CC BY
41
УДК 577.213
ПОЛИМОРФИЗМ ДВУХ ГЕНЕТИЧЕСКИХ МАРКЕРОВ LIG4 У ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ КОРЕННОГО И ПРИШЛОГО НАСЕЛЕНИЯ КЕМЕРОВСКОЙ ОБЛАСТИ
А. Н. Волков, А. И. Мартынюк, А. В. Ларионов, Д. К. Шишкова,
В. И. Минина, А. А. Тимофеева, В. Г. Дружинин
POLYMORPHISM OF TWO LIG4 GENETIC MARKERS IN THE INDIGENOUS AND MIGRANT POPULATION OF KEMEROVO REGION
A. N. Volkov, A. I. Martinyuk, A. V. Larionov, D. K. Shihkova,
V. I. Minina, A. A. Timopheeva, V. G. Druzhinin
Работа поддержана государственным контрактом ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007 - 2012 годы» № 16.512.11.2062; грантом РФФИ, 10-04-00497-а.
Работа выполнена на кафедре генетики биологического факультета КемГУ.
Изучены популяционно-генетические характеристики двух полиморфных маркеров LIG4 среди коренного (шорцы) и пришлого (русские) населения Кемеровской области. Частоты генетических вариантов полиморфизма Ala3Val достоверно не отличались в двух группах. В то же время выявлено достоверное отличие распределений генотипов и аллелей полиморфизма Thr9Ile между этническими когортами. Среди представителей пришлого населения частота минорного аллеля Ile почти втрое превышала показатель, характерный для коренного этноса.
The population genetic characteristics of two LIG4 polymorphic markers were examined in the indigenous (the Shors) and migrant (the Russians) population of Kemerovo region. The frequencies of genetic variants of Ala3Val polymorphism did not differ significantly between the two groups. At the same time a significant difference of the genotypes and allele polymorphism of Thr9Ile distributions between the ethnic cohorts was revealed. Minor allele Ile frequency among the representatives of the migrant population was almost three times as high as that of theindigenous ethnic group.
Ключевые слова: LIG4, генетический полиморфизм.
Keywords: LIG4, genetic polymorphism.
Лигаза-4 является ключевым ферментом механизма негомологичного воссоединения концов ДНК (N№1), задействованным в репарации двунитевых разрывов этой молекулы у млекопитающих [3, с. 185
- 211]. К настоящему времени в гене лигазы-4 (ЬЮ4) человека идентифицированы несколько мутаций, приводящих к снижению активности фермента в результате аминокислотных замен в функционально значимых доменах [2, с. 2369 - 2376]. Гомозиготное состояние одновременно по нескольким из этих замен может иметь патологическое проявление в виде «синдрома ЬЮ4» (ОМ1М 606593), что связано с панцитопенией, микроцефалией, задержкой развития.
Среди клинически значимых мутаций ЬЮ4 заметной вариабельностью в различных популяциях человека обладают лишь две в 3 (г'1805389) и 9 (г'1805388) кодонах. Оба полиморфизма связаны с нуклеотидными заменами (С4044Т и С4062Т) и приводят к изменению аминокислотного состава А1а3Уа1 и ТЪг911е в зрелом белке. Каждая из указанных мутаций самостоятельно не является причиной каких-либо заметных патологических изменений в организме, но при этом не исключается возможность снижения активности фермента. В такой ситуации интенсивное лучевое воздействие в ходе медицинских процедур или проживания в экологически неблагоприятных условиях может спровоцировать появление клинического эффекта, как это было показано в отношении еще одной мутации ЬЮ4 в 278 кодоне [8, с. 699 - 702].
Отдаленным эффектом некорректного восстановления ДНК после ее повреждений у индивидуумов с мутациями в ЬЮ4 может являться повышение риска возникновения различных онкопатологий. В связи с этим в настоящее время ведется интенсивное изучение отдельных полиморфных вариантов данного гена как возможных предикторов различных форм рака [1, с. 2440 - 2446; 5, с. 2366 - 2373; 7, с. 5150 - 5160; 9 -12].
Неодинаковая распространенность полиморфизмов ЬЮ4 у различных этносов может приводить к появлению отличий в чувствительности к средовым мутагенам в популяциях человека. В связи с этим целью исследования стало изучение частоты отдельных генетических вариантов двух полиморфных участков ЬЮ4 (г'1805388 и г'1805389) среди коренного (шорцы) и пришлого (русские) населения Кемеровской области.
Материалы и методы
Были сформированы две группы обследованных, представляющие коренное и пришлое население юга Западной Сибири (Кемеровская область) и включающие шорцев и русских. Шорцы - тюркоязычный народ, имеющий официальный статус «коренного малочисленного народа Севера». Основная территория расселения шорцев - Горная Шория - бассейн среднего течения р. Томи и ее притоков - Кондомы и Мрас-су. Выборка шорцев (п = 119) включала мальчиков и девочек, проживающих на территории Таштагольско-го района Кемеровской области, в возрасте 8 - 18 лет при среднем значении показателя 11,7 ± 0,17 лет.
В отличие от шорцев (коренное население) русские могут рассматриваться в качестве пришлого населения Сибири как представители белой расы (европеоиды). Выборка русских (п = 186) включала мальчиков и девочек в возрасте 8 - 19 лет (среднее значение показателя 13,7 ± 0,23 года) из различных территорий Кемеровской области.
Материалом для получения образцов ДНК послужила цельная кровь, забираемая в асептических условиях в вакуумные пробирки с ЭДТА. На каждого обследуемого ребенка был оформлен протокол информированного согласия, подписанный родителями либо лицами, осуществляющими опеку над несовершеннолетними.
Геномную ДНК выделяли хлороформ-фенольным методом. Для генотипирования полиморфизмов г'1805388 и г'1805389 гена ЬЮ4 использовали коммерческие наборы реагентов «8№-экспресс» производства НПФ «Литех» г. Москва. Осуществляли ал-лель-специфическую ПЦР с последующей визуализацией результатов в 3 % агарозном геле с добавлением бромистого этидия. Статистический анализ первичных данных выполняли с помощью ППП «8ТА-ТШТГСА у. 6». Сопоставление распределений аллелей и генотипов в сравниваемых группах проводили методом х2 с поправкой Йетса на непрерывность. Генетическое равновесие по изучаемым полиморфным системам оценивали по их соответствию уравнению Харди-Вайнберга. Статистически значимыми считали отличия при р < 0,05.
Результаты и обсуждение
При оценке распределения генотипов маркеров г'1805388 и г'1805389 ЬЮ4 как среди обследованных шорцев, так и русских не было выявлено статистически значимого отличия от ожидаемого в соответствии с уравнением Харди-Вайнберга. Этот факт может свидетельствовать о состоянии генетического равно-
весия по исследованным полиморфизмам, сформировавшегося в изученных этнических группах при отсутствии интенсивной метисации между коренным и пришлым населением на данной территории.
Соотношение генотипов маркера rs1805389 у изученных представителей шорского и русского населения Кемеровской области было практически идентичным и достоверно не отличалось. В обеих группах существенно преобладало сочетание Ala/Ala, составляя 86,73 % и 86,15 % в двух выборках соответственно (таблица 1). Минорным в двух этнических группах являлся аллельный вариант Val, его частота совпадала в сравниваемых когортах.
Сопоставление полученных данных с результатами ранее проводившихся исследований позволяет заключить, что установленные закономерности распространения генотипических и аллельных вариантов изучаемого сайта в выборке европеоидов юга Западной Сибири схожи с характеристиками, отмеченными у европеоидов Старого Света. Повсеместно значительно преобладает генотип Ala/Ala, а частота минорного аллеля составляет 0,07 - 0,08 [6, с. 997 - 1007; 9, с. 900 - 905] (таблица 1).
В ранее изучавшейся выборке азиатов (тайваньские китайцы) наблюдалось значительное повышение частоты минорного аллеля Val полиморфного маркера rs1805389, что приводило к увеличению доли гетерозигот за счет снижения встречаемости гомозиготного сочетания Ala/Ala [1] (таблица 1). Изученная нами выборка азиатского происхождения не характеризовалась указанной тенденцией, приближаясь по характеристикам к европеоидным группам. Вместе с тем цитированная работа оказалась единственным доступным источником для сравнения, что не позволяет вынести окончательное суждение о генетическом полиморфизме Ala3Val гена LIG4 у различных групп коренного населения Азии.
Таблица 1
Полиморфизм Ala3Val (rs1805389) гена LIG4 в различных этнических группах
Объем выборки Генотип n, % Частота минорного аллеля Группа Источ- ник
Ala/Ala Ala/Val Val/Val q (Val)
N=113 98 (86,73) 14 (12,39) 1 (0,88) 0,07 Шорцы КО СД
N=130 112 (86,15) 18 (13,85) 0 0,07 Русские КО СД
N=845 748 (88,5) 66 (7,8) 31 (3,7) 0,08 Европеоиды (Западная Европа в целом) [6]
N=220 189 (85,9) 31 (14,1) 0 0,07 Европеоиды (Великобритания) [9]
N=379 284 (74,9) 87 (23,0) 8 (2,1) 0,14 Китайцы (Тайвань) [1]
Примечание: КО - Кемеровская область; СД - собственные данные (здесь и далее).
В ходе дальнейшего изучения полиморфизма ТЬг911е (г'1805388) в двух группах обследованных выявлено достоверное отличие распределений генотипов данного маркера между этническими когортами (X2 = 19,9 р < 0 ,001). В выборке шорцев частота основного генотипа ТЬг/ТЬг достигала 85,7 %, в то время как среди русских составляла 62,4 % (таблица 2). При этом в первой группе заметно снижена доля гетерозигот и отсутствовали гомозиготы 11е/11е. Установленная закономерность объясняется спецификой со-
отношения аллельных вариантов изучаемого полиморфизма в двух группах. Среди представителей пришлого населения (русские) частота минорного аллеля 11е почти втрое превышала показатель, характерный для представителей коренного этноса (шорцы) (X2 = 18,0 р < 0,001).
Таблица 2
Полиморфизм (^1805388) гена ЬЮ4 в различных этнических группах
Объем выборки Генотип n, % Частота минорного аллеля Группа Источ- ник
Thr/Thr Thr/Ile Ile/Ile q (Ile)
N = 119 102 (85,7) *** 17 (14,3) *** 0 *** 0 07 *** Шорцы КО СД
N = 186 116 (62,4) 67 (36,0) 3 (1,6) 0,20 Русские КО СД
N = 805 570 (70,8) 211(26,2) 24 (3,0) 0,16 Европеоиды (Западная Европа в целом) [6]
N = 220 149 (67,7) 58 (26,4) 13 (5,9) 0,19 Европеоиды (Великобритания) [9]
N = 91 62 (68,1) 27 (29,7) 2 (2,2) 0,17 Европеоиды (Нидерланды) [4]
N = 376 198 (52,7) 150 (39,9) 28 (7,4) 0,27 Китайцы (Тайвань) [1]
Примечание: *** - отличия достоверны при р < 0,001 в сравнении с аналогичными показателями у русских КО.
Частотные характеристики генетических вариан- снижением частоты аллеля Ile по сравнению с изу-
тов полиморфизма Thr9Ile гена LIG4 среди европеои- ченной группой европеоидов. Вместе с тем данные
дов Старого Света были установлены в ряде незави- международной базы данных dbSNP показывают, что
симых исследований (табл. 2). Генотип Thr/Thr преоб- для отдельных выборок жителей Азии может быть
ладал с частотой 67,7 % - 70,8 %, а гомозиготы Ile/Ile характерна очень высокая частота аллеля Thr (до
в разных выборках составляли 2,2 % - 5,9 %. Частота 94,4 %), что определяет резкое возрастание доли ге-
минорного аллеля Ile во всех случаях не превышала нотипа Thr/Thr (до 88,9 %) и исчезновение генотипа
0,19 [4; 6; 9]. Установленные характеристики в целом Ile/Ile(http://www.ncbi.nlm.nih. gov/ projects/SNP).
сопоставимы с полученными нами данными. Завершая обсуждение полученных результатов,
Среди азиатских этносов может отмечаться за- следует констатировать значимость этнического фак-
метное повышение частоты минорного аллеля Ile по- тора в формировании популяционной частоты гено-
лиморфизма Thr9Ile. Так, среди китайцев, проживаю- типических и аллельных вариантов полиморфизма
щих на Тайване, эта величина достигает 0,27, что Thr9Ile (rs1805388) гена LIG4. Это может иметь важ-
приводит к относительному повышению доли редкого ное практическое значение, например, при оценке ус-
генотипа Ile/Ile [1; 10, с. 2939 - 2948]. На этом фоне тойчивости представителей различных этносов к дей-
неожиданной кажется противоположная тенденция, ствию средовых факторов, нарушающих целостность
установленная в нашем исследовании и связанная со генома человека.
Литература
1. Breast cancer risk associated with genotypic polymorphism of the nonhomologous end-joining genes: a multigenic study on cancer susceptibility / Y-P. Fu [et al.] // Cancer Research. - 2003. - V. 63.
2. Analysis of DNA ligase IV mutations found in LIG4 syndrome patients: the impact of two linked polymorphisms / P.-M. Girard [et al.] // Human Molecular Genetics. - 2004. - V. 13.
3. Jeggo, P. A. DNA breakage and repair / P. A. Jeggo // Adv. Genet. - 1998. - V. 38.
4. Explorative study to identify novel candidate genes related to oxaliplatin efficacy and toxicity using a DNA repair array / D. M. Kweekel [et al.] // British Journal of Cancer. - 2009. - V. 101.
5. Genetic susceptibility to renal cell carcinoma: the role of DNA double-strand break repair pathway / V. Margulis [et al.] // Cancer Epidemiol. Biomarkers Prev. - 2008. - V. 17.
6. DNA repair polymorphisms and cancer risk in non-smokers in a cohort study / G. Matullo [et al.] // Carcinogenesis. - 2006. - V. 27(5).
7. Etiologic heterogeneity among non-Hodgkin lymphoma subtypes / L. M. Morton [et al.] // Blood. - 2008. -V. 112 (13).
8. Identification of a defect in DNA ligase IV in a radiosensitive leukaemia patient / E. Riballo [et al.] // Curr. Biol.
- 1999. - V. 19.
9. Genetic variants of NHEJ DNA ligase IV can affect the risk of developing multiple myeloma, a tumour charac-tensed by aberrant class switch recombination / P. L Roddam [et al.] // J. Med. Genet. - 2002. - V. 39.
10. Lung сancer susceptibility and prognosis associated with polymorphisms in the nonhomologous end-joining pathway genes / R.-C. Tseng [et al.] // Cancer. - 2009. - № 1.
11. Bladder cancer predisposition: a multigenic approach to DNA-repair and cell-cycle-control genes / X. Wu [et al.] // American Journal of Human Genetics. - 2006. - V. 78. - С. 464 - 479.
12. Genetic polymorphisms in double-strand break DNA repair genes associate with risk of oral premalignant lesions / H. Yang [et al.] // Eur. J. Cancer. - 2008. - V. 44(11). - С. 1603 - 1611.
Информация об авторах:
Волков Алексей Николаевич - кандидат биологических наук, доцент кафедры генетики КемГУ, старший научный сотрудник центральной научно-исследовательской лаборатории КемГМА, (384-2)580166, 89059493285, [email protected].
Aleksey N. Volkov - Candidate of Biology, Assistant Professor at the Department of Genetics, Kemerovo State University; senior researcher at the Central Research Laboratory, Kemerovo State Medical Academy.
Мартынюк Александр Игоревич - аспирант кафедры генетики КемГУ.
Aleksander I. Martinyuk - post-graduate student at the Department of Genetics, Kemerovo State University.
Ларионов Алексей Викторович - инженер кафедры генетики КемГУ.
Alexey V. Larionov - engineer at the Department of Genetics, Kemerovo State University.
Шишкова Дарья Кирилловна - студентка 5 курса биологического факультета КемГУ.
Darya K. Shishkova - 5th-year student at the Biological Faculty, Kemerovo State University.
Минина Варвара Ивановна - кандидат биологических наук, доцент кафедры генетики КемГУ, старший научный сотрудник учреждения Российской академии наук Института экологии человека СО РАН.
Varvara I. Minina - Candidate of Biology, Assistant Professor at the Department of Genetics, Kemerovo State University; senior researcher at the Institute for Human Ecology of the Siberian branch of the RAS.
Тимофеева Анна Александровна - аспирант кафедры генетики КемГУ, инженер-технолог учреждения Российской академии наук Института экологии человека СО РАН.
Anna A. Timofeeva - post-graduate student at the Department of Genetics, Kemerovo State University; engineer at the Institute for Human Ecology of the Siberian branch of the RAS.
Дружинин Владимир Геннадьевич - доктор биологических наук, профессор, заведующий кафедрой генетики КемГУ, ведущий научный сотрудник учреждения Российской академии наук Института экологии человека СО РАН, 8(384-2)58-01-66, [email protected].
Vladimir G. Druzhinin - Doctor of Biology, Professor, Head of the Department of Genetics, Kemerovo State University; leading researcher at the Institute for Human Ecology of the Siberian branch of the RAS.
