Анализ частот полиморфных вариантов генов xrcc1 ( G28152A, rs25487) и XPD ( а35931c, rs13181) у жителей Республики Башкортостан Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

УДК:5.57.577.218

© О.С. Целоусова, А.Т. Волкова, Т.В. Викторова, 2014

О.С. Целоусова, А.Т. Волкова, Т.В. Викторова

АНАЛИЗ ЧАСТОТ ПОЛИМОРФНЫХ ВАРИАНТОВ ГЕНОВ XRCC1 (G28152A, rs25487) и XPD (A35931C, rs13181) У ЖИТЕЛЕЙ РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН

ГБОУ ВПО «Башкирский государственный медицинский университет» Минздрава России, г. Уфа

Проведено генотипирование полиморфных локусов генов системы эксцизионной репарации ДНК XRCC1 (G28152A, rs25487) и XPD (А35931С, rs13181) у сельских (N=114) и городских (N=93) жителей Республики Башкортостан с целью изучения генетических механизмов предрасположенности к развитию многофакторных заболеваний. Статистически достоверных различий между группами сельских и городских жителей не установлено.

Ключевые слова: репарация ДНК, XRCC1, XPD.

O.S. Tselousova, A.T. Volkova, T.V. Viktorova DNA REPAIR XPCC1 (G28152A, rs25487) AND XPD (A35931C, rs13181) GENES POLYMORPHISM FREQUENCY ANALYSIS IN RESIDENTS OF THE BASHKORTOSTAN REPUBLIC

A genotyping of DNA repair genes рolymorphism XRCC1 (G28152A, rs25487) and XPD (A35931C, rs13181) in rural (N = 114) and urban (N = 93), residents of the Bashkortostan Republic has been conducted, in order to study the genetic mechanisms of predisposition to the development of multifactorial diseases. Statistically significant differences between groups in rural and urban residents have not been established.

Key words: DNA repair, XRCC1, XPD.

Республика Башкортостан - регион с развитой нефтехимической промышленностью. Сложную экологическую обстановку в крупных городах республики создает наличие большого количества загрязнителей атмосферного воздуха. Ежегодно в атмосфере крупных городов отмечаются высокие концентрации бенз(а)пирена, формальдегида, диоксида азота [1]. Опасность влияния окружающей среды на организм человека состоит в ее негативном воздействии как на здоровье отдельных индивидов, так и на приспособленность к факторам среды популяции в целом. Повышение уровня загрязнения окружающей среды генотоксиче-скими веществами способствует накоплению повреждений ДНК вследствие угнетения систем репарации, активизации процессов апоптоза, что в свою очередь приводит к возникновению мутаций, онкогенезу и является одной из причин роста частоты мультифакто-риальных заболеваний [5-9]. Наличие у человека неблагоприятных полиморфных вариантов генов системы репарации ДНК, приводящих к появлению функционально ослабленных белков, играющих ключевую роль в формировании индивидуальных реакций на действие ксенобиотика в конечном счете лежит в основе индивидуальной чувствительности. Полиморфные варианты генов системы репарации ДНК могут изменять структуру репарационных ферментов [4, 9-13]. Поскольку ферменты функционируют как единый четко скоординированный комплекс, любые качественные или количественные отклонения функций, его составляющих, неизменно ведут к нарушениям

процессов репарации ДНК, что инициирует каскад биологических реакций на клеточном, органном, организменном и популяционном уровнях, способствующих формированию онкологических и других мультифакториальных заболеваний (МФЗ) [10-13]. Таким образом, изучение распределения частот аллелей и генотипов полиморфных вариантов генов системы репарации ДНК позволит получить существенную информацию для формирования групп с повышенным риском развития МФЗ и способствовать разработке профилактических мероприятий.

В связи с вышеизложенным целью данного исследования явилась оценка частоты встречаемости аллелей и генотипов полиморфных локусов генов системы репарации ДНК: ХЯСС1 (028152Л, к25487), ХРВ (А35931С, ^13181) - среди здоровых жителей Республики Башкортостан.

Материал и методы

Нами проведен анализ полиморфных вариантов генов системы репарации ДНК -ХЯСС1 (028152Л, ^25487), ХРВ (А35931С, rs13181) у городских (N=93) и сельских (N=114) жителей РБ. Группы были сформированы с учетом этнической принадлежности, пола и возраста. Средний возраст обследуемых составил 18,3±0,45 года. Из исследования исключались индивиды с МФЗ (бронхиальная астма, туберкулез легких, сахарный диабет и др.). ДНК выделяли методом фенольно-хлороформной экстракции. Анализ полиморфных вариантов генов осуществляли с помощью ПЦР/ПДРФ-анализа [5].

Статистическая обработка результатов исследования проводилась с использованием программы STATISTICA v.6.0. Достоверность различий частот аллелей и генотипов определяли по критерию х2 с поправкой Йетса. Соответствие распределения частот аллелей и генотипов равновесию Харди-Вайнберга (х2) определяли по стандартным формулам при помощи программного обеспечения Microsoft Excel.

Результаты и обсуждение

Распределение частот генотипов изученных полиморфных локусов у жителей города Уфы соответствовало ожидаемому по уравнению Харди-Вайнберга (х2=0,65, p=0,42 для локуса XRCC1 (G28152A) и х2=0,007, p=0,94 для локусаXPD (A35931C)). У жителей условно экологически благополучных сельских районов Республики Башкортостан распределение частот генотипов изученных полиморфных локусов не отклонялось от ожидаемого по уравнению Харди-Вайнберга (х2=1,75, p=0,19 для локусаXRCC1 (G28152A) и х2=0,005, p=0,94 для локуса XPD (A35931C)). При сравнительном анализе частот генотипов полиморфных локусов генов XRCC1 (G28152A) и XPD (A35931C) статистически достоверных различий между группами городских и сельских жителей установлено не было. Анализ частот генотипов полиморфного локуса G28152A гена XRCC1 не выявил статистически достоверных различий между группами сельских и городских жителей. Однако среди городских жителей более-менее с одинаковой частой встречались как гетерозиготный генотип A/G (43,01%), так и гомозиготный генотип G/G (40,86%) полиморфного локуса G28152A гена XRCC1. В группе сельских жителей наиболее распространенным оказался гомозиготный генотип G/G полиморфного локуса G28152A гена XRCC1, частота которого достигала 43,86%. В литературе имеются различные сведения об ассоциации данного полиморфного локуса с развитием МФЗ. Так, Huang Z.H. et al. (2009) показали ассоциацию A/A и G/A полиморфного варианта (G28152A) гена XRCC1 с риском развития рака желудка, наличием рецидивов этого заболевания [8]. Mittal R.D. et al. (2008) выявили ассоциацию гетерозиготного генотипа G/A полиморфного локуса G28152A гена XRCC1 с риском развития рака мочевого пузыря [12]. Нашими коллегами показано, что у носителей рецессивного генотипа A/A полиморфного локуса G28152A гена XRCC1 возрастает риск развития рака мочевого пузыря и почки [2,5]. Белок, кодируемый геном XRCC1 (X-ray cross-complementing group I, локус

19q13.2), является интегральным регулятором эксцизионной репарации оснований. Полиморфный локус G28152A гена XRCC1 затрагивает центральный домен фермента, необходимый для активации BER (base excision repair) эксцизионной репарации [3]. Замена аминокислоты аргинин (Arg) на глутамин (Gln) может изменять конформацию белка, что влияет на функциональную активность фермента XRCC1, нарушая взаимодействие XRCC1 с транскрипционным комплексом [3,9].

Частота аллелей и генотипов полиморфного локуса гена XPD (А35931С) была схожей как у городских, так и у сельских жителей. Преобладающим в обеих группах был гомозиготный генотип А/А, частота которого в группе сельских жителей составила 50,00% и у городских жителей - 50,54%. Причем гомозиготный генотип С/С встречался достаточно редко как у сельских - 8,77%, так и у городских жителей - 8,06%. Продукт гена XPD (xeroderma pigmentosum group D, хромосомный локус 19q13.3) функционирует на начальном этапе синтеза всех белков клетки в качестве субъединицы комплексного белка -вспомогательного фактора РНК-полимеразы II. Было обнаружено более 100 мутаций в данном гене, большинство из них расположены в СООН-терминальном домене этого белка, который взаимодействует с транскрипционным фактором - TFIIH, являющимся активатором хеликазной активности XPD [6,7,13]. Мутации в этой области приводят к потере возможности белковым продуктам гена XPD взаимодействовать с транскрипционным фактором и утрате хеликазной активности, что в свою очередь ведет к дефектам в процессах эксцизионной репарации нуклеотидов. Некоторые исследователи предполагают, что аллель XPD *35931С может быть ассоциирована с пониженной способностью к репарации повреждений ДНК, вызванных ультрафиолетовым излучением и химическими карциноге-нами [9,11]. Различными исследователями было показано, что полиморфные варианты гена XPD ассоциированы с риском развития рака мочевого пузыря [13].

Система репарации ДНК - одна из основных систем, функционирование которой как в норме, так и при повреждениях обеспечивает восстановление структуры ДНК, поддерживая гомеостаз клетки. Действие ферментов репарации направлено на удаление и восстановление поврежденных нуклеотидов молекулы ДНК [9]. Замена даже одного нук-леотида, фенотипически проявляющаяся в замене аминокислоты, приводит к изменению

функций всего комплекса ферментов репарации ДНК. Существует пять механизмов восстановления целостности ДНК: эксцизионная репарация оснований, эксцизионная репарация нуклеотидов, коррекция некорректных пар, прямое восстановление поврежденных оснований и репарация двунитевых разрывов ДНК. Первыми из перечисленных механизмов запускаются эксцизионная репарация оснований и нуклеотидов, структурными компонентами которых являются белки, кодируемые генами XPD и XRCC1. Наличие полиморфных вариантов генов репарации ДНК может изменять структуру ферментов репарации и провоцировать развитие онкологических за-

болеваний, а также способствовать формированию экологозависимых патологий.

Таким образом, изучение полиморфных вариантов генов системы репарации ДНК может дать существенную информацию для формирования групп с повышенным риском развития МФЗ и способствовать разработке профилактических мероприятий.

Выводы

Полученные результаты свидетельствуют о необходимости дальнейших исследований по оценке значимости полиморфных вариантов генов системы репарации ДНК как возможных маркеров риска развития мульти-факториальных заболеваний человека.

Сведения об авторах статьи: Целоусова Ольга Сергеевна - к.б.н., доцент кафедры биологии ГБОУ ВПО БГМУ Минздрава России. Адрес: 450000, г. Уфа, ул. Ленина, 3. Тел./факс: 8(347) 272-57-82. E-mail: [email protected].

Волкова Альфия Талхеевна - ст. преподаватель кафедры биологии ГБОУ ВПО БГМУ Минздрава России. Адрес: 450000, г. Уфа, ул. Ленина, 3. Тел./факс: 8(347) 272-57-82.

Викторова Татьяна Викторовна - д.м.н., профессор, зав. кафедрой биологии ГБОУ ВПО БГМУ Минздрава России. Адрес: 450000, г. Уфа, ул. Ленина, 3. Тел./факс: 8(347) 272-57-82.

ЛИТЕРАТУРА

1. Государственный доклад «О состоянии природных ресурсов и окружающей среды Республики Башкортостан в 2012 году». -Уфа, 2013. - 319 с.

2. Молекулярно-генетические маркеры прогноза при поверхностном раке мочевого пузыря / А.А. Измайлов [и др.] // Медицинский вестник Башкортостана. - 2011. - Т. 6, № 5. - С. 47-51.

3. A meta-analysis on XRCC1 and XRCC3 polymorphisms and colorectal cancer risk / Z. Jiang [et al.] // Int J Colorectal Dis. - 2010. -Vol. 25, № 2. - P. 169-180.

4. Benhamou, S. ERCC2/XPD gene polymorphisms and lung cancer / S. Benhamou, A. Sarasin // American journal of epidemiology. -2005. - Vol. 161, № 1. - P. 1-14.

5. DNA Repair XPCC1 and XPD Genes Polymorphism as Associated with the Development of Bladder Cancer and Renal Cell Carcinoma / L. Z. Akhmadishinaa [et. all] // Russian journal of genetics. - 2014. - Vol. 50, №. 4. - Р. 481-490.

6. Genetic polymorphism of DNA repair gene ERCC2/XPD (Arg 156 Arg) (A22541C) and lung cancer risk in Northern Romania / A.Catana [et al.] // Revista Romana de Medicina de Laborator. - 2012. - Vol. 20, № 2. - P. 157-161.

7. Genetic polymorphisms of DNA repair genes and chromosomal damage in workers exposed to 1,3-butadiene / Q.Wang [et al.] // Carcinogenesis. - 2010. - Vol. 31, № 5. - P. 858-863.

8. Huang, Z.H. Polymorphisms in p53, GSTP1 and XRCC1 predict relapse and survival of gastric cancer patients treated with oxaliplatin-based adjuvant chemotherapy / Z.H. Huang, D.Hua, X. Du // Cancer Chemother Pharmacol. - 2009. - Vol. 64, № 5. - P. 1001-1007.

9. Vasilenko N. L., Nevinsky G. A. Enzymes of direct, excision and mismatch DNA repair in pro- and eukaryotes and their biological role // Molecular Biology. - 2003. - Vol. 37, № 6. - P. 803-817.

10. Polymorphism of XRCC1, XRCC3, and XPD Genes and Risk of Chronic Myeloid Leukemia / C. Banescu [et al.] // Biomed Res Int. -2014. - Vol. 2014. - Р. 9.

11. XRCC1, XRCC3 and XPD polymorphisms as modifiers of the effect of smoking and alcohol on colorectal adenoma risk / M. C. Stern [et al.] // Cancer epidemiology, biomarkers & prevention. - 2006. - Vol. 15. - P. 2384-2390.

12. XRCC1 codon 399 mutant allele: a risk factor for recurrence of urothelial bladder carcinomain patientson BCG immunotherapy / R.D.Mittal [et. all] // Cancer Biol. Ther. - 2008. - Vol. 7. - P. 645-5.

13. XPD polymorphisms, cigarette smoking, and bladder cancer risk: a meta-analysis / M.Wang [et al.] // J Toxicol Environ Health. - 2009. - Vol. 72, № 11-12. - P. 698-705.