Вовлеченность полиморфизма генов ферментов антиоксидантной системы в формирование предрасположенности к мультифакториальным заболеваниям человека
На правах рукописи
Солодилова Мария Андреевна ВОВЛЕЧЕННОСТЬ ПОЛИМОРФИЗМА ГЕНОВ ФЕРМЕНТОВ АНТИОКСИДАНТНОЙ СИСТЕМЫ В ФОРМИРОВАНИЕ ПРЕДРАСПОЛОЖЕННОСТИ К МУЛЬТИФАКТОРИАЛЬНЫМ ЗАБОЛЕВАНИЯМ ЧЕЛОВЕКА 03.00.15 – генетика
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук
Москва – 2009
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Курский государственный медицинский университет Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию.
Научный консультант:
доктор медицинских наук, профессор Иванов Владимир Петрович
Официальные оппоненты:
доктор биологических наук, профессор Спицын Виктор Алексеевич доктор медицинских наук, профессор Щипков Валерий Петрович доктор биологических наук, профессор Жукова Ольга Владимировна Ведущее учреждение:
Государственное учебно-научное учреждение Биологический факультет Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова.
Защита диссертации состоится _ _ 2009 г. в часов на заседании диссертационного совета Д. 212.203.05 при ГОУ ВПО Российский университет дружбы народов по адресу: 117198, г. Москва, ул. Миклухо Маклая, д. 8.
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Российского университета дружбы народов по адресу:
117198, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6.
Автореферат разослан _ _ 2009 г.
Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук, доцент О.Б. Гигани
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы Одной из наиболее древних, эволюционно сложившихся и сложноустроенных биологических систем у человека является система редокс гомеостаза, главным компонентом которой является сеть ферментов антиоксидантной защиты, контролирующих течение, направленность и интенсивность процессов свободнорадикального окисления (СРО) в органах и тканях и обеспечивающих приспособление организма к изменяющимся условиям внешней среды [Скулачев В.П. 1988;
Величковский, 2001;
Зозуля Ю.А. и др. 2000;
Halliwell B.M.C. и Gutteridge J., 2007]. Система антиоксидантной защиты представляет собой разветвленную, многокомпонентную сеть физиологически активных веществ, объединяющих ферментные и неферментные соединения, которые включаются в работу последовательно, взаимно дополняя друг друга, тем самым, обеспечивая контроль окислительных реакций и инактивацию всего многообразия токсичных продуктов СРО. Основными биологическими субстратами ферментов антиоксидантной системы (АОС) являются активные формы кислорода (АФК), которые при физиологических концентрациях регулируют важнейшие биологические процессы в клетках: митогенную активность, регуляцию генной экспрессии [Степаненко И.Л., 2004], индукцию и реализацию апоптоза [Скулачев В.П., 2001], модуляцию иммунного ответа [Drapier J.C.1991], антибактериальную защиту [Forman H.J.1986], клеточную адгезию и воспалительные реакции [Кулинский В.И. 1999], а также сигнальную трансдукцию [Burdon R.H., 1992]. Однако, при избыточных концентрациях, АФК могут приводить к окислительной модификации и инактивации различных ферментов и структурных белков, повреждению клеточных мембран посредством активации перекисного окисления липидов и гликозилирования белков, вызывают структурные повреждения молекулы ДНК, способствуя возникновению генных мутаций [Ере В. 1991;
Eisenberg W.C. 1992;
Kehrer J.P. 1993;
Halliwell B.M.C., Gutteridge J., 2007]. Именно посредством скоординированного взаимодействия ферментов антиоксидантной защиты, а также буферной емкости неферментативной компоненты редокс-гомеостаза осуществляется поддержание окислительных процессов на уровне, необходимом для нормального течения многочисленных физиологических процессов на клеточном уровне [Соколовский В.В., 1988;
Эмануэль Н.М., 1984]. Если процессы образования и обезвреживания АФК выходят из-под контроля, то нарушается баланс между интенсивностью прооксидантных и антиоксидантных реакций с накоплением продуктов СРО, формированием окислительного стресса (ОС) и формируются стойкие патологические состояния. На сегодняшний день уже известно более нозологических форм болезней, в этиопатогенезе которых ведущая роль принадлежит активации СРО и накоплению в тканях токсичных свободных радикалов [Зборовская И.А., 1995;
Hamanishi T., et al, 2004;
Zhou XF et al, 2005;
Halliwell B.M.C., Gutteridge J., 2007;
Chaves FJ et al, 2007;
Moffatt MF.2008].
Подавляющее большинство этих болезней относится к категории мультифакториальных заболеваний (МФЗ), возникающих при совместном участии генетических и средовых факторов. Многочисленными зарубежными и отечественными исследованиями, проводившимися за последние 30 лет, было убедительно показано, что нарушения в функционировании антиоксидантной системы могут лежать в основе практически всех известных сегодня мультифакториальных заболеваний.
Хорошо известно, что антиоксидантная система включает в себя большое количество звеньев, но генетически детерминированными являются антиоксидантные ферменты, характеризующиеся выраженными межиндивидуальными и популяционными различиями в ферментативной активности, благодаря наличию в структуре их генов функционально неравноценных полиморфных аллелей [Halliwell B., M.C.Gutteridge J., 2007].
Именно наличие ДНК-полиморфизмов в структуре генов ферментов АОС делает каждого человека уникальным в отношении активности свободнорадикальных процессов, что и определяет его индивидуальную устойчивость или чувствительность к повреждающему действию прооксидантов внешней среды и, фактически, детерминирует возможность развития патологических процессов.
Благодаря многолетним исследованиям, проводившимся сотрудниками кафедры биологии, медицинской генетики и экологии Курского государственного медицинского университета, была впервые сформулирована эколого токсикогенетическая концепция мультифакториальных заболеваний, согласно которой генетическую основу формирования распространенных МФЗ у человека составляют специфические взаимодействия между генами ферментов биотрансформации ксенобиотиков, которые совместно со средовыми факторами токсической природы способны инициировать развитие самых разнообразных по проявлениям болезней [Полоников А.В., Иванов В.П., Солодилова М.А., 2008]. В связи с тем, что система биотрансформации ксенобиотиков структурно и функционально интегрирована с системой антиоксидантной защиты, гены ферментов АОС могут также вносить существенный вклад в генетическую компоненту подверженности распространенным МФЗ в современных популяциях человека. Однако, не смотря на растущее в последние годы количество работ, посвященных изучению роли генов АОС в развитии мультифакториальных заболеваний [Guzik T.J. et al, 2000;
Ito D. et al, 2000;
Nakamura S, et al, 2002;
David GL, et al, 2003;
Hsu PI et al, 2005;
Ambrosone CB et al, 2005;
Chaves FJ et al, 2007, Moffatt MF.2008], остаются невыясненными вопросы молекулярно-генетических механизмов, лежащих в основе реализации полигенной предрасположенности к данному классу болезней, детерминированной изменчивостью интегрированного комплекса антиоксидантных и прооксидантных ферментов. В связи с потенциальной вовлеченностью генов ферментов АОС в этиопатогенез распространенных и социально значимых мультифакториальных заболеваний представлялось крайне важным осуществление комплексного молекулярно генетическое изучения вклада полиморфных вариантов данных генов в формирование предрасположенности к указанному классу болезней человека.
Цель исследования Осуществить комплексный молекулярно-генетический анализ вовлеченности полиморфизма генов ферментов антиоксидантной системы в развитии распространенных мультифакториальных заболеваний у человека на примере язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, бронхиальной астмы и гипертонической болезни.
Задачи исследования 1. Изучить популяционную распространенность полиморфных вариантов генов ферментов антиоксидантной системы среди русских жителей Центрально Черноземного региона Российской Федерации.
2. Провести анализ ассоциаций полиморфизма генов ферментов антиоксидантной системы с предрасположенностью к трем патогенетически самостоятельным мультифакториальным заболеваниям: язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, бронхиальной астме и гипертонической болезни.
3. Установить особенности ассоциаций полиморфных вариантов генов антиоксидантной системы с предрасположенностью к различным клинико патогенетическим вариантам рассматриваемых мультифакториальных заболеваний с учетом полового диморфизма и возраста их манифеста.
4. Провести оценку фенотипических эффектов генетических моделей взаимодействия между аллелями генов антиоксидантной системы, которые будут ассоциированы с предрасположенностью к изучаемым МФЗ, с учетом полового диморфизма и возраста начала болезней.
5. Исследовать сопряженность фенотипических эффектов полиморфных вариантов генов антиоксидантной системы с влиянием средовых факторов прооксидантного и антиоксидантного действия в реализации наследственной предрасположенности к изучаемым мультифакториальным заболеваниям.
6. Проанализировать взаимодействия между генами ферментов антиоксидантной системы, а также взаимодействия генов АОС с другими генами регуляторами гомеостаза и дать оценку роли указанных взаимодействий в этиопатогенезе изучаемых мультифакториальных заболеваний.
7. Исследовать и смоделировать с помощью биоинформатических подходов взаимодействия генов ферментов антиоксидантной системы с известными кандидатными генами рассматриваемых заболеваний и оценить роль генной сети редокс-гомеостаза в формировании генетической компоненты подверженности отдельным клинико-патогенетическим вариантам изучаемых мультифакториальных заболеваний.
8. Провести анализ величин неравновесия по сцеплению и гаметических корреляций между полиморфными вариантами генов ферментов антиоксидантной системы в норме и при каждом из изучаемых мультифакториальных заболеваний.
Научная новизна исследования Впервые в рамках одного исследования был осуществлен комплексный молекулярно-генетический анализ полиморфизма генов ферментов антиоксидантной системы при трех патогенетически самостоятельных и распространенных мультифакториальных заболеваниях – язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, бронхиальной астмы и гипертонической болезни. Реализованный в настоящей работе комплексный подход, включающий стандартные методы генетической эпидемиологии, статистической генетики и компьютерного моделирования, позволил установить новые генетические маркеры предрасположенности к различным клинико-патогенетическим вариантам изучаемых МФЗ - 10 новых кандидатных генов (12 ДНК-маркеров) бронхиальной астмы, 8 новых кандидатных генов гипертонической болезни и 8 новых кандидатных генов (9 ДНК-маркеров) язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки. Эффективность использованного в работе подхода позволила сформировать новое направление исследований в медицинской генетике, связанное с комплексной оценкой вовлеченности генов ферментов антиоксидантной системы в формировании предрасположенности к патогенетически различным мультифакториальным заболеваниям человека.
Получены новые данные о вовлеченности полиморфных генов ферментов АОС в формирование предрасположенности к патогенетически различным мультифакториальным заболеваниям и описаны конкретные молекулярные механизмы, посредством которых данные гены сопряжены с патогенезом каждой из изученных болезней. Впервые была установлена модифицирующая роль генов ферментов АОС в детерминации возраста манифестации мультифакториальных заболеваний и выявлен выраженный половой диморфизм во взаимосвязях генов АОС с риском развития изучаемых МФЗ. Впервые было установлено, что в основе формирования генетической предрасположенности к патогенетически самостоятельным нозологическим формам мультифакториальных заболеваний лежат структурно-функциональные особенности организации генной сети ферментов редокс-гомеостаза, патологические эффекты которой зависят от влияния факторов внешней среды прооксидантного и антиоксидантного действия.
С использованием методов SAA и MDR впервые смоделированы взаимодействия генов ферментов прооксидантого и антиоксидантного действия, а также изучена их взаимосвязь с другими генами-регуляторами гомеостаза при различных клинико-патогенетических вариантах мультифакториальных заболеваний с учетом полового диморфизма. Основываясь на результатах многоэтапного анализа межгенных взаимодействий и стохастического моделирования, были впервые реконструированы модели генной сети редокс-гомеостаза при различных клинико патогенетических формах изученных МФЗ и показаны существенные различия в характере их организации у мужчин и женщин.
Научно-практическая значимость исследования Результаты выполненной работы открывают новые перспективы для более глубокого изучения молекулярно-генетических механизмов, посредством которых полиморфные гены ферментов АОС вовлечены в этиологию и патогенез не только язвенной болезни, бронхиальной астмы и гипертонической болезни, но и многих других распространенных мультифакториальных заболеваний. Для доклинической диагностики МФЗ генетическое тестирование полиморфизма генов ферментов АОС позволит не только выявить ключевые межгенные взаимодействия, формирующие предрасположенность к заболеванию, оценить возможные патогенетические механизмы его развития, но и идентифицировать спектр возможных средовых факторов, способных спровоцировать возникновение или обострение той или иной патологии. Полученные в результате генетического тестирования данные по полиморфным вариантам генов АОС могут быть применимы для определения подходов к профилактике МФЗ в отягощенных семьях в рамках медико-генетического консультирования. Сведения о полиморфизме генов антиоксидантных ферментов дают ценную информацию об особенностях функционирования системы антиоксидантной защиты в целом, и открывают широкие возможности для практического применения элементов индивидуализированной генотип-специфической терапии и профилактики широкого спектра мультифакториальных заболеваний, посредством контроля над потенциально регулируемыми средовыми факторами риска прооксидантного и антиоксидантного действия. Результаты, полученные в ходе настоящего исследования, формируют новые представления о роли генов ферментов АОС в формировании предрасположенности к мультифакториальным заболеваниям и создают теоретическую и концептуальную основу для расширения и практического внедрения знаний об этиологии и патогенезе самого распространенного класса болезней человека в образовательный процесс, не только в рамках медицинской генетики, но и медицины, в целом. В частности, результаты исследования могут быть использованы при чтении специальных курсов по медицинской и клинической генетике, биохимии, патофизиологии, внутренним болезням в вузах медицинского и медико-биологического профиля, а также на курсах повышения квалификации медицинских работников.
Положения, выносимые на защиту 1. Гены ферментов антиоксидантной системы вовлечены в формирование предрасположенности к патогенетически различным мультифакториальным заболеваниям, а генетическая основа их развития характеризуется значительной аллельной и локусной гетерогенностью, проявляющейся на фенотипическом уровне выраженным половым диморфизмом предрасположенности к болезням и варьирующим возрастом их манифеста.
2. Отклонения частот аллелей и генотипов ферментов АОС при мультифакториальных заболеваниях, не смотря на свою специфичность при каждом виде патологии, характеризуются преимущественным накоплением среди больных функционально активных аллелей генов ферментов прооксидантного действия, в сочетании с функционально неполноценными аллельными вариантами генов ферментов антиоксидантного действия, тем самым, формируя генетическую основу для нарушений эндогенного баланса между прооксидантами и антиоксидантами, которая, в свою очередь, может способствовать смещению редокс-гомеостаза в сторону усиления СРО, формирования окислительного стресса и оксидативного повреждения органов и тканей.
3. Патологические эффекты генотипов полиморфных генов ферментов АОС в отношении риска возникновения МФЗ проявляются в зависимости от прооксидантного и антиоксидантного влияния факторов внешней среды. При прооксидантном действии среды генотипы ферментов АОС, по-видимому, потенцируют их негативное влияние на органы и ткани посредством усиления СРО, увеличивая риск развития болезней, тогда как, в условиях антиоксидантного действия среды генотипы ферментов АОС могут не проявляться патологическими изменениями фенотипа или даже обладать защитными свойствами в отношении риска развития той или иной патологии.
4. Генетическую основу для формирования различных клинико патогенетических вариантов мультифакториальных заболеваний составляют тесные и специфичные взаимодействия между генами ферментов антиоксидантной системы и генами-регуляторами гомеостаза, большую часть которых представляют известные гены-кандидаты изученных болезней, что может свидетельствовать о тесной сопряженности в функционировании системы редокс гомеостаза с другими физиологическими системами, вовлеченными в молекулярные звенья патогенеза рассмотренных мультифакториальных заболеваний.
5. Гены ферментов антиоксидантной системы образуют сложную и иерархичную генную сеть редокс-гомеостаза, структурно-функциональная организация которой имеет принципиальные различия при разных видах патологии у мужчин и женщин. В структуре генной сети редокс-гомеостаза можно выделить главные гены, от взаимодействия которых в наибольшей степени зависит риск развития того или иного заболевания, а также гены-модификаторы, патологические эффекты которых не имеют самостоятельного значения для риска развития болезней и, благодаря эпистатическим взаимодействиям с главными генами, могут не иметь существенного проявления на фенотипическом уровне.
6. Между аллельными вариантами генов ферментов антиоксидантной системы обнаружены специфичные для каждого мультифакториального заболевания гаметические корреляции, свидетельствующие, с одной стороны, о разнообразии эволюционно сложившихся адаптивных вариантов гаплогрупп ферментов редокс-гомеостаза, с другой - о несовершенстве приспособительных свойств отдельных гаплогрупп, которые в условиях современной техногенной цивилизации, могут потенцировать оксидативные повреждения биоструктур и способствовать формированию стойких патологических состояний.
Апробация работы и публикации Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на IV и V съездах Российского общества медицинских генетиков (Курск, 2000;
Уфа, 2005), на 3-м съезде ВОГиС (Москва, 2004), на Международной научной конференции Экология, окружающая среда и здоровье населения Центрального Черноземья (Курск, 2005), на научной конференции международного общества по изучению вариабельности генома человека HGVS (Киото, Япония, 2005), на VI и VII съездах научного общества гастроэнтерологов России (Москва, 2006, 2007), на Российской конференции с международным участием Медико-биологические аспекты мультифакториальной патологии (Курск, 2006), на Всероссийской научной конференции с международным участием “Физиолого-гигиенические проблемы экологии человека” (Белгород, 2007), на VIII научной конференции «Генетика человека и патология» (Томск, 2007), на Международной (Российско-Японско Американской) научно-практической конференции “Современные технологии и общая концепция профилактики и лечения сердечно-сосудистых заболеваний” (Хабаровск, 2007), на IV международном симпозиуме “Computational Methods in Toxicology and Pharmacology Integrating Internet Resources” (Москва 2007), на Российском национальном конгрессе кардиологов и конгрессе кардиологов стран СНГ (Москва, 2007, 2008), на научно-практической конференции “Современные проблемы клинической генетики” (Москва, 2008), на 11-м Семинаре “New trends in chemical toxicology” (Москва, 2008), на итоговых научных сессиях КГМУ и отделения медико-биологических наук Центрально-Черноземного научного центра РАМН (Курск, 2005-2009). По материалам диссертации опубликовано 45 печатных работы, в том числе 18 статей в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России для публикации результатов докторских диссертаций на соискание ученой степени биологических наук. Диссертантом получен диплом на открытие и имеется 1 патент на изобретение.
Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов, 4 глав собственных результатов, обсуждения, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы и приложений. Работа изложена на страницах машинописного текста, иллюстрирована 64 таблицами и 51 рисунком и содержит 19 приложений. Список литературы включает 401 источник: отечественных и 329 зарубежных.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ Материалом для исследования послужила популяционная выборка неродственных индивидов жителей Центрально-Черноземного региона России.
Все обследованные, включая здоровых и больных различными нозологическими формами МФЗ, были русской национальности. Всего было обследовано человек. Анализировались три группы пациентов: больные язвенной болезнью (n=305), больные бронхиальной астмой (n=215) и больные гипертонической болезнью (n=222). Контрольная группа включала 335 относительно здоровых индивидов. Формирование выборок осуществлялось сплошным методом по мере поступления больных на стационарное лечение в гастроэнтерологические, пульмонологические и кардиологические отделения областной клинической больницы и больницы скорой медицинской помощи г. Курска за период с 2003 по 2004г. Верификация диагнозов заболеваний осуществлялась квалифицированными врачами соответствующих отделений. Из общей выборки здоровых добровольцев были сформированы 3 контрольные группы, каждая из которых соответствовала своей нозологической форме по полу и возрасту.
Для проведения молекулярно-генетических исследований у всех обследуемых проводился забор венозной крови в количестве 5-10 мл. Выделение геномной ДНК осуществлялось из замороженной крови стандартным двухэтапным методом фенольно-хлороформной экстракции [Маниатис Т. и др.,1984]. В рамках работы проводилось генотипирование 20 полиморфизмов (SNP-маркеры) 15 генов ферментов АОС: GPX1 (P198L), GPX2 (G173V), GPX3 (T39T), GPX4 (T2650C), SOD2 (A16V), SOD3 (A40T), CAT1 (-21A/T, –262C/T), NQO1 (R139W, P187S), CYBA (C242T, A640G, -930A/G), GCLM (-588C/T, -23G/T), MPO (-463G/A), FMO (E158K), GSR (T/C), TXNRD1 (C/G) и PRDX1 (C/A). Для моделирования межгенных взаимодействий дополнительно использовались результаты генотипирования 12 полиморфизмов 8 генов ферментов биотрансформации ксенобиотиков, обладающих антиоксидантной активностью: CYP1A1 (I462V, T6235C), CYP2E1 (-1259G/C, 7632T/A и 9896C/G), PON1 (Q192R), PON2 (S311C), EPHX1 (Y113H, H139R), GSTM1 (+/0), GSTT1 (+/0) и GSTP1 (I105V). Кроме того, при язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки использовались результаты генотипирования 12 ДНК-маркеров 6 генов: PI (M/S, M/Z, 1236G/A), PGC (I/D), TGF1 (L10P, R25P, C-509T), EGF (+61G/A), TNF (-238G/A, -308G/A, -863C/A) и IL1 (-511C/T);
при бронхиальной астме - 12 ДНК-маркеров 9 генов:
IL1 (-511C/T), IL3 (S27P, -15С/T), IL5 (C-703T), IL5RB (G1972A), IL9 (T113M), IL13 (-1111C/T), СС16 (A38G), PI (M/S, M/Z, 1236G/A) и TNF (-308G/A);
при гипертонической болезни - 11 ДНК-маркеров 8 генов: ADD1 (G460W), GNB (G272S, C825T), NOS3 (E298D, -786T/C), AGT (T174M, M235T), AGTR1 (1166A/C), ACE (I/D), TGF1 (R25P) и MLR (A4582C).
Для оценки соответствия распределений генотипов ожидаемым значениям при равновесии Харди-Вайнберга и для сравнения распределений частот генотипов и аллелей в выборках больных и здоровых использовали критерий Пирсона [Вейр Б., 1995]. Гаметические корреляции и показатели неравновесия по сцеплению между парами ДНК-маркеров рассчитывались по W.G. Hill [Hill W.G., 1974]. Для сравнения частот аллелей и генотипов между различными группами использовали критерий 2 с поправкой Йетса [Реброва О.Ю., 2003]. Об ассоциации аллелей или генотипов с предрасположенностью к заболеваниям судили по величине отношения шансов (OR) [Pearce N., 1993]. Границы 95%-го доверительного интервала (CI) для OR вычисляли методом B.Woolf. Межгенные взаимодействия изучали тремя различными подходами. Первый подход был реализован посредством сравнительного анализа парных комбинаций генотипов между группами и расчета отношения шансов с целью оценки тенденций в накоплении определенных сочетаний генотипов АОС среди больных различными МФЗ в отличие от контроля. Второй подход к анализу межгенных взаимодействий включал стохастическое моделирование методом Set-Association, реализованным в программе SUMSTAT-2004 (Rockefeller University, США). При реализации метода Set-Association сначала проводили сравнения частот генотипов по каждому i-ДНК маркеру генов АОС между группами здоровых и больных МФЗ в таблицах сопряженности 23 (df=2). Полученные при сравнениях групп суммарные статистики (Si) ранжировали в соответствии с выраженностью их ассоциаций с болезнями: S(1) S(2) S(3) S(4) …Sn и в такой последовательности ДНК-маркеры включали в модель пошаговым методом [Hoh J. et al., 2000]. На каждом этапе проводилась суммация статистик (Sn) по комбинациям ДНК-маркеров и рассчитывался эмпирический уровень значимости (pn) взаимодействия процедурой Монте-Карло после 10000 симуляций. Сочетания ДНК-полиморфизмов, характеризовавшиеся наименьшими значениями эмпирического уровня значимости (pmin), рассматривались как ключевые межгенные взаимодействия, формирующие предрасположенность к тому или иному заболеванию [Hoh J. et al.,2001]. Третий подход в анализе межгенных взаимодействий был реализован с помощью биоинформатического метода Multifactor Dimensionality Reduction (программа MDR, v.1.1.0 www.epistasis.org/mdr.html), предложенного Ritchie M.D. et al. [2005] для моделирования геномных взаимодействий высокого порядка, которые невозможно оценить с помощью традиционно используемых в генетической эпидемиологии параметрических методов [Moore JH, 2004;
Motsinger AA et al, 2006, Moore JH et al, 2006]. Метод MDR позволяет уменьшить размерность числа рассчитываемых параметров при одновременной оценке взаимодействий большого количества SNP-маркеров путем конструирования новых переменных на основе суммирования сочетаний генотипов как повышенного, так и пониженного риска развития болезни. Анализ взаимодействий генотип-среда проводился путем сопоставления величин отношения шансов (OR), рассчитанных для индивидуальных генотипов в группах, сформированных по критерию наличия (f+) или отсутствия (f-) средового фактора риска [Pearce N., 1993]. Для расчета взаимодействий генов АОС со средовыми факторами про- и антиоксидантного действия были выбраны такие факторы как курение и уровень потребления растительной пищи (РП) соответственно. Статистическая обработка данных проводилась на персональном компьютере с использованием программных пакетов Statistica 6.0 (StatSoft) и MS Excel 2002. Значения p0, рассматривались как статистически значимые. При множественных сравнениях групп уровни значимости p оценивались процедурой симуляции Монте-Карло с помощью программы CLUMP (www.mds.qmul.ac.uk/statgen/dcurtis.html).
РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 1. Анализ ассоциации полиморфизма генов ферментов антиоксидантной системы с развитием мультифакториальных заболеваний Распределения генотипов в исследованных выборках для большинства изученных ДНК-маркеров находились в равновесии Харди-Вайнберга. Частоты аллелей исследованных полиморфных генов ферментов АОС в изученной популяционной выборке русских жителей Центрального Черноземного региона России не отличались от других европеоидных популяций. Сравнительный анализ частот аллелей генов ферментов АОС контрольной группы с тремя нозологическими формами мультифакториальной патологии и позволил установить ассоциации отдельных аллельных вариантов с предрасположенностью к каждому из изученных МФЗ. В частности, предрасположенность к язвенной болезни двенадцатиперстной кишки (ЯБДПК) ассоциировалась с носительством аллеля C гена GSR (OR=1,31;
95%CI 1,00-1,72), а предрасположенность к язвенной болезни желудка (ЯБЖ) - с носительством аллеля C гена GSR (OR=1,48;
95%CI 1,09-2,00), аллеля A гена GPX3 (OR=1,37;
95%CI 1,00-1,88) и аллеля 640G гена CYBA (OR=0,75;
95%CI 0,56-1,00). Предрасположенность к аллергической бронхиальной астме (аБА) ассоциировалась с носительством аллеля С гена GSR (OR=1,39;
95%CI 1,03-1,88), аллеля 463A гена MPO (OR=0,62;
95%CI 0,41-0,93) и аллеля -21T гена CAT (OR=0,75;
95%CI 0,56-1,02), тогда как предрасположенность к неаллергической бронхиальной астме (нБА) была ассоциирована с носительством аллеля -21T гена CAT (OR=0,65;
95%CI 0,42-1,00).
Носительство аллеля -262T гена CAT (OR=0,72;
95%CI 0,53-0,97) и аллеля G гена TXNRD1 (OR=0,71;
95%CI 0,50-1,00) ассоциировалось с пониженным риском развития гипертонической болезни. Различий в частотах аллелей генов АОС между группами здоровых и больных транзиторными (тГБ) и постоянными (пГБ) формами гипертонической болезни не установлено.
В таблице 1 представлены статистически значимые ассоциации генотипов ферментов АОС с развитием язвенной болезнью желудка и двенадцатиперстной кишки. Так, частота гомозигот CC гена GSR была выше у больных ЯБДПК, чем у здоровых индивидов (OR=1,66;
95%CI 1,12-2,47), тогда как частота гетерозигот TC, напротив, была ниже в группе больных, чем в контроле (OR=0,68;
95%CI 0,46 0,98). Частота генотипа 640AA гена CYBA была выше в группе больных ЯБДПК, чем в контроле (OR=0,57;
95%CI 0,37-0,89). Также как и при ЯБДПК, у больных ЯБЖ гомозиготный генотип CC гена GSR ассоциировался с повышенным риском Таблица Ассоциации генотипов ферментов АОС с предрасположенностью к язвенной болезни двенадцатиперстной кишки и желудка Распределение частот генотипов Критерий Ген АОС, Контрольная различий при Генотипы Больные ЯБ полиморфизм группа (n=215) df=1, 2 (p) n % n % Язвенная болезнь двенадцатиперстной кишки (n=230) TC 99 43,0 113 52,8 0, GSR T/C CC 93 40,4 62 29,0 0, CYBA 640AG 640AA 66 28,7 40 18,7 0, Язвенная болезнь желудка (n=153) GSR T/C CC 62 40,5 62 29,0 0, CYBA 640AG 640AA 43 28,1 40 18,7 0, заболевания (OR=1,67;
95%CI 1,08-2,59). Кроме того, было установлено, что частота генотипа 640AA гена CYBA у больных ЯБЖ была выше, чем в контрольной группе (OR=0,59;
95%CI 0,36-0,96).
В таблице 2 представлены результаты сравнительного анализа частот генотипов ферментов АОС между группами больных бронхиальной астмой и здоровых индивидов. Так, гетерозиготный генотип 198PL гена GPX ассоциировался с повышенным риском развития аллергической формы БА (OR=1,54;
95%CI 1,01-2,33), а частота генотипа дикого типа 198PP гена GPX была ниже в группе больных аБА, чем в контрольной группе (OR=1,59;
95%CI 1,04-2,41). Частота гомозигот дикого типа TT гена GSR была ниже у больных аБА, чем у здоровых индивидов (OR=1,88;
95%CI 1,02-3,46). Частота гомозиготного генотипа -21AA гена CAT была выше в группе больных аБА, чем в контрольной группе (OR=0,47;
95%CI 0,25-0,92). Частоты вариантных гомозиготных генотипов -588TT и -23TT промоторной области гена GCLM были ниже у больных аБА, чем у здоровых индивидов (OR=0,26;
95%CI 0,08-0,83). Гомозиготный вариантный генотип 187SS гена NQO1 ассоциировался с повышенным риском развития аБА (OR=4,33;
95%CI 1,27-14,79). Гетерозиготный генотип 640AG гена CYBA ассоциировался с пониженным риском развития болезни (OR=0,65;
95%CI 0,43 0,99). У больных аБА также имело место увеличение частоты гомозиготного генотипа дикого типа 640AA гена CYBA по сравнению с контрольной группой (OR=0,59;
95%CI 0,36-0,96). Частота гомозиготного генотипа -463GG гена MPO была выше у больных аллергической формой болезни, чем у здоровых индивидов (OR=0,59;
95%CI 0,38-0,93). Несколько иная картина ассоциаций генотипов ферментов АОС наблюдалась при неаллергической форме БА (таблица 2).
Частоты гетерозиготных генотипов -588CT и -23GT гена GCLM были выше у больных нБА, чем у здоровых индивидов (OR=2,05;
95%CI 1,13-3,72). Частота гомозиготного генотипа -21AA гена CAT была выше в группе больных нБА, чем в контроле (OR=0,32;
95%CI 0,14-0,71). Статистически значимых различий в частотах генотипов других полиморфных вариантов генов АОС между группами здоровых индивидов и больных нБА не установлено.
В таблице 3 представлены результаты сравнительного анализа частот генотипов ферментов АОС между группами больных гипертонической болезнью и Таблица Ассоциации генотипов ферментов АОС с предрасположенностью к аллергической и неаллергической формам бронхиальной астмы Распределение частот генотипов Критерий Ген АОС, Контрольная различий при Генотипы Больные БА полиморфизм группа (n=214) df=1, 2 (p) n % n % Аллергическая бронхиальная астма (n=156) 198PP 61 39,1 108 50,5 0, GPX1 P198L 198PL 77 49,4 83 38,8 0, GSR T/C TT 17 10,9 40 18,7 0, CAT -21AT -21AA 24 15,4 17 7,9 0, GCLM -588CT -588TT 3 1,9 17 7,9 0, GCLM -23GT -23TT 3 1,9 17 7,9 0, NQO1 P187S 187SS 10 6,4 3 1,4 0, 640AA 43 27,6 39 18,2 0, CYBA 640AG 640AG 76 48,7 127 59,3 0, MPO -463GA -463GG 113 73,4 131 62,1 0, Неаллергическая бронхиальная астма (n=56) CAT -21AT -21AA 12 21,4 17 7,9 0, GCLM -588CT -588CT 30 53,6 77 36,0 0, GCLM -23GT -23GT 30 53,6 77 36,0 0, Таблица Ассоциации генотипов ферментов АОС с предрасположенностью к транзиторной и постоянной формам гипертонической болезни Распределение частот генотипов Критерий Ген АОС, Контрольная различий при Генотипы Больные ГБ полиморфизм группа (n=225) df=1, 2 (p) n % n % Транзиторная форма гипертонической болезни (n=107) 242СT 65 60,7 111 49,3 0, CYBA 242CT 242TT 4 3,7 27 12,0 0, Постоянная форма гипертонической болезни (n=86) GCLM -588CT -588TT 1 1,2 19 8,4 0, GCLM -23GT -23TT 1 1,2 19 8,4 0, CYBA 242CT 242СT 53 61,6 111 49,3 0, CYBA 640AG 640AG 42 48,8 137 60,9 0, здоровых индивидов. Установлено, что генотип 242СT гена CYBA был ассоциирован с развитием как транзиторной (OR=1,59;
95%CI 1,00-2,54), так и постоянной формы (OR=1,65;
95%CI 0,99-2,74) артериальной гипертензии.
Частота генотипа 242TT гена CYBA была ниже у больных тГБ в сравнении с контролем (OR=0,31;
95%CI 0,11-0,87). Частоты гетерозиготных генотипов -588CT и -23GT гена GCLM были ниже у больных постоянной ГБ, чем у здоровых индивидов (OR=0,19;
95%CI 0,03-1,00).
2.Проявление полового диморфизма в ассоциациях генов ферментов антиоксидантной системы с предрасположенностью к мультифакториальным заболеваниям В связи с тем, что ассоциации кандидатных генов с развитием мультифакториальной патологии могут характеризоваться половым диморфизмом [Turner S.T., 1999, Pinsonneault J., 2003;
Weiss L.A., 2006] представлялось важным исследовать связь полиморфных вариантов генов АОС с предрасположенностью к трем рассматриваемым МФЗ раздельно у мужчин и женщин. В таблице суммированы статистически значимые ассоциации генотипов полиморфных генов ферментов АОС с предрасположенностью к рассматриваемым заболеваниям. Как видно из представленных в таблице 4 данных, с одной стороны, некоторые генотипы ферментов АОС ассоциировались с развитием определенных болезней у Таблица Проявление полового диморфизма в ассоциациях генотипов генов ферментов антиоксидантной системы с предрасположенностью к мультифакториальным заболеваниям Отношения шансов, OR (p0,05) Язвенная болезнь желудка Генотипы генов и двенадцатиперстной Бронхиальная астма Гипертоническая болезнь АОС* кишки ЯБДПК ЯБЖ аБА нБА тГБ пГБ муж. жен. муж. жен. муж. жен. муж. жен. муж. жен. муж. жен.
- - - - 1,96 - - - - - - GPX1 198PP - - - - 2,13 - - - - - - GPX1 198PL - - - - - - - - - 2,50 - GPX1 198LL - - - - - - - 21,5 - - - GPX2 173GV - - 1,70 - - - - - - - - GPX3 GG - 0,29 - - - - - - - - 0,36 GPX4+2650TT - 0,48 - 0,43 - - - - - - - GPX4+2650TC - 0,49 - - - - 0,43 - - - - GSR TC - - - - - - 0,29 - - - - GSR TT - - - - - 2,31 - - - - - GSR TT - 2,35 - 2,31 - - - - - - - GSR CC - - - - - - - - - - 0,25 SOD3 40AA - - - - - - - - - - 0,36 SOD3 40TT - - - - 0,37 - 0,26 - - - - CAT -21AA - - - - - - 2,77 - - - - GCLM-588CC - - - - - - 3,73 - - - - GCLM-588CT - - - - - 6,35 - - - - - NQO1 187SS - - - - - - - - - - - 1, CYBA 242СС - - - - - - - - - - - 2, CYBA 242СT - 0,46 0,56 - 0,49 - - - - - - CYBA 640AA - - - - - - - - 0,43 - - CYBA 640AG - - - - - - 2,66 - - - - CYBA- 930GG - - - - - - - - - 1,88 - CYBA- 930AG - - - - - - - - - - - 2, FMO3 158KK * Стрелками показаны направления отклонения частот генотипов, ассоциированных с предрасположенностью к болезням ( - отсутствие генотипа, - наличие генотипа) представителей одного пола, с другой – отдельные генотипы оказывали влияние на риск развития нескольких клинико-патогенетических вариантов изучаемых заболеваний. В частности, отсутствие генотипа 198PP (OR=1,96;
95%CI 1,04-3,71;
p=0,04) и наличие генотипа 198PL (OR=2,13;
95%CI 1,13-4,01;
p=0,02) гена GPX1 ассоциировались с повышенным риском развития аБА у мужчин. В то же самое время, генотип 198LL гена GPX1 ассоциировался с предрасположенностью к транзиторной форме АГ у женщин больных гипертонической болезнью (OR=2,50;
95%CI 1,06-5,89;
p=0,03). Гетерозиготный генотип 173GV гена GPX ассоциировался с развитием нБА у женщин (OR=21,47;
95%CI 1,00-461,1;
p=0,05).
Отсутствие гомозиготного генотипа дикого типа GG гена GPX3 ассоциировалось с повышенным риском развития ЯБЖ у мужчин (OR=1,70;
95%CI 1,02-2,83;
p=0,04).
Наличие гомозиготного генотипа дикого типа +2650TT гена GPX4 было ассоциировано с пониженным риском развития ЯБДПК у женщин (OR=0,29;
95%CI 0,10-0,84;
p=0,03) и постоянной формой АГ у мужчин (OR=0,36;
95%CI 0,14-0,93;
p=0,03). Примечательно, что наличие у женщин гетерозиготного генотипа +2650TC гена GPX4 ассоциировалось с пониженным риском развития как ЯБДПК (OR=0,48;
95%CI 0,24-0,45;
p=0,03), так и ЯБЖ (OR=0,43 95%CI 0,20 0,92;
p=0,03). Отсутствие гетерозиготного генотипа TC гена GSR было ассоциировано с пониженным риском ЯБДПК у женщин (OR=0,49;
95%CI 0,24 0,97;
p=0,04) и нБА у мужчин (OR=0,43;
95%CI 0,20-0,92;
p=0,03). Интересной особенностью был тот факт, что отсутствие гомозиготного генотипа TT гена GSR ассоциировалось с повышенным риском аБА у женщин (OR=2,31;
95%CI 1,07 4,97;
p=0,03), тогда как его наличие ассоциировалось с пониженным риском нБА у мужчин (OR=0,29;
95%CI 0,11-0,76;
p=0,01). Наличие вариантного генотипа CC гена GSR было связано с повышенным риском ЯБДПК (OR=2,35;
95%CI 1,15-4,78;
p=0,02) и ЯБЖ (OR=2,31;
95%CI 1,07-5,01;
p=0,03) у женщин. Пониженный риск развития постоянной формы артериальной гипертензии у мужчин больных ГБ ассоциировался с наличием генотипа 40AA (OR=0,25;
95%CI 0,09-0,72;
p=0,02) и отсутствием генотипа 40TT (OR=0,36;
95%CI 0,14-0,92;
p=0,04) гена SOD3.
Наличие гомозиготного генотипа дикого типа -21AA гена CAT было ассоциировано с пониженным риском аллергической (OR=0,37;
95%CI 0,14-0,93;
p=0,05) и неаллергической (OR=0,26;
95%CI 0,09-0,77;
p=0,01) форм БА у мужчин.
Неаллергическая форма БА у мужчин была ассоциирована с наличием гетерозиготного генотипа -588CT (OR=3,73;
95%CI 1,58-8,80;
p=0,002) и отсутствием гомозиготного генотипа -588CC (OR=2,77;
95%CI 1,19-6,47;
p=0,02) гена GCLM. Вариантный генотип 187SS гена NQO1 существенно увеличивал риск развития аллергической бронхиальной астмы у женщин (OR=6,35;
95%CI 1,07 37,47;
p=0,04). Отсутствие генотипа 242СС (OR=1,97;
95%CI 0,98-3,94;
p=0,05) и наличие 242СT (OR=2,02;
95%CI 1,06-3,85;
p=0,03) гена CYBA ассоциировалось с постоянной формой АГ у женщин. Носительство гомозиготного генотипа 640AA гена CYBA было ассоциировано с пониженным риском развития ЯБДПК у женщин (OR=0,46;
95%CI 0,21-1,00;
p=0,05), ЯБЖ (OR=0,56;
95%CI 0,31-1,01;
p=0,05) и аБА (OR=0,49;
95%CI 0,24-1,00;
p=0,05) у мужчин. Отсутствие генотипа 640AG гена CYBA ассоциировалось с транзиторной формой ГБ у мужчин (OR=0,43;
95%CI 0,21-0,86;
p=0,02). Наличие вариантного гомозиготного генотипа -930GG гена CYBA ассоциировалось с повышенным риском нБА у мужчин (OR=2,66;
95%CI 1,14-6,20;
p=0,02), тогда как наличие гетерозиготного генотипа -930AG гена CYBA было ассоциировано с повышенным риском развития транзиторной формы АГ у женщин (OR=1,88;
95%CI 1,00-3,52;
p=0,05). Кроме того, у женщин носительство вариантного генотипа 158KK гена FMO3 было связано с повышенным риском развития пГБ (OR=2,21;
95%CI 1,11-4,40;
p=0,02).
Полученные результаты убедительно показывают, что полиморфизм генов ферментов АОС является важной генетической составляющей, обусловливающий половой диморфизм подверженности патогенетически различным МФЗ.
3.Роль генов ферментов антиоксидантной системы в возрастной манифестации мультифакториальных заболеваний Многочисленными исследованиями было показано, что мультифакториальные заболевания характеризуются существенными различиями по возрасту начала (манифеста) заболевания [Бочков Н.П., 2002]. В таблице суммированы статистически значимые ассоциации генотипов полиморфных генов ферментов АОС с предрасположенностью к рассматриваемым заболеваниям в зависимости от возраста их манифеста. Наличие генотипа 198PP гена GPX ассоциировалось с пониженным риском раннего манифеста ЯБЖ (OR=0,54;
95%CI 0,31-0,95;
p=0,03), тогда как его отсутствие было ассоциировано с повышенным риском аБА позднего манифеста (OR=1,67;
95%CI 1,00-2,77;
p=0,05).
Носительство гетерозиготного генотипа 173GV гена GPX2 оказывало выраженное влияние на риск раннего развития нБА (OR=12,13;
95%CI 2,70-54,43;
p=0,002).
Отсутствие генотипа +2650TC гена GPX4 ассоциировалось с пониженным риском (OR=0,54;
95%CI 0,32-0,92;
p=0,02), а наличие генотипа +2650CC данного гена, напротив, с повышенным риском (OR=1,74;
95%CI 1,02-2,97;
p=0,04) позднего манифеста ЯБЖ. Аналогично, отсутствие генотипа +2650TC гена GPX ассоциировалось с пониженным риском (OR=0,53;
95%CI 0,28-0,98;
p=0,04), а наличие генотипа +2650CC данного гена, напротив, с повышенным риском (OR=2,01;
95%CI 1,09-3,70;
p=0,02) поздней манифестации транзиторной формы артериальной гипертензии. Предрасположенность к раннему развитию ЯБДПК была негативно ассоциирована с отсутствием генотипа TC (OR=0,57;
95%CI 0,37 0,88;
p=0,01) и наличием генотипа TT (OR=1,97;
95%CI 1,26-3,08;
p=0,003) гена GSR. Наличие генотипа 16VV гена SOD2 ассоциировалось с повышенным риском позднего развития аБА (OR=1,78;
95%CI 1,02-3,08;
p=0,04), а отсутствие данного генотипа - с пониженным риском ранней манифестации транзиторной формы ГБ (OR=0,37;
95%CI 0,15-0,95;
p=0,03). Отсутствие генотипа 40AA гена SOD ассоциировалось с повышенным риском позднего развития ЯБДПК (OR=3,61;
95%CI 0,95-13,66;
p=0,05), тогда как наличие данного генотипа – с пониженным риском поздней формы постоянной АГ (OR=0,31;
95%CI 0,12-0,75;
p=0,02).
Гомозиготный генотип дикого типа -21AA гена CAT ассоциировался с пониженным риском раннего развития как аллергической (OR=0,37;
95%CI 0,17 0,80;
p=0,01), так и неаллергической (OR=0,14;
95%CI 0,05-0,43;
p=0,001) форм бронхиальной астмы. Повышенный риск раннего развития аБА был связан с носительством вариантного гомозиготного генотипа 187SS гена NQO1 (OR=7,37;
95%CI 2,01-27,04;
p=0,002). Отсутствие генотипа 139RR (OR=3,90;
95%CI 1,31 11,68;
p=0,03) и наличие генотипа 139RW (OR=4,53;
95%CI 1,46-14,02;
p=0,02) Таблица Проявление возрастных различий в ассоциациях генотипов генов ферментов антиоксидантной системы с предрасположенностью к мультифакториальным заболеваниям Отношения шансов, OR (p0,05) Язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной Бронхиальная астма Гипертоническая болезнь Генотипы генов кишки АОС* ЯБДПК ЯБЖ аБА нБА тГБ пГБ до 30 после до 30 после до 30 после до 30 после до 35 после до 35 после лет 30 лет лет 30 лет лет 30 лет лет 30 лет лет 35 лет лет 35 лет - - 0,54 - - - - - - - - GPX1 198PP - - - - - 1,67 - - - - - GPX1 198PP - - - - - - 12,1 - - - - GPX2 173GV - - - 0,54 - - - - - 0,53 - GPX4+2650TC - - - 1,74 - - - - - 2,01 - GPX4+2650CC 0,57 - - - - - - - - - - GSR TC 1,97 - - - - - - - - - - GSR TT - - - - - 1,78 - - - - - SOD2 16VV - - - - - - - - 0,37 - - SOD2 16VV - 3,61 - - - - - - - - - SOD3 40AA - - - - - - - - - - - 0, SOD3 40AA - - - - 0,37 - 0,14 - - - - CAT -21AA - - - - 7,37 - - - - - - NQO1 187SS - - - - - - - - - - 3,90 NQO1 139RR - - - - - - - - - - 4,53 NQO1 139RW CYBA 640AA 0,55 - 0,54 - 0,47 - - - - - 0,50 - - - - 0,57 - - - - - - CYBA 640AG - - - - - - - - - - - 3, CYBA 640GG - 1,94 - - - - - - - - - MPO -463GG - 2,06 - - - - - - - - - MPO -463GA - - - - - 0,43 - - - - - MPO -463GG - - - - - 0,47 - - - - - MPO -463GA - - - - - - - - - 0,49 - TXNRD1 CC - - - - - - - - - 0,46 - TXNRD1 CG - - - - - - - 0,46 - - - FMO3 158EK * Стрелками показаны направления отклонения частот генотипов, ассоциированных с предрасположенностью к болезням ( - отсутствие генотипа, - наличие генотипа) гена NQO1 ассоциировались с повышенным риском раннего развития постоянной формы ГБ. Генотип 640AA гена CYBA был негативно ассоциирован с ранним манифестом ЯБДПК (OR=0,55;
95%CI 0,33-0,91;
p=0,02), ЯБЖ (OR=0,54;
95%CI 0,29-1,01;
p=0,05), аБА (OR=0,47;
95%CI 0,25-0,86;
p=0,01) и пГБ (OR=0,50;
95%CI 0,26-0,97;
p=0,04). Отсутствие генотипа 640AG гена CYBA было ассоциировано с пониженным риском раннего развития аБА (OR=0,57;
95%CI 0,33-0,99;
p=0,05).
Носительство генотипа 640GG гена CYBA было связано с повышенным риском постоянной формы ГБ позднего манифеста (OR=3,20;
95%CI 1,47-6,98;
p=0,002).
Повышенный риск позднего развития ЯБДПК был ассоциирован с отсутствием генотипа -463GG (OR=1,94;
95%CI 1,13-3,32;
p=0,02) и наличием генотипа -463GA (OR=2,06;
95%CI 1,20-3,54;
p=0,01) гена MPO. Напротив, пониженный риск позднего развития аБА был ассоциирован с наличием генотипа -463GG (OR=0,43;
95%CI 0,24-0,78;
p=0,005) и отсутствием генотипа -463GA (OR=0,47;
95%CI 0,26 0,85;
p=0,01) гена MPO. Пониженный риск позднего развития транзиторной формы ГБ был ассоциирован с наличием генотипа CC (OR=0,49;
95%CI 0,25-0,99;
p=0,05) и отсутствием генотипа CG (OR=0,46;
95%CI 0,22-0,96;
p=0,04) гена TXNRD1. Отсутствие гетерозиготного генотипа 158EK гена FMO3 было негативно ассоциировано с поздним манифестом нБА (OR=0,46;
95%CI 0,23-0,92;
p=0,03).
Таким образом, проявление фенотипических эффектов генов АОС в отношении риска развития изученных заболеваний в значительной степени зависело от возраста.
4.Сопряженность фенотипических эффектов полиморфных вариантов генов АОС с влиянием средовых факторов про- и антиоокислительного действия в реализации наследственной предрасположенности к мультифакториальным заболеваниям Совместная комплексная оценка влияний генетических и средовых факторов на риск возникновения МФЗ позволяет не только установить ключевые взаимодействия генотип-среда, формирующие основу предрасположенности к данному классу болезней, но и понять конкретные механизмы, посредством которых внешние факторы способны спровоцировать развитие той или иной патологии у генетически предрасположенных индивидов [Hokanson J.E., 2001;
Cooper R.S., 2003;
Kleeberger SR, Peden D., 2005]. Среди всех средовых факторов, воздействующих на человека, наибольший интерес представляют факторы, влияние которых на организм сопряжено с про- и антиоксидантным действием и эффекты которых могут модулироваться ферментами антиоксидантной защиты. В качестве модели проокислительного действия на организм нами использовались сведения о курении, полученные как от больных, так и здоровых участников исследования. Уровень потребления пищи растительного происхождения (свежие овощи и фрукты), как известно, богатой природными антиоксидантами, рассматривался в качестве модели антиокислительного действия на организм. В группе больных ЯБ было существенно больше курильщиков, чем в контрольной группе (p=0,0001). Статистически значимых различий относительно курения между группами здоровых и больных БА не обнаружено. Напротив, среди больных ГБ было значительно меньше курильщиков, чем в контрольной группе.
В таблице 6 суммированы ассоциации различных генотипов ферментов АОС с МФЗ в зависимости от влияния курения. При язвенной болезни было обнаружено 8 статистически значимых взаимодействий генотип-среда (генотипы АОС-курение), включающих 6 полиморфизмов генов GPX3 G/A, GPX4 +2650TC, GSR T/C, SOD2 A16V, CYBA 640AG и PRDX1 C/A. При бронхиальной астме было обнаружено 11 статистически значимых взаимодействий генотип-среда, включающих 9 полиморфизмов генов АОС: GPX1 P198L, GPX2 G173V, GSR T/C, CAT -21AT, GCLM -588CT, NQO1 P187S, CYBA 242CT, CYBA -930AG и MPO -463GA. При гипертонической болезни было обнаружено 8 статистически значимых взаимодействий генотип-среда, включающих 7 полиморфизмов генов АОС: GPX1 P198L, GSR T/C, SOD3 A40T, GCLM -588CT, CYBA 242CT, CYBA 640AG и MPO -463GA.
Таблица Влияние курения на риск развития изучаемых мультифакториальных заболеваний в зависимости от генотипов ферментов АОС Больные язвенной болезнью желудка и двенадцатиперстной кишки (n=278) Больные ЯБДПК и ЯБЖ Больные ЯБДПК Больные ЯБЖ Генотипы АОС Некурящие, Курящие, Некурящие, Курящие, Некурящие, Курящие, ORf- ORf+ ORf- ORf+ ORf- ORf+ GPX3 GG 0,60 0,80 0,69 0,87 0,44* 0, GPX3 AA 1,53 5,02* 1,53 5,77* 2,04 4, GPX4 +2650TC 0,54* 0,82 0,67 0,80 0,63 0, GSR CT 0,57* 0,73 0,43* 0,77 1,03 0, GSR CC 2,29* 1,87* 2,55* 1,65 1,69 2,09* SOD2 16AV 0,80 1,11 0,86 1,29 0,51* 0, CYBA 640AA 0,49* 0,72 0,43* 0,77 0,47 0, PRDX1 CC 1,26 2,06* 1,40 1,97 0,81 1, Больные бронхиальной астмой (n=194) Генотипы АОС Больные БА Больные аБА Больные нБА GPX1 198PL 1,23 2,28* 1,27 2,65* 1,06 1, GPX2 173GG 0,28 1,42 0,33 1,76 0,10* 1, GSR TT 0,48* 1,37 0,43* 0,70 0,74 2, CAT -21AA 1,17 4,54* 1,29 3,31 0,84 6,77* GCLM -588CT 1,20 1,30 1,23 0,55 1,10 3,60* GCLM -588TT 0,04* 0,36 0,05* 0,64 0,22 0, NQO1 187PS 0,65 1,75 0,53* 1,20 1,36 1, CYBA 242TT 1,50 1,58 1,50 2,88* 1,71 0, CYBA -930GG 0,96 1,45 0,97 1,00 0,94 2,38* MPO -463GG 0,47* 1,17 0,52* 0,82 0,29* 1, MPO -463GA 0,51* 1,25 0,57 0,88 0,32 1, Больные гипертонической болезнью (n=192) Генотипы АОС Больные ГБ Больные тГБ Больные пГБ GPX1 198PP 0,74 1,82 0,50* 1,94 1,12 1, GSR TT 1,29 1,84 1,44 1,74 0,55 3,48* SOD3 40AA 1,16 2,32 1,14 1,17 1,46 4,84* SOD3 40TT 0,87 1,75 1,02 2,70* 0,85 0, GCLM -588CС 0,68 0,82 0,53* 0,68 1,18 1, CYBA 242CC 0,66 1,02 0,83 1,10 0,51* 0, CYBA 640AG 0,71 0,88 0,91 0,84 0,52* 0, MPO -463GA 0,65 1,15 0,50* 1,11 0,80 1, * - статистически значимые взаимодействия генотип-среда Статистически значимых различий между группами здоровых и больных изучаемыми МФЗ относительно уровня потребления растительной пищи не обнаружено. В таблице 7 суммированы ассоциации различных генотипов ферментов АОС с риском развития различных МФЗ в зависимости от уровня употребления РП. При язвенной болезни было обнаружено 5 статистически значимых взаимодействий генотип-среда (генотипы АОС-употребление РП), включающих 5 полиморфизмов генов GPX1 P198L, GSR T/C, CAT -21AT, CYBA 640AG и CYBA -930AG. При бронхиальной астме было обнаружено статистически значимых взаимодействий генотип-среда, включающих полиморфизмов генов АОС: GPX1 P198L, GPX2 G173V, SOD2 A16V, CAT -21AT, GCLM -588CT, CYBA 242CT, CYBA 640AG и TXNRD1 C/G. При гипертонической болезни (таблица 7) было обнаружено 9 статистически значимых взаимодействий генотип-среда, включающих 7 полиморфизмов генов АОС: GPX P198L, GPX3 G/A, GPX4 +2650TC, GCLM -588CT, CYBA 242CT, CYBA 930AG и FMO3 E158K. Установленные взаимодействия генотип-среда характеризовались наличием потенцирующих патологических влияний генотипов ферментов АОС в отношении риска развития различной патологии при условии прооксидантного действия среды, тогда как в присутствии антиоксидантного действия среды патологические влияния этих генотипов не проявлялись, а в отдельных случаях наблюдалось снижение риска развития болезней.
Таблица Влияние потребления растительной пищи (РП) на риск развития изучаемых мультифакториальных заболеваний в зависимости от генотипов ферментов АОС Больные язвенной болезнью желудка и двенадцатиперстной кишки (n=257) Больные ЯБДПК и ЯБЖ Больные ЯБДПК Больные ЯБЖ Генотипы АОС пониженное повышенное пониженное повышенное пониженное повышенное потребление,потребление,потребление,потребление,потребление,потребление, РП (ORf-) РП (ORf+) РП (ORf-) РП (ORf+) РП (ORf-) РП (ORf+) 2,28* 1,40 1,94 1,15 1,94 1, GPX1 198PP+PL 0,70 0,45* 0,63 0,42* 0,86 0, GSR TC 1,57 0,46* 1,69 0,37* 1,26 0, CAT -21TT 1,17 0,37* 1,25 0,36* 1,10 0,33* CYBA 640GG 0,85 0,43* 0,76 0,45 0,89 0, CYBA -930AA Больные бронхиальной астмой (n=187) Генотипы АОС Больные БА Больные аБА Больные нБА 1,86* 1,47 1,92* 1,76 1,74 0, GPX1 198PP 2,31* 1,36 2,34* 1,53 2,26* 0, GPX1 198PL 3,39 0,18 2,24 0,22 6,78* 0, GPX2 173GV 2,01* 0,52 2,36* 0,52 1,44 0, SOD2 16AV+VV 4,41* 2,40 4,07* 2,20 5,41* 3, CAT -21AA 1,86* 0,99 1,56 0,85 2,74* 1, GCLM -588CT 0,78 0,49 0,83 0,42* 0,68 0, CYBA 242CT 0,84 0,21* 0,74 0,22* 1,12 0,16* CYBA 640AA 1,87* 0,56 1,56 0,59 2,85* 0, TXNRD1 CC Больные гипертонической болезнью (n=166) Больные ГБ Больные тГБ Больные пГБ Генотипы АОС 2,04* 0,55 2,31* 0,98 1,76 0,35* GPX1 198PP 2,14* 0,55 2,21* 0,75 2,04 0, GPX1 198PL 1,87* 0,73 1,45 1,54 2,57* 0, GPX3 GG 1,71 0,50 1,43 0,74 2,14* 0,36* GPX3 GA 0,80 0,40* 0,87 0,34 0,73 0, GPX4+2650TC 10,08* 2,53 5,57* 1,08 13,69* 4, GCLM -588CC+CT 2,03* 0,86 2,16* 0,37 1,88 0, CYBA 242CT 0,61 0,49 0,73 0,14* 0,48 0, CYBA -930AA 1,90* 0,46 1,53 0,43 2,50* 0, FMO3 158EE * - обозначены статистически значимые взаимодействия генотип-среда 5. Роль взаимодействий между генами ферментов антиоксидантной системы и другими генами регуляторами гомеостаза в формировании предрасположенности к патогенетически различным мультифакториальным заболеваниям Посредством анализа парных межгенных сочетаний генотипов изучены особенности межгенных взаимодействий полиморфных вариантов генов ферментов АОС между собой при каждом из рассматриваемых клинико-патогенетических вариантов МФЗ с учетом выявленного полового диморфизма. В отношении риска развития ЯБДПК были установлены статистически значимые ассоциации (p0,05) 44 парных сочетаний генотипов ферментов АОС у мужчин и 54 сочетаний генотипов ферментов АОС у женщин. При этом наиболее патогенетически значимыми для развития ЯБДПК у мужчин были взаимодействия генов GPX3 G/A, GSR T/C, SOD3 A40T, CAT -262CT, GCLM -588CT, CYBA 242CT, CYBA 640AG, CYBA -930AG, TXNRD1 C/G, FMO3 E158K, а у женщин - GPX3 G/A, GPX4+2650TC, GSR T/C, CAT -21AT, CYBA 640AG и FMO3 E158K (по представленным генам было обнаружено наибольшее число ассоциаций с ЯБДПК).
Предрасположенность к ЯБЖ ассоциировалась с носительством 44 парных сочетаний генотипов ферментов АОС у мужчин и 26 сочетаний генотипов ферментов АОС у женщин. Наиболее значимыми в отношении для развития ЯБЖ у мужчин были взаимодействия генов GPX1 P198L, GPX3 G/A, GSR T/C, NQO P187S, CYBA 242CT, CYBA 640AG, TXNRD1 C/G, FMO3 E158K, а у женщин GPX1 P198L, GPX4 +2650TC, GSR T/C, SOD2 A16V, CAT -21AT, CAT -262CT, NQO1 P187S, CYBA 242CT, CYBA 640AG и FMO3 E158K. В отношении риска развития аБА были установлены статистически значимые ассоциации 42 парных сочетаний генотипов ферментов АОС у мужчин и 31 сочетаний генотипов ферментов АОС у женщин. Наиболее патогенетически значимыми для развития аБА у мужчин были взаимодействия генов GPX1 P198L, CAT -21AT, NQO1 P187S, CYBA 640AG, MPO -463GA, PRDX1 C/A и FMO3 E158K, а у женщин - GPX P198L, GPX3 G/A, GPX4 +2650TC, GSR T/C и CYBA 640AG.
Предрасположенность к нБА ассоциировалась с носительством 52 парных сочетаний генотипов ферментов АОС у мужчин и 39 сочетаний генотипов ферментов АОС у женщин. Наиболее значимыми в отношении для развития нБА у мужчин были взаимодействия генов GPX3 G/A, GSR T/C, CAT -21AT, GCLM 588CT и CYBA -930AG, а у женщин - GPX1 P198L, GPX2 G173V, GPX3 G/A, GSR T/C, SOD3 A40T, CAT -21AT, CYBA 242CT, CYBA -930AG, PRDX1 C/A, TXNRD C/G и FMO3 E158K. В отношении риска развития тГБ были установлены статистически значимые ассоциации 24 парных сочетаний генотипов ферментов АОС у мужчин и 39 сочетаний генотипов ферментов АОС у женщин. При этом наиболее патогенетически значимыми для развития тГБ у мужчин были взаимодействия генов CAT -21AT, CYBA 242CT, CYBA 640AG и MPO -463GA, а у женщин - GPX1 P198L, GPX3 G/A, GPX4+2650TC, SOD3 A40T, CAT -262CT, GCLM -588CT, CYBA 242CT, CYBA 640AG, CYBA -930AG, MPO -463GA, TXNRD1 C/G. Предрасположенность к пГБ ассоциировалась с носительством парных сочетаний генотипов ферментов АОС у мужчин и 41 сочетаний генотипов ферментов АОС у женщин. В частности, наиболее патогенетически значимыми для развития пГБ у мужчин были взаимодействия генов GPX4+2650TC, GSR T/C, SOD3 A40T, CAT -262CT и PRDX1 C/A, а у женщин GPX1 P198L, GPX4+2650TC, GSR T/C, NQO1 P187S, NQO1 R139W, CYBA 242CT, CYBA 640AG и FMO E158K. В целом для каждой клинической формы рассмотренных мультифакториальных заболеваний была установлена общая тенденция в накоплении среди больных функционально активных аллелей генов ферментов прооксидантного действия, в сочетании с функционально «неполноценными аллельными вариантами генов» ферментов антиоксидантного действия, тем самым, демонстрирующая существование генетической основы для нарушений эндогенного баланса между прооксидантами и антиоксидантами при патогенетически различных мультифакториальных заболеваниях. Важной находкой данного анализа было то, что при пошаговом комбинировании полиморфизмов генов АОС риск развития МФЗ возрастал в несколько раз по сравнению с эффектами индивидуальных полиморфизмов, обнаруженных на предыдущих этапах анализа. Из рисунка 1 отчетливо видно, что риск развития язвенной болезни увеличивался по мере увеличения числа полиморфизмов в комбинациях, свидетельствуя значимой роли взаимодействия генов в детерминации фенотипа заболевания. Аналогичная картина взаимодействия генов наблюдалась и в отношении риска развития бронхиальной астмы и гипертонической болезни.
Рисунок Влияние межгенных взаимодействий на риск развития язвенной болезни (представлены величины отношения шансов в зависимости от сочетания полиморфных генов GPX4, GSR, CYBA и FMO3) Риск ЯБ (OR) GPX4 +2650TC GSR TC CYBA 640AG FMO3 E158K 1-SNP 2-SNP 3-SNP Было также установлено большое число статистически значимых ассоциаций парных сочетаний генотипов ферментов АОС и известных генов-кандидатов рассматриваемых заболеваний c предрасположенностью к различным клинико патогенетическим вариантам ЯБ, БА и ГБ, что может свидетельствовать о тесной сопряженности генетически детерминированных нарушений в системе редокс гомеостаза с основными хорошо охарактеризованными звеньями патогенеза изученных заболеваний.
Одним из традиционных подходов для оценки межгенных взаимодействий при МФЗ, использующихся в генетической эпидемиологии, является метод логистической регрессии [Moore J.H., Williams S.M., 2002, Hosmer D.W., Lemeshow S., 2000], который, как большинство методов параметрической статистики, имеет ограниченные возможности в одновременном анализе большого числа переменных, вследствие прогрессивного увеличения количества рассчитываемых параметров, снижающих уровень статистической значимости [Peduzzi P. et al., 1996;
Concato J. et al., 1996]. Решение проблемы включения множества ДНК-маркеров в анализ статистических моделей межгенных взаимодействий было достигнуто в результате разработки целого спектра новых прикладных методов биоинформатики. В рамках настоящего исследования для моделирования взаимодействия генов были использованы два биоинформатических подхода – Set-Association [Hoh J. et al., 2000, 2001;
Hoh J. and Ott J., 2003;
Kim S. et al., 2003] и Multifactor Dimensionality Reduction [Moore J.H. et al., 2002;
Ritchie M.D. et al., 2003;
Hahn L.W. et al., 2003;
Moore J.H. et al., 2006].
В рамках использования метода Set-Association для анализа межгенных патогенетически взаимодействий и селекции важных генов предрасположенности к язвенной болезни использовался набор из полиморфных генов, включающих 19 маркеров генов АОС и дополнительно маркеров генов АОС, вовлеченных в метаболизм ксенобиотиков, а также маркеров кандидатных генов ЯБДПК и ЯБЖ. У мужчин при ЯБДПК после симуляций был установлен минимальный эмпирический уровень значимости pmin=0,029 при взаимодействии 6 генных локусов: GPX1 P198L, EPHX1 Y113H, GSTP1 A114V, TGFB1 R25P, MPO-463GA и CYP2E1 9896CG. У женщин при ЯБДПК наиболее патогенетически важными для развития болезни были взаимодействия следующих генных локусов: GPX1 P198L, GPX4 +2650TC, GSR T/C, GSTP1 A114V, PON1 Q192R, SOD3 A40T, CYBA 640AG и GPX3 G/A (pmin=0,0011). У мужчин при ЯБЖ наименьший уровень значимости был установлен для взаимодействия 10 генов, однако, он не достигал принятого в исследовании статистического уровня значимости (pmin=0,285). В то же самое время, у женщин наиболее патогенетически важными для развития ЯБЖ были взаимодействия следующих генных локусов: GPX1 P198L, GPX4 +2650TC, IL1B 511 C/T, GSR T/C, TGFB1 L10P, GSTP1 A114V, GPX2 G173V и PON2 S311C (pmin=0,0003). Причем большая часть генов, вовлеченных во взаимодействия и формирующих предрасположенность к ЯБЖ у женщин, были гены АОС. Для анализа межгенных взаимодействий и селекции патогенетически важных генов предрасположенности к бронхиальной астме использовался набор из полиморфных генов, включающих 19 маркеров генов АОС и дополнительно маркеров генов АОС, вовлеченных в метаболизм ксенобиотиков, а также маркеров кандидатных генов аллергической и неаллергической БА. У мужчин при аБА минимальный эмпирический уровень значимости, достигнутый после симуляций, был установлен для 5 генных локусов: IL5 C-703T, GPX1 P198L, CAT 21AT, EPHX1 H139R и GCLM -588CT и составлял pmin=0,0042. У женщин генетическая компонента предрасположенности к аБА формировалась посредством взаимодействия 3 локусов: IL5 C-703T, EPHX1 Y113H и NQO1 P187S при наименьшем уровне значимости pmin=0,0001. У мужчин при нБА минимальный эмпирический уровень значимости, достигнутый после симуляций, был установлен для 5 генных локусов: GCLM -588CT, GSR T/C, CAT 21AT, CYBA -930AG и EPHX1 H139R (pmin=0,0003). Взаимодействия были представлены исключительно генами антиоксидантной системы. Напротив, посредством взаимодействия 2 локусов: EPHX1 Y113H и GPX2 G173V формировалась генетическая компонента подверженности нБА у женщин.
Уровень статистической значимости указанных межгенных взаимодействий составил (pmin=0,0001).
Для анализа межгенных взаимодействий и селекции патогенетически важных генов предрасположенности к гипертонической болезни использовался набор из 43 полиморфных генов, включающих 19 маркеров генов АОС и дополнительно 13 маркеров генов АОС, вовлеченных в метаболизм ксенобиотиков, а также 11 маркеров кандидатных генов гипертонической болезни.
Минимальный эмпирический уровень значимости взаимодействия генов, достигнутый после 10000 симуляций при тГБ у мужчин, был установлен для генных локусов и составил pmin=0,0001. Ведущими в формировании предрасположенности к тГБ у мужчин локусами были: AGT T174M, CYBA 640AG, GSTP1 A114V и ADD1 G460W, то есть два гена АОС и 2 известных гена кандидата ГБ. Ведущими генами, взаимодействие которых формировали подверженность тГБ у женщин, были 11 генных локусов: GSTP1 A114V, AGTR11166A/C, GPX1 P198L, PON2 S311C, GNB3 C825T, CYBA -930AG, CYBA 242CT, CAT -262CT, GCLM -588CT, SOD3 A40T и MPO -463GA – один кандидатный ген ГБ и десять генов АОС (pmin=0,005). У мужчин при пГБ установлен минимальный эмпирический уровень значимости pmin=0,001, достигнутый после 10000 симуляций, для 8 генных локусов: SOD3 A40T, GPX +2650TC, CYP2E1 -1259GC, GSTP1 I105V, GCLM -588CT, PRDX1 C/A, CYP2E1 7632TA и GSTP1 A114V, то есть представленных исключительно взаимодействием генов АОС. Однако, посредством взаимодействия только генных локусов ADD1 G460W, PON2 S311C и MLR A4582C (два кандидатных гена ГБ и один ген АОС) формировалась генетическая компонента подверженности пГБ у женщин (pmin=0,0003). Как видно из представленных данных, подавляющее большинство локусов, вовлеченных в формирование генетической компоненты предрасположенности к заболеваниям, как у мужчин, так и у женщин, было представлено генами ферментов антиоксидантной защиты, которые были тесно взаимосвязаны с известными генами-кандидатами исследованных болезней.
Метод MDR был специально разработан с целью изучения характера межгенных взаимодействий, в частности, эпистатических, для популяционно генетических исследований мультифакториальных полигенных заболеваний, использующих относительно небольшие объемы выборок больных и здоровых Ritchie M.D. et al, 2003;
Motsinger AA, Ritchie MD, 2006]. Важным преимуществом метода MDR, в сравнении с методом Set-Association, является возможность статистической оценки валидности или воспроизводимости тестируемых моделей (Cross-validation consistency, CVC), а также расчет ошибки предсказания модели (Prediction error, PE). Кроме, того метод MDR позволяет представить графически иерархическую структуру и характер взаимодействий между различными генами, в том числе между генами, не представленными в наилучших моделях. Метод MDR позволяет уменьшить размерность числа рассчитываемых параметров при одновременной оценке взаимодействий большого количества SNP-маркеров путем конструирования новых переменных на основе суммирования сочетаний генотипов как повышенного, так и пониженного риска развития болезни. В качестве примера, на рисунке 2 представлены распределения частот трехлокусных сочетаний генотипов АОС и других генов-регуляторов гомеостаза, ассоциированных с риском развития рассматриваемых мультифакториальных заболеваний. Как видно из представленных данных, характер распределения генотипов в ячейках повышенного и пониженного риска отличается при различных межлокусных сочетаниях генотипов, свидетельствуя об эпистатических взаимодействиях генов. Иными словами эффект гена в отношении риска болезни проявляется только тогда, когда он анализируется в сочетании с другим (и) геном (генами).
Для оценки межгенных взаимодействий с помощью метода MDR изначально нами использовался алгоритм всестороннего поиска (Exhaustive search algorithm), который оценивал все возможные комбинации ДНК-маркеров в отношении риска развития болезней. В тех ситуациях, когда указанный алгоритм не позволял выявить статистически значимую модель межгенных взаимодействий, мы использовали алгоритм Forced search algorithm, на основании которого для тестирования n-локусных комбинаций ДНК-маркеров вручную выбирались генные локусы, которые на предыдущих этапах анализа показали вовлеченность в развитие болезней.
При ЯБДПК у мужчин установлена статистически значимая (p=0,01) трехлокусная модель взаимодействия генов GSR T/C CYBA 640AG IL1B - C/T со 100%-й воспроизводимостью (CVC) и ошибкой предсказания модели (PE) 39,4%,, тогда как у женщин - четырехлокусную модель взаимодействия генов GPX4 +2650TC GSR T/C EPHX1 Y113H IL1B -511 C/T (p=0,01, CVC-100%, PE-9,7%). У мужчин, предрасположенных к ЯБЖ, установлена статистически значимая (p=0,01) трехлокусная модель межгенных взаимодействий GPX +2650TC CYBA 242CT CYBA 640AG (CVC-60% и PE-38,5%). У женщин при ЯБЖ была выявлена четырехлокусную модель взаимодействия генов GPX +2650TC CAT -21AT FMO3 E158K GSTP1 I105V (p=0,05, CVC-100%, PE 27,9%). На рисунке 3 представлены результаты кластерного анализа межгенных взаимодействий при ЯБДПК и ЯБЖ раздельно у мужчин и женщин. Не смотря на присутствие общих генов (GSR T/C, CYBA 640AG, GPX4 +2650TC и IL1B - C/T) в дендрограммах больных различными формами заболевания, структура кластеров и характер взаимосвязей (синергизм и антагонизм) между локусами существенно варьировали у мужчин и женщин и отличались в зависимости от локализации язвенного дефекта.
Рисунок Распределение частот трехлокусных сочетаний генотипов АОС и других генов-регуляторов гомеостаза, ассоциированных с риском развития различных мультифакториальных заболеваний Верхние гистограммы – у больных ЯБДПК (мужчины), средние гистограммы – у больных аБА (женщины), нижние гистограммы – у больных тГБ (женщины).
Темно-серые ячейки – генотипы повышенного риска, светло-серые ячейки – генотипы пониженного риска, белые ячейки – отсутствуют сочетания генотипов (левые столбики в ячейках – больные, правые – здоровые индивиды).
Рисунок Взаимодействия между генами ферментов АОС и другими генами-кандидатами при язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки (результаты моделирования метод MDR) GSR T/C А CYBA 640AG IL1B -511 C/T EPHX1 Y113H GSR T/C Б GPX4 +2650TC IL1B -511 C/T GPX3 G/A PON2 S311C EPHX1 Y113H GPX4 +2650TC В CYBA 242TC CYBA 640AG GPX1 P198L TGFB1 L10P IL1B -511 C/T FMO3 E158K GPX4 +2650TC Г CAT -21AT GSTP1 I105V Выраженный синергизм генов Умеренный синергизм генов Выраженный антагонизм генов Умеренный антагонизм генов Аддитивное взаимодействие генов На рисунке представлены дендрограммы кластерного анализа результатов моделирования межгенных взаимодействий методом MDR при ЯБДПК у мужчин (А) и женщин (Б), при ЯБЖ у мужчин (В) и женщин (Г). Параметры статистических моделей описаны в тексте.
При аБА у мужчин установлена высоко статистически значимая (p=0,001) четырехлокусная модель межгенных взаимодействий CAT -21AT GPX2 G173V GSR T/C IL5 C-703T (CVC-100%, PE-26,8%). У женщин при аБА также была установлена высоко статистически значимая (p=0,001) трехлокусная модель взаимодействия генов EPHX1 Y113H IL5 C-703T GPX1 P198L (CVC-50%, PE 47,7%). При нБА у мужчин выявлена четырехлокусная модель межгенных взаимодействий GPX1 P198L, GPX3 G/A, CYBA -930AG и FMO3 E158K (CVC 100%, PE-26,1%, p=0,01). У женщин с нБА также была установлена четырехлокусная модель межгенных взаимодействий, однако структура модели существенно отличалась от таковой у мужчин. Модель включала взаимодействия генов GPX1 P198L, GPX2 G173V, EPHX1 Y113H и IL5 C-703T (CVC-100%, PE 28,1%). На рисунке 4 представлены результаты кластерного анализа межгенных взаимодействий при аБА и нБА раздельно у мужчин и женщин. Существенные различия в структуре и характере взаимосвязей между локусами наблюдались как между различными клинико-патогенетическими вариантами бронхиальной астмы, так и между представителями мужского и женского пола.
При тГБ у мужчин установлена статистически значимая (p=0,01) четырехлокусная модель взаимодействий между генами CYBA -930AG FMO E158K NOS3-786T/C AGT M235T (CVC-100%, PE-31,9%), а у женщин трехлокусная модель взаимодействия генов GPX4 +2650TC SOD3 A40T NOS Четырехлокусная модель -786T/C (p=0,001, CVC-100%, PE-36,6%).
взаимодействий между генами SOD3 A40T FMO3 E158K PON1 Q192R MLR A4582C была установлена при пГБ у мужчин (CVC-100%, PE-27,6%, p=0,05). У женщин с пГБ выявлена четырехлокусная модель взаимодействия генных локусов SOD3 A40T, FMO3 E158K, CYBA 640AG и PON2 S311C (CVC-100%, PE-34,2%.
На рисунке 5 представлены результаты кластерного анализа межгенных взаимодействий при тГБ и пГБ раздельно у мужчин и женщин, из которого видны выраженные различия в структуре и характере взаимодействия между генами при различных клинико-патогенетических вариантах ГБ в зависимости от пола.
Гаметические корреляции между полиморфными вариантами генов ферментов АОС при мультифакториальных заболеваниях Как известно, выявление высокой частоты определенных аллельных комбинаций между различными локусами может свидетельствовать, с одной стороны, в пользу генетической гетерогенности самой исследуемой популяции (популяционная подразделенность по расовому или этническому составу), с другой – о селективном преимуществе данных аллельных вариантов генов, которое поддерживается естественным отбором и связано с функциональной сопряженностью генетических продуктов данных генов, контролирующих общие метаболические процессы в клетках [Фогель Ф, Мотульски А., 1989]. Были проанализированы парные коэффициенты гаметических корреляций (rg), рассчитанные для индивидуальных полиморфизмов генов АОС во всех исследуемых выборках. В анализ также были включены гены АОС, участвующие в метаболизме ксенобиотиков. В группе здоровых индивидов (рисунок 6) были установлены статистически значимые гаметические корреляции между следующими аллельными вариантами генов АОС: GPX1 P198L с GPX4 +2650TC Рисунок Взаимодействия между генами ферментов АОС и другими генами-кандидатами при бронхиальной астме (результаты моделирования метод MDR) GSR T/C IL5 C-703T А GPX2 G173V CAT -21AT GPX1 P198L EPHX1 Y113H IL5 C-703T Б PON2 S311C GPX4 +2650TC CYBA 640AG GPX3 G/A В GPX1 P198L CYBA -930AG FMO3 E158K GPX1 P198L GPX2 G173V Г EPHX1 Y113H IL5 C-703T Выраженный синергизм генов Умеренный синергизм генов Выраженный антагонизм генов Умеренный антагонизм генов Аддитивное взаимодействие генов На рисунке представлены дендрограммы кластерного анализа результатов моделирования межгенных взаимодействий методом MDR при аБА у мужчин (А) и женщин (Б), при нБА у мужчин (В) и женщин (Г). Параметры статистических моделей описаны в тексте.
Рисунок Взаимодействия между генами ферментов АОС и другими генами-кандидатами при гипертонической болезни (результаты моделирования метод MDR) CYBA -930AG FMO3 E158K А NOS3-786T/C AGT M235T SOD3 A40T Б GPX4 +2650TC NOS3-786T/C SOD3 A40T FMO3 E158K В PON1 Q192R MLR A4582C CYBA -930AG PON2 S311C Г SOD3 A40T FMO3 E158K Выраженный синергизм генов Умеренный синергизм генов Выраженный антагонизм генов Умеренный антагонизм генов Аддитивное взаимодействие генов На рисунке представлены дендрограммы кластерного анализа результатов моделирования межгенных взаимодействий методом MDR при тГБ у мужчин (А) и женщин (Б), при пГБ у мужчин (В) и женщин (Г). Параметры статистических моделей описаны в тексте.
Рисунок Схематическое изображение межлокусных гаметических корреляций полиморфных вариантов генов ферментов антиоксидантной защиты у здоровых индивидов 1 3 4 5 PRDX 1p34. 1p22. 4p15.3-p15.1 SOD GCLM 6q25. 1q23-q25 FMO3 SOD 3p21.3 GPX1 5q32-q33.1 GPX 1q42.1 EPHX 8 10 11p PON1 CAT 8p21.1 GSR 7q21.3 11q13 GSTP PON 12q23-q24. CYP2E1 TXNRD 10q24.3-qter 14 15 16 17 19p13. GPX 15q22-q CYP1A NQO1 17q23. 16q22. MPO 14q24.1 16q GPX CYBA (rg=0,122), SOD3 A40T (rg=0,114), CAT -262CT (rg=0,153) и PRDX1 C/A (rg=0,115);
GPX2 G173V с GPX4 +2650TC (rg=0,124) и FMO3 E158K (rg=0,115);
GPX3 G/A с SOD2 A16V (rg=0,126) и PRDX1 C/A (rg=0,107);
SOD2 A16V с CAT 21AT (rg=0,114);
CAT -262CT с CYBA 640AG (rg=0,142);
CYBA 640AG с MPO -463GA (rg=0,132);
GPX3 G/A с CYP1A1 T6235C (rg=0,180);
GPX4 +2650TC с PON2 S311C (rg=0,128);
SOD2 A16V с CYP1A1 T6235C (rg=0,147) и PON2 S311C (rg=0,147);
SOD3 A40T с PON2 S311C (rg=0,119);
CYBA 242CT с CYP1A1 T6235C (rg=0,105);
CYBA -930AG CYP1A1 I462V (rg=0,122), CYP2E1 -1259GC (rg=0,113);
PRDX1 C/A с PON2 S311C (rg=0,169);
CYP2E1 -1259GC с PON S311C (rg=0,151);
CYP2E1 7632TA с PON1 Q192R (rg=0,155);
PON2 S311C с EPHX1 Y113H (rg=0,189).
В группе больных ЯБ (рисунок 7) были установлены статистически значимые гаметические корреляции между следующими аллельными вариантами генов АОС: GPX1 P198L с CAT -21AT (rg=0,156);
GPX4 +2650TC с CYBA -930AG (rg=0,109);
GSR T/C с NQO1 R139W (rg=0,113) и MPO -463GA (rg=0,143);
Рисунок Схематическое изображение межлокусных гаметических корреляций полиморфных вариантов генов ферментов антиоксидантной защиты при язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки 1 3 4 5 PRDX 1p34. GCLM 1p22. SOD 4p15.3-p15. 6q25. 5q32-q33.1 GPX FMO3 SOD 1q23-q 3p21.3 GPX 1q42. EPHX 8 10 CAT 11p GSR 8p21. PON PON 7q21.3 GSTP 11q 12q23-q24. CYP2E1 TXNRD 10q24.3-qter 14 15 16 17 19p13. GPX NQO 15q22-q24 16q22. MPO CYP1A1 14q24.1 16q GPX2 CYBA 17q23. SOD2 A16V с CYBA 640AG (rg=0,120);
CAT -262CT с MPO -463GA (rg=0,143);
GCLM -588CT с CYBA 242CT (rg=0,138);
NQO1 R139W с MPO -463GA (rg=0,119);
CYBA 242CT с TXNRD1 C/G (rg=0,147);
GPX1 P198L с GSTP1 I105V (rg=0,119);
GPX4 +2650TC с CYP2E1 9896CG (rg=0,131);
GSR T/C с GSTP A114V (rg=0,158);
SOD2 A16V с PON1 Q192R (rg=0,131) и EPHX1 H139R (rg=0,162);
CAT -21AT с EPHX1 Y113H (rg=0,121) и EPHX1 H139R (rg=0,118);
GCLM -588CT с GSTP1 A114V (rg=0,135);
CYBA 242CT с CYP2E1 -1259GC (rg=0,111);
CYBA -930AG с CYP2E1 9896CG (rg=0,163), PON2 S311C (rg=0,134);
MPO -463GA с CYP1A1 I462V (rg=0,143), CYP1A1 T6235C (rg=0,167) и CYP2E1 7632TA (rg=0,132);
PRDX1 C/A с CYP2E1 -1259GC (rg=0,149) и PON2 S311C (rg=0,114);
FMO3 E158K с CYP2E1 7632TA (rg=0,200);
CYP1A1 I462V с GSTP1 A114V (rg=0,145);
CYP2E1 7632TA PON2 с S311C (rg=0,140);
CYP2E1 9896CG с PON1 Q192R (rg=0,164);
PON1 Q192R с PON2 S311C (rg=0,264). В группе больных БА (рисунок 8) были установлены статистически значимые гаметические корреляции между следующими аллельными вариантами Рисунок Схематическое изображение межлокусных гаметических корреляций полиморфных вариантов генов ферментов антиоксидантной защиты при бронхиальной астме 1 3 4 5 PRDX 1p34. GCLM 1p22. 4p15.3-p15.1 SOD 6q25. FMO3 SOD 1q23-q GPX 3p21. 1q42.1 5q32-q33.1 GPX EPHX 8 10 CAT 11p GSR 8p21. PON 7q21. 11q13 GSTP PON 12q23-q24. 10q24.3-qter CYP2E1 TXNRD 14 15 16 17 19p13.3 GPX 15q22-q24 16q22. NQO1 MPO CYP1A1 1 17q23. 14q24.1 16q GPX2 CYBA генов АОС: GPX1 P198L с GSR T/C (rg=0,142), SOD3 A40T (rg=0,205) и PRDX C/A (rg=0,165);
GPX2 G173V с CAT -262CT (rg=0,138);
GPX3 G/A с GCLM 588CT (rg=0,169), MPO -463GA (rg=0,139);
GPX4 +2650TC с GCLM -588CT (rg=0,148), GSR T/C с SOD2 A16V (rg=0,144) и MPO -463GA (rg=0,161);
SOD A40T с PRDX1 (rg=0,147);
CAT -262CT с FMO3 E158K (rg=0,138);
NQO1 P187S с CYBA 242CT (rg=0,157) и CYBA 640AG (rg=0,220);
GPX4 +2650TC с EPHX H139R (rg=0,225);
SOD2 A16V с CYP1A1 T6235C (rg=0,170);
CAT -21AT с GSTP I105V (rg=0,179);
CAT -262CT с CYP1A1 I462V (rg=0,207);
GCLM -588CT с GSTP1 I105V (rg=0,132);
NQO1 P187S с CYP2E1 -1259GC (rg=0,161) и EPHX H139R (rg=0,160);
NQO1 R139W с EPHX1 Y113H (rg=0,166);
CYBA -930AG с CYP1A1 T6235C (rg=0,156);
TXNRD1 C/G с CYP1A1 I462V (rg=0,139);
CYP1A T6235C с PON1 Q192R (rg=0,147) и EPHX1 H139R (rg=0,208);
CYP2E1 -1259GC с PON2 S311C (rg=0,146);
CYP2E1 7632TA с PON1 Q192R (rg=0,151);
PON1 Q192R с PON2 S311C (rg=0,222);
PON1 Q192R с GSTP1 A114V (rg=0,194). В группе больных ГБ (рисунок 9) были установлены статистически значимые гаметические корреляции между следующими аллельными вариантами генов АОС: GPX G173V с CAT -262CT (rg=0,158);
GPX3 G/A с FMO3 E158K (rg=0,190);