CC BY
93
Обзор
Локус генетической предрасположенности к диабету 1 типа (Сообщение 1)
Д.А. Чистяков, И.И. Дедов
Государственный научный центр РФ «ГосНИИ генетика» Г;
(дир.-член-корр. РАН В.Г. Дебабов), к Эндокринологический научный центр Р (дир.-акад. РАМН И.И. Дедов) РАМН, Москва И.
Инсулинзависимый сахарный диабет (ИЗСД) является мультифакторным заболеванием, характеризующимся специфическим аутоиммунным разрушением (3-клеток Лан-герганса поджелудочной железы. Предрасположенность к ИЗСД обусловлена как генетическими факторами, так и условиями окружающей среды [44]; анализ близнецов в семьях больных диабетом показал, что вклад генетического компонента в риск развития ИЗСД составляет лишь 36% [31], что свидетельствует о важной роли внешних факторов.
Широкомасштабное сканирование генома человека с использованием панели высокополиморфных динуклеотидных микросателлитных маркеров, более или менее равномерно расположенных по всей геномной ДНК, выявило 12 локусов предрасположенности к ИЗСД на разных хромосомах [45]. Среди них наиболее важным является локус ЮОМ1, определяющий 35% семейной кластеризации ИЗСД и обладающий наивысшими значениями (т.е. отношения риска развития заболевания у потомков больных ИЗСД к уровню общепопуляционного риска) среди прочих локусов предрасположенности [11].
Локус предрасположенности ЮОМ1 находится на хромосоме 6р21 и занимает область размером до 20 сантиморганид. По сравнению с другими локу-сами предрасположенности ЮОМ1 обладает максимальными значениями колеблющимися в различных популяциях европеоидов от 1,7 до 4,2 [11].
Локус ЮОМ1 отождествляется с генами главного комплекса гистосовместимости класса II. Молекулы класса II экспрессируются так называемыми клетками, представляющими антигены, и участвуют в связывании и экспонировании на поверхности макрофагов процессированных фрагментов различных антигенов. В дальнейшем через посредство Т-кле-точного рецептора происходит распознавание антигенов и инициируется иммунный ответ. Гены класса II также связаны с запуском аутоиммунных процессов при ИЗСД.
Связь между генами Н1,А и ИЗСД подтверждается результатами популяционных исследований и семейного анализа. Популяционные исследования выявляют подобную связь как достоверно более высокую встречаемость определенных аллельных вариантов (генетических маркеров риска) у больных по сравнению со здоровыми индивидами. Анализ семей больных диабетом обнаруживает достоверно более высокое содержание предрасполагающих комбинаций молекул НЬА класса II у близнецовых пар по сравнению с тем, что ожидается при случайной сегрегации.
Локусы предрасположенности к ИЗСД были сначала определены как гаплотипы ОЯЗ и ОЯ4 серологическими методами. Позднее с появлением таких молекулярно-генетических подходов, как полиморфизм длины рестрикционных фрагментов (ПДРФ) и генотипирование с использованием олигонуклео-тидных зондов, специфических к определенным последовательностям, было подтверждено, что локус Н1-А-О0 является наиболее вероятным кандидатом на связь с диабетом [51].
У больных ИЗСД наряду с повышенным содержанием ОЯЗ и ОЯ4 отмечено снижение частоты встречаемости антигенов 0\у2/0Я2 и В7, что позволило говорить о них как о факторах, предохраняющих от раннего развития диабета [25]. Действительно, в популяциях Северной Европы эти маркеры оказывают защитный эффект, но в ряде средиземноморских популяций защитную роль играет присутствие не 01^2, а ОЯ5. Оказалось, что в этих популяциях распределение подтипов ОЯ2 носит различный характер. Так, в Южной Европе один из подтипов ЭЯ2 (ЭЯ 16) ассоциирован с аллелем 005, тогда как на севере континента другой подтип ОЯ2 (ОИЛ5) специфически связан с 006, а гапло-тип ОЯ2 (15)-О06 предохраняет от ИЗСД [36]. Результаты данных исследований подтверждают центральную роль генов 00 в обеспечении генетического риска развития ИЗСД.
Обзор
Сахарный диабет
Молекулы гетеродимеров, образуемых а- и (З-це-пями, которые кодируются генами О0А1 и О0В1, играют важную роль в обеспечении генетической предрасположенности к ИЗСД. Для генов НЬА-О0А1 и О0В1 характерен полиморфизм, выражающийся в существовании множественных аллельных вариантов вследствие вариабельности нуклеотидной последовательности 2-го экзона данных генов. Так, к настоящему моменту известно не менее 19 аллелей гена О0А1 и 35 аллелей гена О0В1 [1]. Интерес к полиморфизму ОО (3-цепи возник с появлением гипотезы о важной роли 57-го аминокислотного остатка в обеспечении защитной роли к ИЗСД. Эта гипотеза была подтверждена данными о различной роли в обеспечении риска развития ИЗСД (3-цепей, несущих в 57-м положении либо аспарагиновую кислоту (Асп57), либо иной аминокислотный остаток [46].
В предрасположенность к ИЗСД важный вклад вносит также и полиморфизм а-цепи, основанный на наличии или отсутствии в 52-м положении аргинина (Арг52) [21]. Генетическая роль ОО а-цепи выяснена в исследованиях популяций, относящихся к различным расам. Разную роль в предрасположенности к диабету 1 типа двух наиболее общих для европеоидов гаплотипов 002 (предрасполагающий ОЯЗ-О02 и нейтральный ОЯ7-О02) можно объяснить различиями в строении а-цепи: гаплотипам ОЯЗ соответствует аллель ООА1*0501, а гаплотипам ОЯ7 - аллель ООА1*0201. В отличие от европеоидов у негроидов гаплотип ОЯ7-О02 связан с риском развития ИЗСД и данному гаплотипу соответствует иной, чем у белой расы, вариант а-цепи (аллель ООА1*0301) [19].
Белковые продукты генов О0А1 и О0В1 (а- и 13-цепи) вступают друг с другом во взаимодействие, образуя гетеродимеры. Если гетеродимер образован продуктами генов, расположенных на разных родительских хромосомах, то говорят о транс-комбинации а- и (3-цепей (транс-гетеродимер); продукты генов, находящихся на одних и тех же хромосомах родителей, вступают в цис-взаимодействие. Так, гетеродимер, образованный продуктами аллелей ООА 1*0301 и ОО В 1*0201, может быть обнаружен у европеоидов как транс-гетеродимер. Такой транс-гетеродимер может образовываться у носителей 002/8 (генотип О0А1 *0501 - О0В1 *0201 /О0А1 *0301 -
ООВ 1*0302), обладающих максимальным риском развития ИЗСД.
Гетеродимеры, кодируемые генами в транс-положении, могут образовывать комбинации, уникальные для гетерозиготных индивидов. Показана принципиальная розможность образования таких транс-гетеродимерных молекул О0 [23], что частично объясняет повышенный риск ИЗСД, связанный с опре-
деленными гетерозиготными вариантами генотипов. Другим примером предрасполагающей комбинации аллелей НЬА-ОО является гетеродимер О0А1 *0301 -ООВ 1*0401, образуемый продуктами генов либо в цис-, либо в транс-положении. Этот гетеродимер характерен для гаплотипов ОЯ4-О04, специфически встречающихся у японцев, но он также обнаружен и у европеоидов (гетерозиготы ОЯ4-О03/ОЯ8-004) [38, 39].
Гипотеза о важнейшей роли гетеродимеров НЕА-00 в обеспечении генетического риска развития ИЗСД согласуется с синергическим эффектом присутствия двух разных предрасполагающих гаплотипов в гетерозиготах. Генетический риск развития диабета зависит от числа «диабетогенных» гетеродимеров (а-Арг52+/(3-Асп57-), образуемых каждым генотипом, и увеличивается с возрастанием их доли в генотипе («дозовый эффект») [2, 22]. В таблице приведен список вариантов гетеродимеров, кодируемых генами в цис- или транс-положении и обеспечивающих либо предрасположенность, либо устойчивость к диабету 1-го типа.
Важная роль молекул класса 11 в обеспечении предрасположенности/устойчивости к любой аутоиммунной болезни, включая и ИЗСД, объясняется функцией этих молекул. Специфический иммунный ответ инициируется, когда Т(С04+)-лимфоцит узнает процессированный фрагмент антитела (пептид), связанный с молекулой класса II. Сила сродства между разнообразными молекулами класса II и гипотетическими диабетогенными пептидами должна определять “отбой” либо запуск механизмов диабетической аутоиммунности [29].
Помимо генов НЕА-О0, в предрасположенность к ИЗСД могут вовлекаться и другие гены главного комплекса гистосовместимости (см. рисунок). Из-за сильного неравновесия по сцеплению трудно оценить вклад каждого отдельного гена. Тем не менее, для крайне полиморфных генов ОЯВ1, относящихся к классу II и содержащих 198 аллелей, четко охарактеризованы аллели предрасположенности и устойчивости к ИЗСД. У европеоидов к диабету предрасполагают аллели *04 и *17(03), тогда как в азиатских популяциях подобная роль описана лишь для аллелей *04. Защитное действие оказывают аллели 01*В1*07, *11 и *15 [7, 39].
Полиморфизм генов главного комплекса гистосовместимости класса III также может быть связан с предрасположенностью к диабету 1 типа. Эти гены кодируют компоненты С2 и С4 комплемента и пропердиновый фактор В. Так, в гаплотипе А1, В8, 0113, 002, ассоциированном с повышенным риском развития ИЗСД, обнаружен аллель С4А0пи^. В южных регионах Европы более ранний возраст дебюта заболевания связан с иным вари-
Сахарный лиабет I
Осйор
Комбинации молекул НІА-ОО, отвечающие за предрасположенность/ устойчивость к ИЗСД
Комбинации Н1.А-00 Популяционная специфичность Гаплотипы Кодируются генами в положении
П редрасполагающие:
А1*0301 ВТ *0302 01*4-0(28 цис
АТ *0501 В1*0201 01*3-002 цис
А1*0501 В1*0302 01*4-008/01*3-0(32 транс
А1*0301 В1 *0201 01*4-008/01*3-002 транс
А1*0301 В1 *0201 Негроиды 01*7-002 і цис
А1 *0301 В1 *0402 01*4-008/01*8-004 транс
А1 *0301 В1 *0401 Японцы 01*4-004 цис
А1*0301 В1 *0303 Японцы 01*9-009 цис
Предохраняющие:
А1*0102 В1 *0602 01*2-006 цис
А1*0103 В1 *0603 01*13-006 цис
А1 *0301 В1 *0301 01*4-007 цис
А1 *0501 В1*0301 01*5-007 цис
ласти охарактеризованы несколько новых генов, названных генами РЕЯВ, но их роль в развитии патологии до сих пор не ясна [15, 27]. Для находящегося по соседству гена фактора некроза опухоли (ТЫ Ра) также описан полиморфизм, специфический к определенным гаплотипам и связанный с уровнем синтеза ТЫГа и, как следствие, с продукцией интерлейкина-1 (1Е-1). Предложенная ранее модель о влиянии усиленного синтеза этих цитоки-нов на предрасположенность к ИЗСД не подтвердилась, так как не было показано какой-либо независимой связи полиморфизма гена ТЫЕа с диабетом [30, 34].
Гены НЕА-ОР располагаются ближе к центромере, чем гены НЕА-ОО, и, по-видимому, не являются факторами риска развития заболевания [18]. Между локусами ОО и ОР отсутствует какое-либо заметное неравновесие по сцеплению. Между этими, локусами находятся гены белков, участвующих во внутриклеточном транспорте антигенных пептидов (гены ТАР1 и 2) и в цитоплазматическом процессинге пептидов (гены ЕМР2 и 7). Выдвинута гипотеза о важности этих генов в патогенезе ИЗСД. Продукты аллелей ТАР и специфические молекулы класса I могут образовывать функционально важные комплексы, ответственные за транспорт эндогенных пептидов, связанных с молекулами класса 1. Аллели генов класса I и локуса ТАР находятся в неравновесии по сцеплению с аллелями локуса НЕА-00 [14]. Однако достоверные различия в распределении ал-
хромосома 6 НІ.А
____НЬА-РР! _ _____Ш.А-00_________________Н1.А-01*
Строение области хромосомы 6, содержащей гены главного комплекса гистосовместимости.
антом гаплотипа 0113, 002, который ассоциирован с АЗО, В18 и В1Т1 [50]. В Северной .Европе данный вариант мало распространен, однако наиболее часто встречаемый гаплотип А2, В15, С\уЗ, ОИ4 содержит аллель С4ВЗ, в свою очередь являющийся редким в других гаплотипах. Этот гаплотип также связан с наивысшим риском развития заболевания [32].
Выдвинуто предположение о том, что область генов главнф’о комлекса гистосовместимости между локусами ВАТ1 и НЕА-В содержит гены, играющие важную роль в развитии ИЗСД [12]. Внутри этой об-
Обзор
Сахарный диабет
лелей локуса ТАР у больных ИЗСД и у здоровых индивидов могут возникать также и по причине известного сцепления между локусом ОО и предрасположенностью к ИЗСД [24]. Комбинация аллелей ТАР2*0201 и РОВ 1*0602 проявляет защитный эффект по отношению к ИЗСД, но при этом между локусами НЕА-О0 и ТАР не обнаружено неравновесия по сцеплению [8].
Между генами ТАР и локусом О0А1 находятся гены (О0А2, О0В2, ООВ и др.), продукты экспрессии которых не обнаружены. Для многих из них описан полиморфизм [43, 49]. ПДРФ/Тая1 гена Э0А2 проверен на связь с ИЗСД и установлено его независимое влияние на предрасположенность к заболеванию [17]. Однако сильное неравновесие по сцеплению между генами Р0А2 и О0В1 затрудняет проведение сравнительного анализа [35]. ПДРФ/В§111 гена О0А2 также, по-видимому, характеризует гаплотипы В8-ОРЗ, ассоциированные с диабетом 1 типа [10]. Анализ редко встречающихся гаплотипов □ Я15(2)-00*0602 у больных ИЗСД показал различия в распределении аллелей ПДРФ гена О0А2 по сравнению со здоровыми людьми, что подтверждает важность центромерных факторов в обеспечении защитной роли данного гаплотипа [36].
Эксперименты на линиях клеток, дефицитных по генам главного комплекса гистосовместимости, показали, что презентация цитоплазматических антигенов молекулами класса II зависит по меньшей мере от продуктов экспрессии еще одного локуса, находящегося среди генов главного комплекса гистосовместимости класса II. Этот локус не отождествляется с генами ТАР, 1.МР1 и 1,МР7 [26]. Позднее было показано, что упомянутая клеточная функция может быть приписана продуктам локуса ЭМ [28]. Белковые продукты этого гена содержат потенциальный участок связывания антигена, характерный для молекул класса II, однако известные полиморфные области гена ОМ в отличие от генов НЬА-О0 не расположены в зонах, ответственных за формирование данного участка связывания [9, 40].
Помимо полиморфизма кодирующих областей
различных генов, полиморфные участки регуляторных областей также могут быть связаны с предрасположенностью к заболеванию [5, 33, 411. Данная связь может быть опосредована разными уровнями экспрессии отдельных аллелей либо различиями в последовательности участков связывания регуляторных белков, ведущих к изменению сродства этих участков к связываемым белкам [42].
В заключение хотелось бы отметить, что гены НЬА вовлечены не только в развитие диабета 1-го типа. Отмечена их связь с инсулиннезависимым (ИНСД) диабетом (тип 2). По всей видимости, в популяциях европеоидов с максимальным риском ИНСД связаны лишь молекулярные варианты Э0 а-цепей Арг52+/Арг52+, в отличие от ИЗСД, в предрасположенность к которому важный вклад вносят и продукты гена О0В1 [16]. У белых американцев также отмечена предрасполагающая роль к диабету 2-го типа генотипа НЬА-ОЯ4 [37]. У коренных новозеландцев (маори) высокий риск ИНСД ассоциирован с антигенами группы НЬА-В40 (гены класса I) , но не с генами класса II [13]. У негров США, больных ИНСД и резистентных к инсулину, показано достоверно более высокое содержание серологически выявляемых фенотипов НЬА-О0\¥6, АЗЗ, ОЯ2, ОЯ9 и ВГ-8 по сравнению с контролем [4, 6]. Связь между генами НЬА класса II и ИНСД показана и в русской популяции, хотя она и менее выражена, чем при диабете 1-го типа [2].
Генетические исследования свидетельствуют о наличии НЬА-детерминант, общих для обоих типов диабета [2, 48]. Однако гены НЬА скорее участвуют в развитии не классического диабета типа 2, а одной из его форм, связанной с вяло текущим аутоиммунным процессом и наличием противоостровковых антител [47]. Такой диабет, на первый взгляд диагностируемый как типичный ИНСД, обладает многими иммунологическими и клиническими свойствами ИНСД и занимает как бы промежуточное положение между классическим диабетом 1-го и 2-го типов. Поэтому такую форму заболевания называют «диабетом 1 1/2» [20].
Сахарный лиабет
COiVO
Литература
1. Алексеев Л. П., Дедов И.И., Зилов А.В. и др. // Сахар, диабет. -1998.-No. 1,-С. 19-21.
2. Демуров Л.М., Чистяков Д.А., Кондратьев Я.Ю. и др. // Мол. биол. -1998.-Т. 32.-С. 964-969.
3. Овчинников И.В., Гаврило в Д. К., Носиков В.В., Дебабов В.Г. // Мол. биол. - 1991. - Т. 25. - С. 1266 - 1271.
4. Acton R.T., Roseman J.M., Bell D.S. // Diabetes Care. - 1994. - Vol. 1 7.
P. 1491 -1494.
5. Andersen L.C., Beaty J.C., Nettles J.W. et al. // J. Exp. Med. - 1991. -Vol. 173. - P. 181 - 192.
6. Banerji M.A., Nor/n A.J., Chaiken R.L., Lebovitz H.E. // Diabetes Care. -1993.-Vol. 16. - P. 429 -433.
7. Bodmer J.G., March S.C., Albert E.D. et al. // Eur. J. Immunogenet. -1997.-Vol. 24.-P. 105- 151.
8. Cailat-Zucman S., Bertin E., Timsit J. et al. // Eur. J. Immunol. - 1993. -Vol. 23.-P. 1784- 1788.
9. Carrington М., Harding A. // Immunogenetics. - 1994. - Vol. 40. - P.
165.
10. Cavan D.A., Kelly M.A., Jacobs K.H. et al. // Autoimmunity. - 1 994. -Vol. 17. -P. 123-125
1 1. Davies J.L., Kawaguchi Y., Bennett S.T. et al. // Nature. - 1 994. - Vol. 371. - P.130 - 136.
12. Degli-Esporti M.A., Abraham L.J., Mccann V. // Immunogenetics. -1992. - Vol. 36. - P. 345 - 356.
13. Dittmer I., Woodfield G., Simpson I. // N. Z. Med . J. - 1 998 - Vol. 111. - P. 294 - 296.
14. Faustman D., Li X.P., Lin H.Y. et al. // Science. - 1991. - Vol. 254. - P. 1756 -1761.
15. Gaudieri S., Leelayuwat S.,Townent D.C. et al. // J. Mol. Evol. - 1997. -Vol. 44. - Suppl. l.-P. S147-S154.
16. Ghabanbasani M.Z., Spaepen М., Buyse I. // Clin. Genet. - 1 995. -Vol. 47. - P.225 -230.
17. Hitman G.A., Niven M.J., Festenstein H. et al. // J. Clin. Invest. - 1 987. -Vol. 79.-P. 609- 615.
1 8. Jackson D.G., Capra J.D. // Proc. natl. Acad. Sci. USA. - 1 993. - Vol.
90.-P. 11079- 11083.
19. Jenkins D., Mijovic C., Fletcher J. et al. // Diabetologia. - 1 990. - Vol. 33.-P. 387-395.
20. June/a R., Palmer J.P. // Autoimmunity. - 1 999. - Vol. 29. - P. 65-83.
21. Khalil I., D'Auriol L, Go bet M. et al. // J. Clin. Invest. - 1990. - Vol. 85. -P. 1315 - 1319.
22. Khalil I., Deschamps I., Lepage V. et al. // Diabetes. - 1 992. - Vol. 41. -P. 378 - 384.
23. Kwok W.W., Gemayet N.S., Deapen D. et al. // Diabetes. - 1 993. -Vol. 42. - P. 1351 - 1363.
24. Lofti М., Sasry A., Ye Mv Vandermeulen J. et al. // Immunol. Lett. -1994. - Vol. 41. - P. 201-204.
25. Ludwig H., Scherthaner G., Mayr W.R. // N. Engl. J. Med. - 1 976. -Vol. 294.-P. 1066.
26. Maltani M.S., Ceman S., Weston M. et al. // J. Immunol. - 1 993. - Vol. 151.-P. 6751 -6756.
27. Marshall B., Leelayuwat C., Degli-Esporti M.A. // Hum. Immunol. -
1993.-Vol. 38. -P. 24-29.
28. Morris P., Shaman J., Attaya M. et al. // Nature. - 1994. - Vol. 368. - P. 551 -554.
29. Nepom G.T. // Diabetes. - 1990. - V. 39. - P. 1 153 - 1157.
30. NerupJ., Mandrup-Poulsen T., MolvigJ. // Diab. Metab. Rev. - 1987. -Vol. 3. - P. 779 - 802.
31. O/mos P., A'Hern N., Heaton D.A. et al. // Diabetologia. - 1 988. - Vol. 31.-P. 747-750.
32. Partanen J., Kos/c/mies S., Ilonen J. // Tissue Antigens. - 1 986. - Vol. 27. -P. 291 -297.
33. Perfetto C., Zacheis M., McDaid D. et al. // Hum. Immunol. - 1 993. -Vol. 36. - P. 27 - 33.
34. Pociot F., Wilson A.G., Nerup J., Duff G.W. // Eur. J. Immunol. - 1 993. -Vol. 23,-P. 3050-3053.
35. Ratanachaiyavong S., BidwellJ.L., Bidwell E.A. Me Gregor A.M. // Hum. Immunol. - 1 991. - Vol. 30. - P. 136 - 139.
36. Reiionen H., Ilonen J., Akerblom H.K. et al. // Tissue Antigens. - 1 994. -Vol. 43. - P. 1 - 6.
37. Rich S.S., French L.R., Sprafka J.M. et al. // Diabetologia.- 1 993. - Vol. 36. P. 234-238.
38. Ronningen K.S., Gjertsen H.A., Iwe T. et al. // Diabetes. - 1991. - Vol. 40. P. 759 - 763.
39. Ronningen K.S. // In: HLA 1 991. (Eds.: Tsuji K., Aizawa M., Sasazuki T.). Oxford University Press, Oxford. - 1992. - P. 713 - 722.
40. Sanderson F, Pow/s S.H., Kelly A.P., TrowdaleJ. // Immunogenetics. -
1994.-Vol. 39.-P. 56-58.
41. Singal D.P., Qui X., D'Souza M., Sood S.K. // Immunogenetics. - 1993. -Vol. 37.-P. 143- 147.
42. Sukiennicki T.L., Shewey L.M., Nepom G.T. // Immunol. Res. -1993. - V. 12. - P. 317 - 329.
43. 77/an/s M.G.J., Vaneggermond M.C.J.A., Fei H. // Tissue Antigens. -1987.-Vol. 30.-P. 128 - 134.
44. Todd J.A. I/ Diabetic Med. - 1 994. - Vol. 1 1. - P. 6 - 1 6.
45. Todd J.A. U Proc. Natl. Acad. Sci. USA. - 1995. - Vol. 92. - P. 8650 -8655.
46. ToddJ.A., Bell J.L., McDevitt H.O. // Nature. - 1 987. - Vol. 329. - P. 599- 604.
47. Tuomi T., Carlsson A., Li H. et al. // Diabetes. - 1 999. - Vol. 48. - P. 150 - 157.
48. Tuomilehto-Wolf E., Tuomilehto J., Hitman G.A. // British Med. J. -1993.-Vol. 307.-P. 155 - 159.
49. van Eldert P.M., Lopez M.T. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA.- 1 992. - Vol. 89. - P. 11594 - 11597.
50. Vicario J.L., Martinez-laso J., Corell A. // Diabetologia. - 1 992. - Vol. 35. - P. 475 - 481.
51. Wassmufh R., Lernmark A. // 1 989. - Vol. 53. - P. 358 - 399.
