CC BY
11
_БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ / BIOLOGY_
DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2019.79.1.020
ОСОБЕННОСТИ МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЭРИТРОЦИТОВ У ЗДОРОВЫХ ДЕВУШЕК С РАЗНЫМИ ГЕНОТИПАМИ I/D ПОЛИМОРФИЗМА ГЕНА АНГИОТЕНЗИН-
ПРЕВРАЩАЮЩЕГО ФЕРМЕНТА
Научная статья
Антипина Т.В.1' *, Галимьянова Л.К.2, Хажиева Е.А.3, Шамратова В.Г.4
1, 2, 3, 4 Башкирский государственный университет, Уфа, Россия
* Корреспондирующий автор (antipina-tania[at]mail.ru)
Аннотация
Изучены особенности количественных и морфофункциональных характеристик эритроцитов, а также их взаимосвязей у обладателей разных генотипов инсерционно-делеционного J/D полиморфизма гена ангиотензин-превращающего фермента (АПФ). Установлены генотипические различия размеров эритроцитов, их наполненности гемоглобином, а также осмотической резистентности. При наличии в генотипе аллели J продемонстрирована связь между численностью эритроцитов, гематокритом, при генотипе JJ - содержанием гемоглобина и устойчивостью мембран эритроцитов.
Ключевые слова: ангиотензин-превращающий фермент, гемоглобин, гематокрит, осмотическая резистентность.
MAIN FEATURES OF MORPHOLOGICAL AND FUNCTIONAL PARAMETERS OF ERYTHROCYTES IN HEALTHY GIRLS WITH DIFFERENT I/D GENOTYPES OF GENE POLYMORPHISM OF ANGIOTENSIN-
CONVERTING ENZYME Research article
Antipina T.V.1' *, Galimyanova L.K.2, Khazhieva E.A.3, Shamratova V.G.4
u 2, 3, 4 Bashkir State University, Ufa, Russia
* Корреспондирующий автор (antipina-tania[at]mail.ru)
Abstract
The main features of the quantitative morphological and functional characteristics of erythrocytes, as well as their relationships among the owners of different genotypes of the insertion-deletion J/D polymorphism gene of the angiotensin-converting enzyme (ACE), were studied. Genotypic differences in the size of erythrocytes, their fullness with hemoglobin, and osmotic resistance are established. In the presence of the J allele in the genotype, a connection was demonstrated between the number of erythrocytes, hematocrit with the JJ genotype, hemoglobin content and the stability of erythrocyte membranes.
Key words: angiotensin-converting enzyme, hemoglobin, hematocrit, osmotic resistance.
Ген ангиотензин-превращающего фермента (АПФ) является важным физиологическим регулятором артериального давления и водно-солевого обмена. J/D полиморфизм гена АПФ влияет на метаболизм и гипертрофию скелетной мускулатуры в ответ на физические упражнения [5, С. 26], [1, C. 170]. АПФ отвечает за регулирование воспалительных реакций, эритропоэз и насыщение тканей кислородом [10, C. 22], [9, C. 79]. I аллель гена АПФ определяет оптимальный сосудистый тонус, преобладание медленных мышечных волокон, позволяет переносить кислородную недостаточность. Установленные многочисленными исследованиями связи J/D полиморфизма гена АПФ с различными показателями кардиореспираторной системы организма и спортивной успешностью свидетельствуют о вовлечении данных генов в регуляцию кислородтранспортной системы организма. Так, выносливость у лиц с аллелью I может быть связанна с увеличением кровотока в мышцах и энергетических ресурсов, повышенным транспортом кислорода, а также повышенным содержанием миоглобина в мышцах [3, C. 38], [2, C.88]. У юношей установлено влияние I/D полиморфизма гена АПФ на средний объем эритроцитов крови, однако оно проявляется только при высокой двигательной активности и не обнаруживается у физически малоактивных юношей. Этот факт расценивается как фактор адаптации организма к интенсивным двигательным нагрузкам в зависимости от состояния сосудистого тонуса у обладателей разных генотипов [7, C. 77], [8, C. 78]. Поскольку параметры красной крови имеют четко выраженные гендерные различия, цель настоящей работы заключается в изучении связей функционального состояния эритроцитарного звена крови с генотипическими особенностями девушек.
У 200 здоровых девушек - студенток в возрасте 18 - 22 лет забиралась венозная кровь, которая использовалась для изучения морфофункциональных характеристик эритроцитов и для методики генотипирования. Количество эритроцитов (RBC), содержание гемоглобина (Hb), средний объем эритроцитов (MCV), среднее содержание Hb в отдельном эритроците (MCH), среднюю концентрацию Hb в клетке (MCHC) определяли с помощью автоматического анализатора «Mindray BC-3600» производства «Mindray» (Китай). Осмотическую резистентность эритроцитов (ОРЭ) изучали путем определения оптической плотности растворов гемоглобина после разрушения эритроцитов в серии гипотонических растворов хлорида натрия в понижающейся концентрации от 0,8% до 0,1% [4, C. 67], [6, C. 15]. Процент гемолиза эритроцитов (X) вычисляли при различных разведениях хлорида натрия по формуле: X=(E0 /Emax)100, где Е0 - экстинкция исследуемой пробы, Emax - экстинкция, соответствующая 100% гемолизу, X -процент гемолиза. По результатам осмотического гемолиза строили эритрограммы и определяли значения концентрации NaCl, при которой разрушалось 50% (ОРЭ50) эритроцитов.
Полиморфизм генов изучали в лаборатории кафедры генетики БГПУ им. Акмуллы. Амплификация проводилась с помощью ПЦР на термоциклере «Терцик» производства компании «ДНК технология». Для этого использовалась реакционная смесь объемом 20 мкл, содержащая 1,5 мкл буфера (50 мМтрис-НО, рН = 8,8; 15 мМ (NH4)2SO4; 5 мМ МgCI2; 0,01% твин - 20; 0,01% желатина); 0,1 мкл геномной ДНК; смесь dNTP (по 200 мкл каждого), 1 единицу Taq ДНК-полимеразы Termus aquaticus (производства фирмы «^илекс», г. Москва) и по 10 пМ каждого из локус-специфичных олигонуклеотидных праймеров с определенной концентрацией в зависимости от амплифицируемого локуса.
Связи между параметрами эритроцитов изучали методом факторного анализа.
Результаты исследования
В соответствие с генотипической принадлежностью были сформированы три группы: лица, обладающие генотипом DD (80 человек), JD (92 человека) и JJ (28 человек). В среднем все учтенные показатели в трех группах обследованных девушек колебались в границах нормы. На рис. 1 представлена гистограмма, отражающая варьирование общего содержания гемоглобина в группах обследованных.
Рис. 1 - Содержание гемоглобина в крови девушек с разными генотипами J/D полиморфизма гена АПФ
Согласно проведенному исследованию, у обладателей генотипа DD концентрация гемоглобина ниже, чем у носителей аллеля J (ГО и JJ), причем отличие достоверно по сравнению c генотипом JD. Общая численность эритроцитов в периферической крови и их общий объем (гематокрит) не имели генотипических особенностей.
Изучение индивидуальных характеристик эритроцитов показало наличие значимых генотипических различий по объему отдельных клеток, содержанию в них гемоглобина, насыщенности клеток гемоглобином и величине анизоцитоза. На рис. 2 представлены размеры эритроцитов в группах обследованных девушек. Видно, что у носителей генотипа JJ объем эритроцитов ниже, чем у обладателей аллели D.
Рис. 2 - Средний объем эритроцитов в группе у девушек с разными генотипами J/D полиморфизма гена АПФ
Рис. 3 отражает концентрацию гемоглобина в отдельных эритроцитах. В противоположность объему клеток, их наполненность гемоглобином оказалась наиболее высокой у обладателей JJ генотипа. При сравнении среднего
содержания и средней концентрации гемоглобина выяснилось, что эти показатели достоверно выше в группе девушек с Л генотипом, чем у носителей ББ генотипа гена АПФ.
Рис. 3 - Средняя концентрация гемоглобина в эритроцитах в крови у девушек с разными генотипами Л/Б
полиморфизма гена АПФ
При гетерозиготном генотипе эритроциты имеют наиболее крупные размеры, а по содержанию и концентрации гемоглобина в отдельных клетках обладатели ЛБ генотипа занимают промежуточное положение.
Сравнение осмотической резистентности эритроцитов в отдельных группах девушек проводили по величинам ОРЭ50, что соответствует устойчивости основной популяции зрелых эритроцитов (рис.4).
Рис. 4 - Осмотическая резистентность эритроцитов (ОРЭ 50) с разными генотипами Л/Б полиморфизма гена АПФ
Видно, что наименьшей устойчивостью эритроцитов отличаются обладатели генотипа ББ. Выяснилось, что в этой группе резистентность популяции зрелых эритроцитов достоверно ниже, чем у носителей аллелей Л (ЛБ и ЛЛ). Что касается обладателей аллели Л, то между ними не выявлено достоверных отличий показателей устойчивости эритроцитов.
Изучение взаимосвязей между учтенными параметрами крови у носителей разных генотипов проводилось методом факторного анализа. По матрицам данных обследованных девушек было выделено по два фактора, совместно описывающих 81%, 82% и 97%, соответственно при генотипах ББ, ЛБ и ЛЛ (табл.).
Таблица 1 - Факторная структура показателей красной крови и осмотической резистентности эритроцитов девушек с _разными генотипами_
Показатели Фактор 1 Фактор 2
генотипы DD JD JJ DD JD JJ
HGB 0,97 0,96 0,68
RBC 0,92 0,93
HCT 0,79 0,94 0,97
MCV 0,89 0,82 -0,77
MCH 0,87 0,97
MCHC 0,70 0,78
ОРЭ50 -0,78 -0,80
Дисперсия (%) 52 48 72 29 34 25
Примечание: указаны только достоверные корреляции переменных с фактором
Анализ факторных структур позволил обнаружить некоторые генотипические особенности. Так, при генотипе DD не выявляются, а у обладателей аллели J четко прослеживаются связи количественных параметров красной крови (RBC и HCT) с функциональными характеристиками эритроцитов (осмотическая резистентность). Согласно структуре доминирующего фактора (с емкостью 48% и 72%), как при генотипе JD, так и JJ увеличение общей численности эритроцитов и гематокрита сопровождается возрастанием их осмотической устойчивости (снижение концентрации соли, сопровождающееся их гемолизом). Возможно, повышенная резистентность основной популяции зрелых эритроцитов в кровеносном русле обеспечивает оптимальную для организма дыхательную поверхность красной крови. В то же время при носительстве JJ генотипа существенный вклад в дисперсию фактора вносит общая концентрация гемоглобина в крови и среднее содержание гемоглобина в эритроците: повышение HGB и MCH также сочетается с повышением устойчивости мембран эритроцитов к действию гемолитика.
Таким образом, у девушек - обладателей JJ генотипа гена АПФ средний объем эритроцитов ниже, а насыщенность гемоглобином и осмотическая резистентность выше, чем у носителей аллели D. Примечательно, что с осмотической устойчивостью эритроцитов взаимосвязаны не размеры отдельных клеток, а при наличии в генотипе аллели J -суммарные количественные (при генотипе JJ и качественные) параметры красной крови.
Конфликт интересов Conflict of Interest
Не указан. None declared.
Список литературы / References
1. Аристова И.К. К вопросу о использовании полиморфизма гена ангиотензин-превращающего фермента (АСЕ) для определения предрасположенности к разным видам спорта / И.К. Аристова // Научные ведомости. - 2013. - №11. -С. 170 - 172.
2. Ахметов И.И. Использование молекулярно-генетических методов для прогноза аэробных и анаэробных возможностей у спортсменов / И.И. Ахметов // Физиология человека. - 2008. - №3. С. 86 - 91.
3. Бондарева Э. А. Ассоциация четырех полиморфных генетических систем (АСЕ, EPAS, ACTN3 и NOS3) со спортивной успешностью в борьбе самбо / Э. А. Бондарева // Вестник московского университета . - 2010. - №1. - С. 36 - 45.
4. Василевская Н.Л. Методика определения резистентности эритроцитов / Н.Л. Василевская // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. - 1995. - №12. - С. 67-72.
5. Ведяков А.М. Анализ полиморфизма генов АСЕ и BDKRB2 у спортсменов / А.М. Ведяков // Вестник спортивной науки. - 2006. - №1. - С. 32 - 36.
6. Горшкова М.А. Модификация метода определения осмотической резистентности эритроцитов / М.А. Горшкова // Тверской медицинский журнал. - 2017. - №3. - С. 12 - 17.
7. Даутова А.З. Влияние полиморфизмов генов АСЕ и BDRRB2 на показатели кислородтранспортной системы организма юношей в зависимости от уровня двигательной активности / А.З. Даутова // Вестник Адыгейского государственного университета. Сер. Естественно-математические и технические науки. - 2018. - №2. - С. 70 - 78.
8. Попушой А.А. Генетическая предрасположенность женской части коренного населения крайнего севера к сердечно-сосудистой патологии /А.А. Попушой // Проблемы женского здоровья. - 2013. - №1. - С. 12 - 17.
9. Реброва Т.Ю. I/D полиморфизм гена ангиотензинпревращающего фермента у больных ИБС разного пола и возраста / Т.Ю. Реброва // Кардиогенетика. - 2014. - №10. - С. 77 - 81.
10. Dias R. G. A. Genetic polymorphisms determining of the physical performance in elite athletes / R. G. A. Dias, A.d.C. Pereira, C. E. Negrao et. al. // Rev Bras Med Esporte. - 2007. - Vol. 13. - P. 20 - 24.
Список литературы на английском языке / References in English
1. Aristova I.K. K voprosu o ispol'zovanii polimorfizma gena angiotenzin-prevrashhajushhego fermenta (ASE) dlja opredelenija predraspolozhennosti k raznym vidam sporta [On the use of polymorphism of the angiotensin-converting enzyme gene (ACE) for determining susceptibility to different sports] / I.K. Aristova // Nauchnye vedomosti [Scientific statements]. -2013. - №11. - P. 170 - 172.
2. Ahmetov I.I. Ispol'zovanie molekuljarno-geneticheskih metodov dlja prognoza ajerobnyh i anajerobnyh vozmozhnostej u sportsmenov [The use of molecular genetic methods for the prediction of aerobic and anaerobic abilities among athletes / I.I. Akhmetov] / I.I. Ahmetov // Fiziologija cheloveka [Human Physiology]. - 2008. - №3. - P. 86 - 91.
3. Bondareva Je. A. Associacija chetyreh polimorfnyh geneticheskih sistem (ASE, EPAS, ACTN3, NOS3) so sportivnoj uspeshnost'ju v bor'be sambo [Association of four polymorphic genetic systems (ACE, EPAS, ACTN3 and NOS3) with sports success in sambo wrestling] / Je. A. Bondareva // Vestnik moskovskogo universiteta [Moscow University Journal]. - 2010. -№1. - P. 36 - 45.
4. Vasilevskaja N.L. Metodika opredelenija rezistentnosti jeritrocitov [Method for determining erythrocyte resistance] / N.L. Vasilevskaja // Bjulleten' jeksperimental'noj biologii i mediciny [Journal of Experimental Biology and Medicine]. - 1995. - №12. - P. 67-72.
5. Vedjakov A.M. Analiz polimorfizma genov ASE, BDKRB2 u sportsmenov [Analysis of the polymorphism of the ACE and BDKRB2 genes in athletes] / A.M. Vedjakov // Vestnik sportivnoj nauki [Journal of Sports Science]. - 2006. - №1. - P.
32 - 36.
6. Gorshkova M.A. Modifikacija metoda opredelenija osmoticheskoj rezistentnosti jeritrocitov [Modification of the method for determining the osmotic resistance of erythrocytes] / M.A. Gorshkova // Tverskoj medicinskij zhurnal [Tver Medical Journal]. - 2017. - №3. - P. 12 - 17.
7. Dautova A.Z. Vlijanie polimorfizmov genov ASE i BDRRB2 na pokazateli kislorodtransportnoj sistemy organizma junoshej v zavisimosti ot urovnja dvigatel'noj aktivnosti [Influence of polymorphisms of the ACE and BDRRB2 genes on the indicators of the oxygen transport system of the body of young men depending on the level of motor activity] / A.Z. Dautova // Vestnik Adygejskogo gosudarstvennogo universiteta. Ser. Estestvenno-matematicheskie i tehnicheskie nauki [Journal of Adyghe State University. Ser. Natural-mathematical and technical sciences]. - 2018. - №2. - P. 70 - 78.
8. Popushoj A.A. Geneticheskaja predraspolozhennost' zhenskoj chasti korennogo naselenija krajnego severa k serdechno-sosudistoj patologii [Genetic predisposition of the female part of the indigenous population of the far north to cardiovascular pathology] /A.A. Popushoj // Problemy zhenskogo zdorov'ja [Problems of women's health]. - 2013. - №1. - P. 12 - 17.
9. Rebrova T.Ju. I/D polimorfizm gena angiotenzinprevrashhajushhego fermenta u bol'nyh IBS raznogo pola i vozrasta [I / D polymorphism of the angiotensin-converting enzyme gene in patients with coronary artery disease of different sex and age] / T.Ju. Rebrova // Kardiogenetika [Cardiogenetics]. - 2014. - №10. - P. 77 - 81.
10. Dias R. G. A. Genetic polymorphisms determining of the physical performance in elite athletes / R. G. A. Dias, A.d.C. Pereira, C. E. Negrao et. al. // Rev Bras Med Esporte. - 2007. - №13. - P. 20 - 24.
