CC BY
83
Вестник Челябинского государственного университета. 2015. № 21 (376). Биология. Вып. 3. С. 17-22.
УДК 575.17
ББК 28.074-28.04-63.52
ПОЛИМОРФИЗМ 1805T>G ГЕНА ТОЛЛ-ПОДОБНОГО РЕЦЕПТОРА 1 В ПОПУЛЯЦИЯХ РУССКИХ, БАШКИР И НАГАЙБАКОВ ЧЕЛЯБИНСКОЙ ОБЛАСТИ
А. В. Евдокимов, А. Л. Бурмистрова
ФГБОУ ВПО «Челябинский государственный университет», Челябинск, Россия
Толл-подобные рецепторы имеют ключевое значение в процессах активации факторов врождённого и адаптивного иммунитета. Гены толл-подобных рецепторов характеризуются наличием большого количества точковых полиморфизмов, частота которых неодинакова в различных человеческих популяциях. Большой интерес представляет полиморфизм 1805T>G гена толл-подобного рецептора 1: аллель 1805G, являющийся редким в монголоидных популяциях, встречается с частотой 75 % у европеоидов. В данной работе мы выполнили генотипирование популяций русских, башкир и нагайбаков Челябинской области по указанному точковому полиморфизму с последующим сравнением этих популяций по частотам встречаемости соответствующих аллелей и генотипов. Все три исследованные популяции статистически значимо различались между собой. Аллель 1805G преобладал в популяции русских (77 %), реже всего встречался у башкир (33 %), у нагайбаков его частота составила 57 %. Генотип GG преобладал среди русских (с частотой 46 %), гомозиготы 1805ТТ чаще встречались среди башкир (37 %). В группе нагайбаков преобладали гетерозиготы TG (49 %). Полученные данные позволяют охарактеризовать русских Челябинской области как типично европейскую популяцию, а башкир — как монголоидную (тюркскую). Промежуточное положение нагайбаков отражает, по-видимому, сложные пути миграции их предков на территорию Южного Урала.
Ключевые слова: толл-подобный рецептор 1, точковый полиморфизм, 1805Т>0, русские, башкиры, нагайбаки, популяции Челябинской области.
Толл-подобные рецепторы (toll-like receptors, TLRs) — это мембранные рецепторы, обнаруживаемые в клетках всех млекопитающих. У человека семейство TLRs включает 10 функциональных членов (TLR1-TLR10). В зависимости от локализации выделяют TLRs, расположенные на поверхности клеток в составе наружной мембраны (TLR1, TLR2, TLR4, TLR5, TLR6, TLR10), и TLRs с внутриклеточным расположением в составе мембран эндосом (TLR3, TLR7, TLR8, TLR9). Эти две группы рецепторов различаются не только своим расположением, но и спектром лигандов (то есть «узнаваемых» молекул): внутриклеточные рецепторы связываются с фрагментами нуклеиновых кислот вирусного и бактериального происхождения, а наружные TLRs «узнают» компоненты клеточных стенок бактерий (липотейхоевые кислоты, липопептиды, липополисахарид и др.). TLRs экспрессируются в большинстве типов клеток организма человека, включая негемопоэтические эпителиальные и эн-дотелиальные клетки [7; 12]. Связывание TLRs с соответствующими лигандами приводит к формированию внутриклеточного сигнала, который посредством системы молекул-адаптеров активи-
рует факторы транскрипции. В результате усиливается экспрессия провоспалительных факторов (цитокины, интерфероны) [8; 10].
На формирование генов иммунного ответа, в частности врождённого, значительное влияние оказал тесный контакт с возбудителями инфекционных заболеваний на протяжении всей истории человечества, что привело к образованию популяционных генотипов. Различия между генотипами определяются наличием так называемых полиморфизмов, то есть изменений в нукле-отидной последовательности ДНК, возникших на определённых этапах эволюции человеческого вида. Наиболее распространённым вариантом генетических полиморфизмов являются точко-вые (однонуклеотидные) полиморфизмы (single nucleotide polymorphism, SNP), представляющие собой замену одного нуклеотида на другой в последовательности геномной ДНК [4]. Изначально такая замена представляет собой элементарное эволюционное событие — мутацию. В последующем данное изменение может закрепляться в популяции, поддерживаясь на определённом уровне, либо элиминироваться в том случае, если будет ухудшать адаптационные возможно-
сти популяции. В ряде исследований было установлено, что гены TLRs содержат большое количество точковых полиморфизмов, особенно это характерно для генов, кодирующих синтез ТЬИ^, расположенных на поверхности клеток [7]. Особый интерес представляет замена 1805T>G в области гена ТЬЯ1. Данный полиморфизм, являясь редким в популяциях африканского и азиатского происхождения, встречается с высокой частотой у европеоидов (75 %) [5]. Рядом исследований было показано, что этот полиморфизм, приводящий к замене изолейцина на серин в положении 602 молекулы TLR1, нарушает доставку вновь синтезированной молекулы рецептора к цитоплазматической мембране. В результате снижается активация фактора транскрипции ОТ-кВ (до 60 %), определяющего выработку про-воспалительных цитокинов [5; 10]. Считается, что высокая частота встречаемости этого полиморфизма в европейских популяциях связана с адаптивными преимуществами в условиях эпидемий, когда сниженная выработка цитокинов препятствовала развитию септического шока, тем самым повышая выживаемость [5; 8].
Необходимо учитывать, что образование генофонда популяций определяется не только факторами отбора, носящими адаптивный характер. На формирование популяции большое влияние оказывают этногеографические особенности её развития, связанные с путями миграции, а также неадаптационными, случайными явлениями (дрейф генов, эффект «бутылочного горлышка») [5; 8; 9].
Уральский регион исторически является местом встречи популяций различного происхождения [3]. На территории Южного Урала помимо русских, имеющих наибольшее представительство среди других народов (84 %<>), насчитывается ещё около 20 популяций [13]. Одной из наиболее многочисленных этнических групп являются башкиры, популяция тюркского происхождения, существующая на протяжении длительного времени на территории Южного Урала [2; 3]. Среди этнических групп Уральского региона особый интерес представляют нагайбаки, которые являются уникальной популяцией, проживающей почти исключительно на территории Челябинской области. Существует несколько то -чек зрения на историю формирования нагайба-ков, но в этногенетическом отношении важную роль в этом процессе, по-видимому, играл тюркский компонент [1; 3].
Актуальность темы исследования обусловлена высокой полиморфностью генов системы TLRs, представляющих, в силу выполняемой функции, интерес для изучения путей формирования мировых популяций, в особенности уникальных популяций Челябинской области. Впервые было выполнено генотипирование популяций Челябинской области по гену TLR1.
Целью данного исследования было оценить частоту встречаемости аллелей и генотипов по точковому полиморфизму 1805T>G гена TLR1 в популяциях русских, башкир и нагайба-ков Челябинской области. Для достижения этой цели были решены следующие задачи:
1. Провести генетическое типирование популяций русских, башкир и нагайбаков по точковому полиморфизму 1805T>G гена TLR1.
2. Сравнить исследуемые популяции по частотам встречаемости аллелей (1805T и 1805G) и определяемых ими генотипов (TT, TG, GG).
3. Охарактеризовать исследуемые популяции, используя полученные данные, а также с привлечением литературных источников.
Материалы и методы. Работа выполнена на базе Челябинского государственного университета и Челябинской областной станции переливания крови. Исследуемые группы были сформированы из числа потенциальных доноров стволовой клетки, относящихся к одной из трёх популяций Челябинской области: русские (81 чел.), башкиры (80 чел.) и нагайбаки (84 чел.). Принадлежность к конкретной популяции определялась по данным генеалогического анамнеза в трёх поколениях (согласно рекомендациям VIII Международного симпозиума, Лос-Анджелес, США, 1980).
Геномная человеческая ДНК была выделена из образцов венозной крови при помощи реагентов Axygen (Quiagen, Германия) согласно инструкции производителя. Амплификацию проводили в приборе ТПЧ-ПЦР-01-«Терцик» (НПФ ДНК-Технология, Москва). Типирование по точковому полиморфизму 1805T>G гена TLR1 проводилось с помощью анализа полиморфизма длин рестрикционных фрагментов (ПДРФ). В качестве эндонуклеазы рестрикции был использован фермент AluI (37 °C, 15 мин; производитель Fermentas, США). Детекция результатов осуществлялась путём электрофореза в 3 %-м агарозном геле.
Статистическая обработка данных была проведена при помощи средств программного паке-
та MedCalc (v. 12.1.0.0, MedCalc Software bvba). Сравнение популяций по частотам распределения аллелей и генотипов произведено при помощи критерия х2 Пирсона, статистически значимыми считались различия при p < 0,05. Распределение генотипов было исследовано на соответствие закону Харди — Вайнберга для равновесных популяций.
Для множественных сравнений был использован критерий х2 Пирсона с поправкой Бонферрони. При этом для каждого сравнения был принят уровень статистической значимости p', вычисляемый по формуле
Р' = Р / k,
где p' — уровень значимости для каждого сравнения;
p — принятый уровень значимости (0,05);
k — количество сравнений.
В случае трёх попарных сравнений (k = 3) статистически значимыми считались различия при p < 0,016.
Результаты и обсуждение. Полученные часто -ты распределения аллелей и генотипов представлены в табл. 1.
Проверка распределения генотипов в исследуемых группах на соответствие закону Харди —
Вайнберга не выявила статистически значимых различий (русские: х2 = 0,295, p = 0,86; башкиры: X2 = 0,125, p = 0,94; нагайбаки: х2 = 1,603, p = 0,45; df = 2).
Относительная частота встречаемости аллеля 1805T в группе русских составила 23 %, в группе башкир — 67 %, в группе нагайбаков — 43 %. Относительная частота встречаемости аллеля 1805G в группе русских составила 77 %, башкир — 33 %, нагайбаков — 57 %. Преобладающим генотипом в популяции русских был GG (57 %), в популяции башкир — TT (47 %), среди нагайбаков преобладали гетерозиготы TG (58 %). Сравнение исследуемых популяций по частотам аллелей и генотипов выявило статистически значимые различия (для аллелей х2 = 63,480, p < 0,0001, df = 2; для генотипов х2 = 66,503, p < 0,0001; df = 4). Для определения групп, между которыми существуют выявленные различия, были проведены множественные сравнения с учётом поправки Бонферрони. Полученные данные представлены в табл. 2.
Согласно литературным данным, для популяций европейского происхождения характерна высокая частота встречаемости аллеля 1805G (среднее значение — 75 %), что вызвано, как считается, адаптивными преимуществами, связанными
Таблица 1
Распределение аллелей и генотипов 1805T>G TLR1 в исследуемых популяциях
Популяция Объём выборки Частоты генотипов, абс. (%) Частоты аллелей, %
TT TG GG 1805T 1805G
Русские 81 3 (4) 32 (39) 46 (57) 23 77
Башкиры 80 37 (46) 33 (41) 10 (13) 67 33
Нагайбаки 84 12 (14) 49 (58) 23 (28) 43 57
Группа сравнения
русские — башкиры русские — нагайбаки башкиры — нагайбаки
По аллелям
х2 p х2 p х2 p
59,553 <0,0001 13,890 0,0002 17,223 <0,0001
По генотипам
X2 p х2 p х2 p
52,054 <0,0001 16,586 0,0003 20,913 <0,0001
Таблица 2
Попарные сравнения по частотам аллелей и генотипов в популяциях
с этим аллелем в условиях частых эпидемий [5; 8; 10]. По-видимому, близкое значение частоты это -го аллеля, полученное в нашем исследовании для популяции русских Челябинской области (77 %), связано с их европейским происхождением и ал-лохтонным характером пребывания на территории Южного Урала [3].
В популяции башкир Челябинской области аллель 1805G встречался значительно реже (33 %), что отражает характер формирования данной по -пуляции: длительное проживание на данной территории со значительным монголоидным (тюркским) влиянием [1; 3].
Несмотря на значительный тюркский вклад в формирование нагайбаков, в нашем исследовании было показано некоторое преобладание алле -ля 18050 по частоте над аллелем 1805Т (57 и 43 °% соответственно), что характерно для европейских популяций. Можно предположить, что данный результат связан с влиянием неадаптивных факторов естественного отбора (дрейф генов, пути миграции) на образование популяции нагайбаков.
Выводы. В ходе проведённого исследования впервые популяции Челябинской области (русские, башкиры и нагайбаки) были типирова-ны по точковому полиморфизму 1805Т>0 гена TLR1. По итогам анализа частот встречаемости аллелей и генотипов можно сделать следующие выводы:
1. Изученные популяции статистически значимо различаются между собой по частотам распределения аллелей и генотипов 1805Т>0 ТЬЯ1.
2. В популяции русских Челябинской области чаще встречается аллель 18050 (77 °%), а преобладающим генотипом является гомозиготный 00.
3. Популяция башкир Челябинской области характеризуется относительно низкой частотой ал-леля 18050 (33 %), в популяции преобладает генотип ТТ.
4. В популяции нагайбаков оба аллеля (1805Т и 18050) встречаются с близкими частотами (43 и 57 % соответственно), преобладающим генотипом является гетерозиготный Т0.
Список литературы
1. Зарипова, О. Н. Иммуногенетические особенности нагайбаков, проживающих в Челябинской области / О. Н. Зарипова, А. Л. Бурмистрова, Т. А. Суслова, С. В. Тимофеева // Вестн. Урал. мед. акад. науки. - 2010. - № 2/1 (29). - С. 34-35.
2. Лобов, А. С. Структура генофонда субпопуляций башкир : автореф. дис. ... канд. биол. наук / А. С. Лобов. - Уфа, 2009. - 23 с.
3. Чернова, М. С. Иммуногенетический профиль популяций Челябинской области (русские, татары, башкиры, нагайбаки) в структуре мировых популяций : автореф. дис. ... канд. биол. наук / М. С. Чернова. - Челябинск, 2014. - 22 с.
4. Altshuler, D. A haplotype map of human genome / D. Altshuler [et al.] // Nature. - 2005. - Vol. 437 (7063). - P. 1299-1320.
5. Barreiro, L. B. Evolutionary dynamics of human toll-like receptors and their different contributions to host defense [Электронный ресурс] / L. B. Barreiro [et al.] // PLoS Genetics. - 2009. - Vol. 5 (7). - URL: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2702086
6. Barreiro, L. B. From evolutionary genetics to human immunology: how selection shapes host defense genes / L. B. Barreiro, L. Quintana-Murci // Nature Review Genetics. - 2010. - Vol. 11. - P. 17-30.
7. Beutler, B. Genetic analysis of host resistance: toll-like receptor signaling and immunity at large / B. Beutler [et al.] // Annual Review of Immunology. - 2006. - Vol. 24. - P. 353-389.
8. Casanova, J.-L. Human TLRs and IL-1Rs in host defense: natural insights from evolutionary, epidemiological, and clinical genetics / J.-L. Casanova, L. Abel, L. Quintana-Murci // Annual Review of Immunology. -2011. - Vol. 29. - P. 447-491.
9. Karlsson, E. K. Natural selection and infectious disease in human populations [Электронный ресурс] / E. K. Karlsson, D. P. Kwiatkowski, P. C. Sabeti // Nature Reviews Genetics. - 2014. - Doi: 10.1038/nrg3734
10. Netea, M. G. Genetic variation in toll-like receptors and disease susceptibility / M. G. Netea, C. Wij-menga, L. A. J. O'Neil // Nature Immunology. - 2012. - Vol. 13 (6). - P. 535-542.
11. Pickrell, J. K. Signals of recent positive selection in a worldwide sample of human populations [Электронный ресурс] / J. K. Pickrell [et al.] // Genome Research. - 2009. - Vol. 19. - P. 826-837. - URL: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2675971
12. Turvey, S. E. Innate immunity [Электронный ресурс] / S. E. Turvey, D. H. Breide // Journal of Allergy and Clinical Immunology. - 2010. - Vol. 125 (2). - P. 24-32. - Doi: 10.1016/jjaci.2009.07.016
13. Итоги Всероссийской переписи населения [Электронный ресурс] // Федеральная служба статистики : офиц. сайт. - URL: http://www.gks.ru
Сведения об авторах
Евдокимов Александр Викторович — аспирант кафедры микробиологии, иммунологии и общей биологии Челябинского государственного университета, Челябинск, Россия. avdax@yandex.ru
Бурмистрова Александра Леонидовна — доктор медицинских наук, профессор, заведующая кафедрой микробиологии, иммунологии и общей биологии, декан биологического факультета Челябинского государственного университета, Челябинск, Россия. burmal@csu.ru
Bulletin of Chelyabinsk State University. 2015. No. 21 (376). Biology. Issue 3. Pp. 17-22.
TOLL-LIKE RECEPTOR 1 1805T>G POLYMORPHISM IN RUSSIANS, BASHKIRS AND NAGAIBAKS OF THE CHELYABINSK REGION
А. V. Evdokimov
Chelyabinsk State University, Chelyabinsk, Russia. avdax@yandex.ru
A. L. Burmistrova
Chelyabinsk State University, Chelyabinsk, Russia. burmal@csu.ru
Toll-like receptors play an essential role in the processes of the innate immunity as well as the adaptive immunity factors activation. Toll-like receptor genes contain a plenity of the single nucleotide polymorphisms, the frequency of which varies in different human populations. Of a great interest is the 1805T>G polymorphism of the toll-like receptor 1 gene: allele 1805G, which is rare in Asian populations, occurs with a frequency of 75 % in Europeans. In this study we have genotyped Russians, Bashkirs and Nagaibaks of the Chelyabinsk Region at the mentioned polymorphism with subsequent comparison of these populations in frequencies of respective alleles and genotypes. All three studied populations statistically significantly differed from each other. 1805G allele prevailed in the Russian population (77 %), less often met at the Bashkirs (33 %), and among Nagaibaks its frequency was 57 %. Genotype 1805GG prevailed among the Russians (with a frequency of 46 %), and homozygotes 1805TT was more common among the Bashkirs (37 %). In the group of Nagaibaks prevailed heterozygotes 1805TG (49 %). The obtained results allow us to characterize the Russian Chelyabinsk region typically European population, and the Bashkirs as Asian (Turkic). An intermediate position of Nagaibaks reflects, apparently, the complex migration routes of their ancestors on the territory of the southern Urals.
Keywords: toll-like receptor 1, single nucleotide polymorphism, 1805T>G, Russians, Bashkirs, Nagaibaks, populations of the Chelyabinsk Region.
References
1. Zaripova O.N., Burmistrova A.L., Suslova T.A., Timofeeva S.V. Immunogeneticheskiye osobennosti nagaybakov, prozhivayushhikh v Chelyabinskoy oblasti [Immunogenetic features of the Nagaibaks living in Chelyabinsk Region]. Vestnik Ural'skoy medicinskoy akademicheskoy nauki [Bulletin of the Ural Academic Medical Science], 2010, no. 2/1 (29), pp. 34-35. (In Russ.).
2. Lobov A. S. Struktura genofonda subpopulyaciy bashkir [The structure of the gene pool of subpopulations of Bashkirs. Abstract of thesis]. Ufa, 2009. 23 p. (In Russ.).
3. Chernova M.S. Immunogeneticheskiy profil' populyaciy Chelyabinskoy oblasti (russkiye, tatary, bash-kiry, nagaybaki) v strukture mirovykh populyaciy [Immunogenetic profile of the population of the Chelyabinsk region (Russian, Tatars, Bashkirs, Nagaybaks) in the structure of the world's population. Abstract of thesis]. Cheljabinsk, 2014. 22 p. (In Russ.).
4. Altshuler D. et al. A haplotype map of human genome. Nature, 2005, vol. 437 (7063), pp. 1299-1320.
22
A. В. EBdoKUMOB, А. H. EypMucmpoBa
5. Barreiro L.B. et al. Evolutionary dynamics of human toll-like receptors and their different contributions to host defense. PLoS Genetics, 2009, vol. 5 (7). Available at: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/ PMC2702086/, accessed 17.10.2015.
6. Barreiro L.B., Quintana-Murci L. From evolutionary genetics to human immunology: how selection shapes host defense genes. Nature Review Genetics, 2010, vol. 11, pp. 17-30.
7. Beutler B. et al. Genetic analysis of host resistance: toll-like receptor signaling and immunity at large. Annual Review of Immunology, 2006, vol. 24, pp. 353-389.
8. Casanova J.-L., Abel L., Quintana-Murci L. Human TLRs and IL-1Rs in host defense: natural insights from evolutionary, epidemiological, and clinical genetics. Annual Review of Immunology, 2011, vol. 29, pp. 447-491.
9. Karlsson E.K., Kwiatkowski D.P., Sabeti P.C. Natural selection and infectious disease in human populations. Nature Reviews Genetics, 2014. Doi:10.1038/nrg3734
10. Netea M.G., Wijmenga C., O'Neil L.A.J. Genetic variation in toll-like receptors and disease susceptibility. Nature Immunology, 2012, vol. 13, iss. 6, pp. 535-542.
11. Pickrell J.K. et al. Signals of recent positive selection in a worldwide sample of human populations. Genome Research, 2009, vol. 19, pp. 826-837. Available at: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/ PMC2675971/, accessed 17.10.2015.
12. Turvey S.E., Broide D.H. Innate immunity. The Journal of Allergy and Clinical Immunology, 2010, vol. 125, iss. 2, pp. 24-32. Doi: 10.1016/j.jaci.2009.07.016
13. Itogi Vserossijskoy perepisi naseleniya [The results of the national census]. Federal State Statistics Service of Russian Federation. Available at: http://www.gks.ru, accessed 11.10.2015 (In Russ.).
