Роль генетичного поліморфізму гена інгібітора матриксної металопротеїнази12 у розвиткові професійно зумовленого хронічного обструктивного захворювання легень Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

D4-14 a.qxd 02.12.2014 18:07 Page 34

THE ROLE OF TISSUE INHIBITOR OF MATRIX METALLOPROTEINASE-2 POLYMORPHISM IN DEVELOPMENT PROFESSIONALLY CAUSED CHRONIC PULMONARY OBSTRUCTIVE DISEASE

Dolinchuk L.V.

РОЛЬ ГЕНЕТИЧНОГО ПОЛІМОРФІЗМУ ГЕНА ІНГІБІТОРА МАТРИКСНОЇ МЕТАЛОПРОТЕЇНАЗИ-2 У РОЗВИТКОВІ ПРОФЕСІЙНО ЗУМОВЛЕНОГО ХРОНІЧНОГО ОБСТРУКТИВНОГО ЗАХВОРЮВАННЯ ЛЕГЕНЬ

ДОЛІНЧУК Л.В.

ДУ "Інститут медицини праці НАМН України", м. Київ

УДК 616.24057:575.1

Ключові слова: ХОЗЛ, TIMP-2, генетична схильність.

ронічне обструктивне захворювання легень (ХОЗЛ) має тенденції до швидкого поширення серед професійних захворювань у вугільній, гірничо-видобувній та металургійній галузях промисловості, умови праці в яких характеризуються комплексним впливом небезпечних чинників на організм працівника [1].

Нині ХОЗЛ розглядають як одне з найпоширеніших і обтяжливих захворювань, що призводить до непрацездатності, інвалідності, смертності та значних соціально-економічних витрат як в Україні, так і в усьому світі [24]. За прогнозами експертів ВООЗ, до 2030 року ХОЗЛ стане третьою провідною причиною смерті на планеті [3]. Сучасна епідеміологічна ситуація характеризується захворюваністю на ХОЗЛ на рівні 7% населення України, що становить приблизно 3 млн. осіб, при цьому показники смертності та інвалідності зростають насамперед серед чоловіків працездатного віку [5].

ХОЗЛ належить до мультифактор-них захворювань з полігенним типом успадкування, що виникають у результаті спільної дії генетичних та екзогенних чинників. На сьогодні проведено численні дослідження щодо вивчення генетичної схильності ризику розвитку ХОЗЛ, предметом яких є поліморфізм генів, що кодують ос-

новні патогенетичні ланки зазначеного захворювання. Перспективним напрямком наукового пошуку є вивчення поліморфних варіантів генів, експресія яких впливає на активність системи протеоліз-антипротеоліз [68]. До таких генів належить інгібітор матриксної метал опротеїнази-2

(ТІМР-2), продукт якого значною мірою регулює активність протеолітичних ферментів при запальних реакціях у легенях [7-9].

Мета дослідження. Визначити роль генетичного поліморфізму (rs9900972) гена ТІМР-2 у розвиткові ХОЗЛ з метою удосконалення ранньої діагностики та первинної профілактики захворювання.

Матеріали та методи. У дослідження було взято 151 шахтаря основних підземних професій, які перебували на стаціонарному лікуванні у клініці професійних захворювань ДУ "Інститут медицини праці НАМН України". Середній вік обстежених становив 53,7 ± 4,7 років, середній стаж — 21,8 ± 6,1 років. До дослідної групи увійшли 72 гірники, хворі на хОЗл. Контрольну групу склали 79 шахтарів, які не мають патології бронхолегене-вої системи, але стаж та умови праці яких відповідали таким, що були у шахтарів дослідної групи. Респонден-

РОЛЬ ГЕНЕТИЧЕСКОГО ПОЛИМОРФИЗМА ГЕНА ИНГИБИТОРА МАТРИКСНОЙ МЕТАЛОПРОТЕИНАЗЫ-2 В РАЗВИТИИ ПРОФЕССИОНАЛЬНО ОБУСЛОВЛЕННОЙ ХРОНИЧЕСКОЙ ОБСТРУКТИВНОЙ БОЛЕЗНИ ЛЕГКИХ Долинчук Л.В.

ГУ "Институт медицины труда НАМН Украины", г. Киев

Цель исследования. Определить роль полиморфизма (rs9900972) гена ТІМР-2 в развитии генетической предрасположенности к ХОБЛ с целью усовершенствования ранней диагностики и первичной профилактики заболевания.

Материалы и методы исследования.

Материалом для исследования была венозная кровь шахтеров, больных ХОБЛ (n=72), и шахтеров без патологии органов дыхания (n=79). Группы респондентов исследования были сопоставимы по возрасту и стажу работы. Изучение полиморфизма гена TIMP2 (rs9900972)

проводили методом полимеразной цепной реакции в реальном времени.

Результаты исследований и их обсуждение.

Определена частота распределения аллелей и генотипов по гену ТіМР-2. Определена величина OR и установлена ассоциация между генотипами TIMP-2*GA (OR=1,77; 95%СІ: 0,83-3,77) и TIMP-2*AA (OR =3,29; 95%CI: 0,35-30.94) с высоким риском развития ХОБЛ в группе исследования. Также установлено, что у носителей генотипа TIMP-2*GG формируется резистентность к развитию ХОБЛ (OR=0,51; 95%CI: 0,24-1,06). Выводы. Установлена протективная роль доминантного аллеля TIMP-2*G и генотипа TIMP-2*GG (р<0,05) у шахтеров, работающих в условиях воздействия высоких концентраций угольной пыли. Показана ассоциация минорного генотипа TIMP-2*AA с риском развития ХОБЛ в группе исследования.

Ключевые слова: ХОБЛ, TIMP-2, генетическая предрасположенность.

© ДолінчукЛ.В. СТАТТЯ, 2014.

№ 4 2014 Environment & Health 34

D4-14 a.qxd 02.12.2014 18:07 Page 35

THE ROLE OF TISSUE INHIBITOR OF MATRIX METALLOPROTEINASE-2 POLYMORPHISM IN DEVELOPMENT PROFESSIONALLY CAUSED CHRONIC PULMONARY OBSTRUCTIVE DISEASE Dolinchuk L.V.

SI "Institute of Occupational Healht of NAMS of Ukraine", Kyiv

The Objective. Define the role of TMP-2 gene polymorphism (rs9900972) in the development of a genetic predisposition to COPD in order to improve early detection and primary prevention of disease.

Materials and methods. The genotypes of the TIMP-2 gene polymorphisms (rs9900972) was determined in 72 patients with COPD and 79 healthy controls. Real-time polymerase chain reaction (PCR) was used for genotyping of polymorphisms in TIMP-2 gene.

Results and discussion. The study determined frequency distribution of alleles and genotypes for gene TMP-2. Determined the amount of OR and identified an association between genotypes TIMP-2*GA (OR = 1,77; 95% CI: 0,83-3,77) and TIMP-2*AA (OR = 3,29; 95% CI: 0,35-30.94) at high risk of developing COPD in the study group. We also have found that genotype TIMP-2*GG cause the resistance to the development of COPD (OR = 0,51; 95% CI: 0,24-1,06).

Conclusions. The protective role of the dominant allele TIMP-2*G and genotype TIMP-2*GG (p<0,05) in miners working in conditions of high concentrations of coal dust was founded. Shown, that the minor genotype TIMP-2*AA can be associated with the risk of COPD in the study group.

Keywords: COPD, TIMP-2, genetic predisposition.

ти, включені у дослідження, працювали в умовах впливу підвищеної концентрації вугільно-породного пилу у шахтах Львівсько-Волинського вугільного басейну та Донбасу.

ДНК для молекулярно-генетичних досліджень виділяли з лейкоцитів периферичної крові стандартним методом за допомогою комерційної тест-системи "ДНК-сорб-В" ("АмпліСенс", Росія).

Визначення алельного поліморфізму гена TIMP2 (rs9900972) проводили з застосуванням реактивів TaqMan® SNP

Assay C__29843677_10 і 7500

Fast Real_time PCR System (Applied Biosystems, Foster City, USA) методом полімеразної ланцюгової реакції (ПЛР) у реальному часі. Програма ампліфікації складалася з 50 циклів (денатурація — 92°С, 15 с, гібридизація та елонгація — 60°С, 1 хв.), після чого проводився аналіз дискримінації алелей.

Для статистичного аналізу отриманих даних використовували стандартний метод ксі-ква-драту (х2) та співвідношення шансів (Odds Ratio (OR), для визначення вірогідності відмінностей у розподілі алельних варіантів та генотипів у процесі розвитку ХОЗЛ обчислення проводили за допомогою статистичної програми Statistica 8.0.

Результати дослідження та обговорення. Аналіз даних поширеності алелів гена TIMP-2 показав, що частота домінантного алеля TIMP-2*G у шахтарів, хворих на ХОЗЛ, становила 111 (71,1%), а у контрольній групі — 136 (86,1%) (табл. 1). Частота мінорного алеля TIMP-2*А у дослідній групі становила 33 (22,9%), у контрольній групі — 22 (13,9%). Отримане значення частоти алеля TIMP-2*A у

популяції шахтарів було близьким до популяційного значення в європеоїдів — 9,7% [10].

При статистичному аналізі отриманих даних було визначено величину OR для домінантного алеля TIMP-2*G (OR=0,54; 95%СІ: 0,29-1,03) та показано, що наявність зазначеного але-ля у генотипі може зумовлювати протективну роль для його носіїв щодо ризику розвитку ХОЗЛ. Аналіз величини OR мінорного алеля TIMP-2*A у шахтарів, хворих на ХОЗЛ, щодо контрольної групи (0R=1,84; 95%Сі: 0,97-3,48) свідчить про кореляцію носійства зазначеного алеля з відносним ризиком розвитку ХОЗЛ.

При обчисленні результатів за допомогою методу х2 у шахтарів досліджуваних груп встановлено статистично достовірну різницю поширеності частот алелів гена TIMP-2 (p<0,05).

Для вивчення асоціації певних генотипів за геном TIMP-2 з ризиком розвитку ХОЗЛ було визначено їхні частоти в обстежених шахтарів дослідної і контрольної груп (рис.).

Дослідженням встановлено, що поширеність гомозигот TIMP-2*GG у групі хворих становила 48 (58,4%); гетерозигот TIMP-2*GA — 27 (37,4 %), гомозигот TIMP-2*AA — 3 (4,2%). У контрольній групі поширеність генотипів становила 58

(73,4%), 20 (2532%) та 1 (1,3%) відповідно (табл. 2).

Відповідність розподілу генотипів до закону Харді-Вайнбер-га у контрольній групі була перевірена зa допомогою тесту ксі-квадрат з 1 ступенем свободи, з використанням корекції Йетса. Розподіл генотипів у контрольній групі відповідає закону Харді-Вайнберга (p>0.05).

При обчисленні результатів за допомогою методу х2 було встановлено статистично вірогідну різницю у розподілі частот генотипу TIMP-2*GG (х2 = 3,19; р<0,05) між шахтарями дослідної та контрольної груп.

За допомогою методу співвідношення шансів було визначено величини OR та встановлено асоціації між генотипами TIMP-2*GA (OR=1,77; 95%СІ: 0,83-3,77) та TIMP-2*AA (OR =3,29; 95%CI: 0,35-30,94) і високим ризиком розвитку ХОЗЛ серед шахтарів дослідної групи. Крім того, встановлено, що носійство генотипу TIMP-2*GG чинить відносну резистентність до розвитку ХОЗЛ (OR=0,51; 95%CI: 0,24-1,06).

Отже, аналіз отриманих результатів показав, що в осіб, у генотипі яких присутній мінорний A-алель поліморфізму (rs9900972) гена TIMP-2, визначається підвищений ризик до розвитку ХОЗЛ. Зазначене можна пояснити тим, що наяв-

Таблиця 1

Частота (%) поширеності алелів G і A поліморфізму (rs9900972) гена TIMP-2 у популяції шахтарів

Г рупа обстежених G A

Дослідна (n=144) 77,1 (n=111)* 22,9 (n=33)*

Контроль(n=158) 86,1 (n=136) 13,9 (n=22)

OR, 95% СІ 0,54 (0,29-1,03) 1,84 (0,97-3,48)

Примітка до таблиць 1 і 2: * — P<0,05 порівняно з контролем.

35 Environment & Health № 4 2014

D4-14 a.qxd 02.12.2014 18:07 Page 36

ність даного алеля зумовлює зменшення функціональної активності білкового продукту гена ТІМР-2. Відомо, що для запобігання пошкоджень легеневої паренхіми продукується фермент антипротеаза у кількості, необхідній для достатньої протидії високій активності матриксних металопротеї-наз. Порушення синтезу даного інгібітора може також призвести до накопичення позаклітинного матриксу з розвитком фіброзу, що є однією з морфологічних характеристик ХОЗЛ. Особливо важливим цей механізм стає на стадії ремоделю-вання дихальних шляхів при даній патології. Таким чином, коректна експресія гена TIMP-2 має істотне значення для фізіологічної функції легень [9].

Висновки

1. У результаті проведеного дослідження було визначено значення OR для носіїв домінантного алеля TIMP-2*G (Or = 0,54; 95%СІ: 0,29-1,03) та генотипу TIMP-2*GG (OR = 0,51; 95%CI: 0,21-1,06), що свідчать про відносно протективну роль даного генотипу щодо ризику розвитку ХОЗЛ. Також встановлено статистично достовірну різницю частот алеля G гена ТІМР-2 (х2 = 3,51, р<0,05) та генотипу TIMP-2*GG (%2 = 3,19; р<0,05) між шахтарями дослідної і контрольної груп. Отже, ці

поліморфні варіанти гена ТІМР-2 можуть бути включеними до переліку біомаркерів резистентності ризику розвитку ХОЗЛ.

2. Встановлено асоціацію між мінорним алелем TIMP-2*A (OR = 1,84; 95%СІ: 0,97-3,48) та генотипом TIMP-2*AA (OR = 3,29; 95%CI: 0,35-30.94) з ризиком розвитку ХОЗЛ у шахтарів підземних шахт України.

3. Отримані результати досліджень відкривають нові можливості для удосконалення заходів первинної і вторинної профілактики ХОЗЛ з урахуванням визначення генетичної схильності до даного захворювання.

ЛІТЕРАТУРА

1. Кундієв Ю.І. Професійна захворюваність в Україні у динаміці довгострокового спостереження / Ю.І. Кундієв, А.М. Нагорна // Укр. журн. з проблем медицини праці. — 2006. — № 1. — С. 3-12.

2. Chronic obstructive pul monary disease: current burden and future projections / A.D. Lopez, K. Shibu-ya, C. Rao et al. // Eur. Respir. J. — 2006. — Vol. 27. — P 397-412.

3. Mathers C.D. Projections of global mortality and burden of disease from 2002 to 2030 / C.D. Mathers, D. Loncar // PLoS Med. — 2006. — Vol. 3. — № 11. — Р. 442.

4. The occupational burden of chronic obstructive pulmonary disease / L. Trupin, G. Earnest, M. San Pedro et al. // Eur. Respir. J. — 2003. — Vol. 22 (3). — P 462-469.

5. Кундієв Ю.І. Професійні захворювання, що виникають внаслідок впливу пилу / Ю.І. Кундієв, А.М. Нагорна, А.В. Басанець // Професійне здоров'я в Україні / Ю.І. Кундієв (ред.). — Київ: Аві-ценна, 2006. — С. 99-124.

6. Association of MMP — 12 polymorphisms with severe and very severe COPD: A case control study of MMPs — 1,9 and 12 in a European population / I. Haq, S. Chappell,

S.R. Johnson et al. // BMC Med. Genet. — 2010. — № 11. — P 7.

7. Association analysis of tissue inhibitor of metalloproteinase2 gene polymorphisms with COPD in Egyptians / A.E. Hegab, T Sakamoto, Y Uchida et al. // Respir. Med. — 2005. — Vol. 99. — P 107-110.

8. Tissue inhibitor of metallopro-teinases-2gene polymorphisms in chronic obstructive pulmonary disease / K. Hirano, T. Sakamoto, Y Uchida et al. // Eur. Respir. J. — 2001. — Vol. 18. — P 748-52.

9. Murphy G. Tissue inhibitors of metalloproteinases / G. Murphy // Genome Biology. — 2011. — Vol. 12, № 11. — Р 233.

10. National Center for Bio-

technology Information. Available from: http:http://www.ncbi.nlm.

nih.gov/projects/SNP/

REFERECES

1. Kundiiev YI, Nahorna A.M. Ukr. zhurnal z problem medytsyny prat-si. 2005 ; 1 : 3 — 12 (in Ukrainian).

2. Lopez A.D, Shibuya K., Rao C., Mathers C.D., Hansell A.L., Held L.S. et al. Eur Respir. J. 2006; 27 : 397-412.

3. Mathers C.D., Loncar D. PLoS Med. 2006 ; 3(11) : e442.

4. Trupin L., Earnest G., San Pedro M., Balmes J.R., Eisner M.D., Yelin E. et al. Eur Respir J. 2003; 22(3) : 462-469.

5. Kundiev YI., Nahorna A.M., Basanets A.V. Profesiini zakhvoriu-vannia, shcho vynykaiut vnaslidok vplyvu pylu [Occupational Diseases that Arise due to Dust]. In: Profesii-ne zdorovia v Ukraini [Occupational Health in Ukraine]. Kyiv : Avitsenna; 2006 : 99-124 (in Ukrainian).

6. Haq I., Chappell S., Johnson S.R., Loty. J, Daly L., Morgan K. et al. BMC Med Genet. 2010; 11: 7.

7. Hegab A.E., Sakamoto T., Uchida Y, Nomura A., Ishii Y, Mo-rishima Y et al. Respir. Med. 2005; 99 : 107-10.

8. Hirano K., Sakamoto T, Uchida Y, Morishima Y, Masuyama K., Ishii Y et al. Eur Respir J. 2001;18 : 748-52.

9. Murphy G. Genome Biology. 2011 ; 12 (11):233.

10. National Center for Biotechnology Information. Available from: http:http://www.ncbi. nlm. nih.gov/projects/SNP/.

Надійшла до редакції 10.09.2014

Рисунок

Розподіл частот генотипів гена TIMP-2 у популяції шахтарів

H^^G/G U^^G^ Z ТІМР-2*А/А

Таблиця 2

Поширеність генотипів поліморфізму (rs9900972) гена TIMP-2 у популяції шахтарів

Г рупа обстежених G/G G/A A/ A

Дослідна (п=72) 58,4 (п=42)* 37,4 (п=27) 4,2 (п=3)

Контрольна(п=79) 73,4 (п=58) 25,3 (п=20) 1,3 (п=1)

OR, 95% СІ 0,51 (0,24-1,06) 1,77 (0,83-3,77) 3,29 (0,35-30.94)

№ 4 2014 Environment & Health 36