 Piras et al, 2007a
Страна Басков 60 46 14 0 0.883 0.П7 Piras et al, 2007a
Конт. Франция 128 76 40 12 0.750 0.250 Piras et al, 2007a
Корсика 194 145 47 2 0.869 0.131 Piras et al, 2007a
Центральная Корсика 300 205 85 10 0.827 0.173 Piras et al., 2007b
Конт. Италия 99 63 34 2 0.808 0.192 Piras et al, 2007a
Европа, евреи ашкенази 68 41 23 4 0.772 0.228 BootetaL, 1998
Голландия 171 100 60 И 0.760 0.240 Bootet ai., 1998
Финляндия 50 - - „ 0,800 0.200 Choi et al, 2005
Германия 266 170 85 11 0.789 0.211 Bierbaum, 2006
Турция 95 63 28 4 0,81 1 0,189 Piras et al, 2007a
США, европеоиды 229 145 83 1 0.810 0.190 Choi et al. 200!
США, европеоиды 984 _ - _ 0.830 0.170 Lee et al, 2007
Южная Индия 67 7 39 21 0.600 0.400 Choi et al, 2001
США, индийцы 74 „ - „ 0.630 0.370 Lee el al, 2007
США, корейцы 80 - - 0.420 0.580 Lee et al. 2007
США, японцы 326 _ — _ 0.460 0.540 Lee ct al, 2007
США, сев.китайцы 36 - - - 0.500 0.500 Lee et al, 2007
США, юж.китайцы 272 „ - - 0.360 0.640 Lee et al, 2007
США, Тайваньцы 40 - - - 0.550 0.450 Lee et al, 2007
Тайвань 82 „ - „ 0.420 0.580 Chien et al, 2005
США, монголоиды 2054 — — — 0.440 0.560 Lee et al, 2007
США, выходцы из Юго-Восточной Азии 1020 - - „ 0.430 0.570 Lee et al, 2007
Папуа-Новая Гвинея (Восточный Сепик) 906 694 205 7 0.880 0.120 Hise et al., 2003
Папуа-Новая Гвинея (Маданг) 279 155 108 16 0.749 0,251 Hall et al.,2007
Бенин 100 100 0 0 1.000 0.000 Malaguaraera et al., 2003
Буркина Фасо 99 97 2 0 0.990 0.010 Malaguarnera et al., 2003
Бразилия 122 59 52 И 0.700 0,300 Rodrigues et al, 2009
США, негроиды 175 159 14 2 0.950 0.050 Choi et al, 2001
США, негроиды 536 _ - „ 0.930 0.070 Lee et al, 2007
США, выходцы из Ближнего Востока 26 - - - 0.650 0.350 Lee et al, 2007
Так как распространенность вариантов гена CHIT1 заметно отличается между тремя большими расами, представлялось целесообразным вычислить соотношение европеоидной и монголоидной примеси у хантов, воспользовавшись формулой, применяемой для изучения смешанных популяций:
где с - численность в популяции С, d - численность в популяции D, qn - частота аллеля в смешанной популяции (в нашем случае - у хантов), qd - частота аллеля в исходной популяции D (средняя по европеоидам), qc - частота аллеля в исходной популяции C (средняя по монголоидам). Вычислив средние частоты аллеля Н для популяций «чистых» европеоидов и монголоидов, мы получили для хантов 56.7% монголоидной и 43.3% европеоидной примеси. Эти величины приближаются к средним значениям западноевразийской примеси у хантов и манси, полученным при анализе по маркерам однородительского наследования (около 58.7-68.9% по данным мтДНК и 23.4-10.7% -по данным Y-хромосомы [Pimenoff et al., 2008]).
При сравнении русских с другими группами европеоидов по распределению генотипов, достоверные различия обнаружены c населением Сицилии (при d.f.=2x2=8.3), Франции (х2=8.26), Голландии (х2=6.16) и Южной Индии (х2=67.99). Попарный сравнительный анализ по отдельным генотипам показал, что у русских наблюдается значимо большая доля гомозигот ТТ и меньшая -гетерозигот, чем у сицилийцев; у французов и голландцев в сравнении с русскими повышена частота гомозигот НН; у южных индийцев и русских статистически достоверные различия наблюдаются по всем трем генотипам.
Картину разнообразия в распределении частот аллелей в популяциях a priori можно попытаться объяснить, выдвигая гипотезы об отсутствии или присутствии действия естественного отбора (положительного или отрицательного) на фенотип, кодируемый этими аллелями.
Принимая во внимание гипотетическую функциональную роль ХТ и ее важное значение в борьбе организма с патогенами, можно предположить, что в популяциях, проживающих в среде с высокой патогенной нагрузкой (например, в Африке), вариант дупликации испытывает элиминирующее воздействие, и частота мутантного аллеля должна быть сведена к минимуму. При ослаблении давления отбора на устойчивость к патогенам, частота мутации может повышаться [Malaguarnera, 2006]. По данным M. Musumeci с соавторами [Musumeci et al., 2005], у африканских женщин в первый день после родов активность XT в моло-
зиве повышается в сотни раз по сравнению с аналогичным значением у европеоидных женщин, что может быть одним из средств защиты новорожденного от патогенов. Имеются данные о повышении активности XT при заражении грибковыми и бактериальными инфекциями [Labadaridis et al., 2005], малярийным плазмодием [Piras et al., 2007b], H. pylori [Cozzarini et al., 2009]. Выявлена повышенная заражаемость филяриями гомозиготных носителей по аллелю H [Choi et al., 2001]. По мнению L. Malaguarnera [Malaguarnera, 2006] повышение активности XT при заражении организма Plasmodium falciparum может быть связано с активацией макрофагов, отражающей, в свою очередь, биохимические и реологические изменения, происходящие в крови больного.
С другой стороны, существуют противоречащие наблюдения - отсутствие закономерности в распределении вариантов CHIT1 и зонами высокой активности малярийного плазмодия за пределами Африканского континента - на Сицилии, в Юго-Восточной Азии [Chien et al., 2005; Piras et al., 2007b]. Механизм участия XT в борьбе с малярийным плазмодием представляется неясным. Более того, есть данные о том, что XT человека может кооперировать с хитиназой малярийного плазмодия, способствуя его пенетрации через перитрофную мембрану в кишечнике комара [van Eijk et al., 2005]. Перитрофная мембрана - это защитное образование из хитина и белков, возникающее у комара вокруг пищевого комка и предохраняющее ткани кишечника [Shahabuddin et al., 1993]. Таким образом низкая, практически нулевая частота мутантного аллеля H в популяциях Африки может иметь другие причины, не связанные с распространенностью малярии. Некоторые исследования не обнаруживают никакой связи между вариантом гена CHIT1 и подверженностью заражению [ Hise et al., 2003; Hall et al., 2007].
Гипотеза адаптивного преимущества инакти-вированного белка также может быть принята к рассмотрению, если такое состояние по каким-либо причинам окажется выгодным. Ее косвенное подтверждение P. Lee с соавторами [Lee et al., 2007] усматривает в существовании других полиморфизмов (SNP) - G354R и A442V, которые также приводят к снижению активности фермента. В качестве предположения авторы высказывают мысль, что хитинолитическая активность XT мешает организму вырабатывать устойчивость к патогенам, т.к. сам хитин оказывает стимулирующее влияние на активность макрофагов. Следовательно, расщепляя хитин, хитотриозидаза мешает ему выполнять иммуностимулирующую функцию [Lee et al., 2007]. Tем не менее, отсутствие гомозигот по аллелю H среди исследованных дол-
гожителей [Malaguarnera et al., 2010] ставит под сомнение эту гипотезу, хотя повышенная частота гетерозигот (ТН) среди долгожителей может указывать на некоторое преимущество пониженной, но не отсутствующей, активности ХТ.
Наконец, существует гипотеза, согласно которой дупликация CHIT1 (инактивной ХТ) является нейтральной с точки зрения естественного отбора, а ее распространение в мировых популяциях является результатом случайных процессов. Это подтверждается распределением частот индексного коэффициента Морана [Piras et al., 2007a]. Следуя данному предположению, дупликация, вероятнее всего, возникла в Азии - регионе с наиболее высокой частотой аллеля Н - и оттуда распространилась в другие области ойкумены. Возможно также, что аллель Н возник на Африканском континенте, но впоследствии был утрачен в африканских популяциях.
Для определения взаиморасположения популяций, представленных в таблице 1 и 2, нами был проведен кластерный анализ на основе расчета генетических расстояний (DA) по Нею [Nei et al., 1983] и построена дендрограмма (рис. 2).
Рассмотрение дендрограммы, отражающей различия в распределении частот аллелей гена CHIT1 у населения мира, позволяет сформулировать следующие выводы.
1. Позиция кластеров ветвления популяций отражает общепринятую этно-антропологи-ческую специфичность дифференциации группировок человечества: европеоидной, монголоидной и негроидной составляющих. При этом не отмечается трансгрессии популяций, относящихся к разным расам.
2. Обращают на себя внимание весьма близкие генетические расстояния между европейскими популяциями.
3. В пределах каждой из расовых группировок расстояния между монголоидными и негроидными популяциями оказываются существенно больше, чем дистанции между самими европеоидными популяциями.
4. Изученные в настоящей работе ханты, как и следовало ожидать, занимают промежуточную позицию между европеоидными и монголоидными группами. Их генетическая сопряженность на дендрограмме вместе с индийскими группами отражает промежуточное положение как тех, так и других к популяциям, географически соприкасающимся с монголоидными и европеоидными группами. Та же пространственная позиция, свидетельствующая о вкладе монголоидного и европеоидного компонентов в генетическую структуру калмыков, характеризует их положение на дендрограмме.
I-Кнтайцы(К>. Китай)
I ^ Ненцы ' Корейцы
_I Китайцы (Тайвань)
__Японцы
Калмыки
| I Индийцы (Ю. Индия) I Ханты I Индийцы I Ьразнльцы П- Сацклййцы
Папуасы (Маданг) французы
- Голландцы ' Испанцы
■ "■-чрг и Ашхенаэн
Португальцы
- Немцы Финны Итальянцы Европеоиды (США)
Турен
Сардинцы
_1 Руссянс
Корсиканцы г Папуасы (Восточный Сепнк) г Баскн
, г Марокканцы
|_г Афроамернканцы (США)
;- Беннкцы
1- Буркнннйцы
Рис. 2. Дендрограмма результата кластерного анализа генетических расстояний между популяциями человека по частоте аллелей СН1Т1
5. Положение группы ненцев свидетельствует о тесном их генетическом, но не о географическом подобии с отдаленными монголоидными популяциями. Частота аллеля Н у ненцев является одной из максимальных в мире. Таким образом, полиморфизм СН1Т1 оказался весьма эффективным инструментом в отношении этно-антропологического анализа.
Благодарности
Авторы выражают благодарность профессору С.А. Лимборской (Институт молекулярной генетики РАН) за предоставление материала по группе хантов. Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту РФФИ № 11-06-00419а и № 14-06-00422а.
Библиография
Ниль Дж., Шелл У. Наследственность человека. М., 1958. 210 с.
Alanbay I., Coksuer H., Ercan C.M., Sakinci M., Karasahin E., Ceyhan S.T., Ustun Y., Kurt I., Ozbilen N., Baser I. Chitotriosidase levels in patients with severe endometriosis // Gynecol.Endocrinol., 2012. Vol. 28. N 3. P. 220-223. Artieda M., Cenarro A., Ganan A., Jerico I., Gonzalvo C, Casado J.M., Vitoria I., Puzo J., Pocovi M., Civeira F. Serum chitotriosidase activity is increased in subjects with atherosclerosis disease // Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol., 2003. Vol. 23. N 9. P. 1645-1652.
Bargagli E., Margollicci M., Nikiforakis N., Luddi A, Perrone A, Grosso S., Rottoli P. Chitotriosidase activity in the serum of patients with sarcoidosis and pulmonary tuberculosis // Respiration, 2007. Vol. 74. N 5. P. 548-552. Bargagli E, Olivieri C, Margollicci M, Bennett D, Luddi A, Perrone M., Maggiorelli C., Prasse A., Rottoli P. Serum chitotriosidase levels in patients with allergic and non-allergic asthma // Respiration, 2010. Vol. 79. N 5. P. 437-438. Barone R., Di Gregorio F., Romeo M.A., Schiliro G., Pavone L. Plasma chitotriosidase activity in patients with beta-thalassemia // Blood Cells Mol.Dis., 1999. Vol. 25. N 1. P. 1-8. Barone R., Simpore J., Malaguarnera L., Pignatelli S., Musumeci S. Plasma chitotriosidase activity in acute Plasmodium falciparum malaria // Clin.Chim.Acta., 2003. Vol. 331. N 1-2. P. 79-85.
Bierbaum S., Superti-Furga A., Heinzmann A. Genetic polymorphisms of chitotriosidase in Caucasian children with bronchial asthma // Int. J. Immunogenet, 2006. Vol. 33. N 3. P. 201-204.
Boot R.G., Renkema G.H., Verhoek M, Strijland A., Bliek J., de Meulemeester T.M., Mannens M.M., Aerts J.M. The human chitotriosidase gene. Nature of inherited enzyme deficiency // J. Biol. Chem., 1998. Vol. 273. N 40. P. 2568025685.
Boot R.G., van Achterberg T.A., van Aken B.E., Renkema G.H., Jacobs M.J., Aerts J.M., de Vries C.J. Strong induction of members of the chitinase family of proteins in atherosclerosis: chitotriosidase and human cartilage gp-39 expressed in lesion macrophages // Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol., 1999. Vol. 19. N 3. P. 687-694. Chien Y.H., Chen J.H., Hwu W.L. Plasma chitotriosidase activity and malaria // Clin. Chim. Acta, 2005. Vol. 353. N 1-2. P. 215.
Choi E.H., Zimmerman P.A., Foster C.B., Zhu S., Kumaraswami V., Nutman T.B., Chanock S.J. Genetic polymorphisms in molecules of innate immunity and susceptibility to infection with Wuchereria bancrofti in South India // Genes Immun., 2001. Vol. 2. N 5. P. 248-253. Cozzarini E., Bellin M., Norberto L., Polese L., Musumeci S., Lanfranchi G., Paoletti M.G. CHIT1 and AMCase expression in human gastric mucosa: correlation with inflammation and Helicobacter pylori infection // Eur. J. Gastroenterol. Hepatol., 2009. Vol. 21. N 10. P. 1119-1126. Di Rosa M., dell'Ombra N., Zambito A.M., Malaguarnera M., Nicoletti F., Malaguarnera L. Chitotriosidase and inflammatory mediator levels in Alzheimer's disease and cerebrovascular dementia // Eur. J. Neurosci., 2006. Vol. 23. N 10. P. 2648-2656.
Eiberg H., Den Tandt W.R. Assignment of human plasma methylumbelliferyl-tetra-N-acetylchitotetraoside hydrolase or chitinase to chromosome 1q by a linkage study // Hum. Genet., 1997. Vol. 101. N 2. P. 205-207. Guo Y, He W, Boer A.M., Wevers R.A., de Bruijn A.M., Groener J.E., Hollak C.E., Aerts J.M., Galjaard H., van Diggelen O.P. Elevated plasma chitotriosidase activity in
various lysosomal storage disorders // J. Inherit. Metab. Dis., 1995. Vol. 18. N 6. P. 717-722. Hall A. J., Quinnell R.J., Raiko A., Lagog M, Siba P., Morroll S., Falcone F.H. Chitotriosidase deficiency is not associated with human hookworm infection in a Papua New Guinean population // Infect. Genet. Evol., 2007. Vol. 7. N 6. P. 743-747. Hise A.G., Hazlett F.E., Bockarie M.J., Zimmerman P.A., Tisch D.J., Kazura J.W. Polymorphisms of innate immunity genes and susceptibility to lymphatic filariasis // Genes Immun., 2003. Vol. 4. N 7. P. 524-527. Hollak C.E., Maas M., Aerts J.M. Clinically relevant therapeutic endpoints in type I Gaucher disease // J. Inherit. Metab. Dis., 2001. Vol. 24 Suppl 2. P. 97105. Kasprzewska A. Plant chitinases—regulation and function // Cell Mol. Biol. Lett., 2003. Vol. 8. N 3. P. 809-824. Labadaridis I., Dimitriou E., Theodorakis M., Kafalidis G., Velegraki A., Michelakakis H. Chitotriosidase in neonates with fungal and bacterial infections // Arch. Dis. Child Fetal Neonatal Ed., 2005. Vol. 90. N 6. P. F531-F532. Lee P., Waalen J., Crain K., Smargon A, Beutler E. Human chitotriosidase polymorphisms G354R and A442V associated with reduced enzyme activity // Blood Cells Mol. Dis., 2007. Vol. 39. N 3. P. 353-360. Malaguarnera L. Chitotriosidase: the yin and yang // Cell Mol. Life Sci., 2006. Vol. 63. N 24. P. 3018-3029. Malaguarnera L., Ohazuruike L.N., Tsianaka C, Antic T., Di Rosa M., Malaguarnera M. Human chitotriosidase polymorphism is associated with human longevity in Mediterranean nonagenarians and centenarians // J. Hum. Genet., 2010. Vol. 55. N 1. P. 8-12. Malaguarnera L., Rosa M.D., Zambito A.M., dell'Ombra N., Marco R.D., Malaguarnera M. Potential role of chitotriosidase gene in nonalcoholic fatty liver disease evolution // Am. J. Gastroenterol., 2006. Vol. 101. N 9. P. 2060-2069. Musumeci M., Malaguarnera L., Simpore J., Barone R., Whalen M., Musumeci S. Chitotriosidase activity in colostrum from African and Caucasian women // Clin. Chem. Lab. Med., 2005. Vol. 43. N 2. P. 198-201. Nei M., Tajima F., Tateno Y. Accuracy of estimated phylogenetic trees from molecular data. II. Gene frequency data // J. Mol. Evol., 1983. Vol. 19. N 2. P. 153-170. Ober C., Chupp G.L. The chitinase and chitinase-like proteins: a review of genetic and functional studies in asthma and immune-mediated diseases // Curr. Opin. Allergy Clin. Immunol., 2009. Vol. 9. N 5. P. 401-408. Pimenoff V.N., Comas D., Palo J.U., Vershubsky G, Kozlov A, Sajantila A. Northwest Siberian Khanty and Mansi in the junction of West and East Eurasian gene pools as revealed by uniparental markers // Eur. J. Hum. Genet., 2008. Vol. 16. N 10. P. 1254-1264. Piras I., Falchi A., Melis A., Ghiani M.E., Calo C.M., Varesi L., Vona G. 24 bp duplication of CHIT1 gene is not correlated with coronary artery disease in Corsica Island (France) // Exp. Mol. Pathol., 2007a. Vol. 83. N 3. P. 490-492. Piras I., Melis A, Ghiani M.E., Falchi A, Luiselli D, Moral P., VaresiL., Calo C.M., Vona G. Human CHIT1 gene distribution: new data from Mediterranean and European populations // J. Hum. Genet., 2007b. Vol. 52. N 2. P. 110-116. Renkema G.H., Boot R.G., Muijsers A.O., Donker-Koopman W.E., Aerts J.M. Purification and characterization of human chitotriosidase, a novel member of the chitinase family of proteins // J. Biol. Chem., 1995. Vol. 270. N 5. P. 2198-2202. Salzer P., Bonanomi A., Beyer K., Vogeli-Lange R., Aeschbacher R.A., Lange J., Wiemken A, Kim D., Cook
D.R., Boiler T. Differential expression of eight chitinase genes in Medicago truncatula roots during mycorrhiza formation, nodulation, and pathogen infection // Mol. Plant Microbe Interact., 2000. Vol. 13. N 7. P. 763-777. Shahabuddin M., Toyoshima T., Aikawa M., Kaslow D.C. Transmission-blocking activity of a chitinase inhibitor and activation of malarial parasite chitinase by mosquito protease // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 1993. Vol. 90. N 9. P. 4266-4270. van Eijk M., van Roomen C.P., Renkema G.H., BussinkA.P., Andrews L, Blommaart E.F., Sugar A, Verhoeven A.J., Boot R.G., Aerts J.M. Characterization of human phagocyte-derived chitotriosidase, a component of innate immunity // Int. Immunol., 2005. Vol. 17. N 11. P. 1505-1512. Vicencio A.G., Chupp G.L., Tsirilakis K., He X., Kessel A, Nandalike K., Veler H., Kipperman S., Young M.C.,
Goldman D.L. CHIT1 mutations: genetic risk factor for severe asthma with fungal sensitization? // Pediatrics, 2010. Vol. 126. N 4. P. e982-e985.
Wu A.C., Lasky-Su J., Rogers C.A., Klanderman B.J., Litonjua A.A. Fungal exposure modulates the effect of polymorphisms of chitinases on emergency department visits and hospitalizations // Am. J. Respir. Crit Care Med., 2010. Vol. 182. N 7. P. 884-889.
Контактная информация:
Макаров Сергей Вячеславович: e-mail: ecolab@med-gen.ru; Карапетян Марина Кареновна: e-mail: marishkakar@hotmail.com; Балинова Наталья Валерьевна: e-mail: ecolab@med-gen.ru; Бец Лариса Валериановна: e-mail: larisa-bez@yandex.ru; Спицын Виктор Алексеевич: e-mail: ecolab@med-gen.ru.
INDEL-POLYMORPHISM OF THE CHITOTRIOSIDASE GENE (CHIT1) IN FOUR ETHNIC GROUPS OF RUSSIA
S.V. Makarov1, M.K. Karapetian1-2, N.V. Balinova3, L.V. Betz2, V.A. Spitsyn1
Research Centre for Medical Genetics of Russian Academy of Medical Sciences, Moscow 2Lomonosov Moscow State University, Department of anthropology, Moscow institute of ethnology and anthropology of the Russian Academy of Sciences, Moscow
In the last decade of the 20th century an enzyme with chitinolytic activity was found in human blood plasma. It was named chitotriosidase fCHIT1) and has an important value for human innate immunity. This is a non-specific product synthesized by activated macrophages. Also, it presumably helps to combat chitin-containing agents. In human, highly increased chitotriosidase production (up to hundred folds) is associated with parasite invasion, infection, several genetic disorders (lysosomal storage diseases, Gaucher disease), cardiovascular diseases. CHIT1 gene shows variations in its nucleotide sequence, the widespread one is a 24bp duplication in exon 10. This mutation leads to abnormally spliced mRNA and inactivation of the enzyme catalytic centre. It was hypothesized that individuals, homozygous for the mutant allele, are more susceptible to chitin-containing pathogen invasion. It is known that minimum frequency of the duplication is observed in groups of African descent, in Caucasian groups it demonstrates intermediate values, while maximum values are observed for Asians.
Because of its clinical significance and possible role in malaria, human chitotriosidase received quite a lot of attention from researchers. Thus, the study of CHIT1 gene is of medical and anthropological interest. This work is aimed at studying CHIT1 gene distribution among different populations of Russian Federation, perform a comparative analysis with data for other human populations and determine their relationship using genetic distance method.
Blood samples of the Kalmyks (n=149), Nenets (n=85), Khanty (n=139) and Russians (n=106) were genotyped for the 24bp-indel-polymorphism (rs3831317) in CHIT1 gene. Frequency distributions of alleles and genotypes are presented. Genotype frequencies for Kalmyks were determined as TT - 23.5%, TH -54.4%, HH - 22.1%; for Nenets - TT - 16.5%, TH - 49.4%, HH - 34.1%; for Khanty - TT - 36%, TH - 48.2%, HH - 15.8; and for Russians - TT - 68.9%, TH - 30.2%, HH - 0.9%. Allele frequencies in populations are compared to those taken from literature sources for other populations.
As a result, the relative positions of studied populations were determined among other world populations. The CHIT1 polymorphism genotyping appears to be an effective tool for ethnic anthropology.
Keywords: ethnic anthropology, genetic polymorphism, human chitotriosidase, 24-b.p.-duplcation, allele frequencies, human population genetics, phylogenesis
