CC BY
11ВОПРОСУ П
^Р;
ш
Владимир Леонидович Осаковский,
кандидат биологических наук, заведующий лабораторией генома человека Института здоровья АН РС(Я).
Археологическая наука связана с изучением памятников материальной культуры человека времен, лежащих за пределами его письменной истории. Она реставрирует дописьменную эпоху культуры древнего народа.
Благодаря современным успехам генетики и молекулярной биологии, возникла и развивается новая научная дисциплина - генетическая археология, которая занимается изучением и реконструкцией древнейших текстов генетической информации человека как биологического ее носителя [1]. Она не претендует на культурологический аспект археологической науки, но результаты, касающиеся генетической истории популяции человека, могут, отчасти, представлять интерес для решения вопросов этногенеза и антропологии. В последние годы в зарубежных и отечественных исследовательских лабораториях накапливается генетическая информация, открывающая новые возможности решения проблем происхождения отдельных популяций человека.
Результаты генетических исследований хромосом ядра и цитоплазмы (геном митохондрии*) клетки человека показали, что из ядерных хромосом в паре ХУ наследование происходит по-разному. Например, У-хро-мосома этой пары передается только по мужской линии. Своеобразием наследования хромосомы митохондрии является ее передача только по материнской линии.
Особенности наследования У-хромосомы и хромосомы митохондрии используются для решения некоторых вопросов происхождения этносов. Для этих целей рассматриваются маркерные участки хромосом и прослеживается их наследование. Одной из удобных меток при таких исследо-
В. Л. Осаковский
ваниях является природная мутация, и особенно, когда она проявляется как наследственное заболевание. В представленной статье анализируются некоторые результаты проведенных генетических наблюдений, позволяющие проследить древние следы событий, сопутствовавших формированию этноса. Несомненно, полученные данные будут использованы специалистами, серьезно занимающимися вопросами этногенеза и, в частности, происхождения якутского народа.
Один из необычных фактов получен при изучении наследственного заболевания Пьера-Мари**. Мутация наследуется независимо от пола как по материнской, так и по отцовской линии. На территории Якутии это заболевание является самым распространенным (из наследственных патологий) среди коренного населения. Возможной причиной накопления этой патологии может быть длительная географическая изоляция якутской популяции. Частота встречаемости данного заболевания составляет 35 случаев на 10 000 человек и является одной из самых высоких в мире. Молекулярная основа патогенеза обусловлена мутацией, которая локализована на шестой хромосоме ядерного генома в области 1640732216869666 нуклеотидных пар оснований молекулы ДНК (научное обозначение этой мутации БСА1). Анализ структуры указанного участка ДНК показывает, что мутация вызвана исчезновением элемента, контролирующего длину гена. Оказалось, что 65% нормальной, т.е. шестой хромосомы ядра клетки якутской популяции имеют только по одному такому элементу. Сравнение (по наличию контролирующего элемента) структуры интересующего нас участка ДНК нор-
* Митохондрия - субклеточная структура в цитоплазме, выполняющая энергетическую функцию. Имеет собственную молекулу ДНК (мтДНК).
** Нейродегенеративное наследственное заболевание, выражающееся в нарушении координации движений и приводящее к инвалидности.
территории Якутии.
правда, редко. Семьи с большими родословными, имеющими носителей мутации, описаны также в Италии, Франции, Германии, Нидерландах и странах Восточной Европы. Они отмечены в Китае, Монголии и Японии [4, 5, 6, 7]. Была предпринята попытка выявить генетические связи якутской формы 8СА1 с носителями данной мутации в других странах. Одним из подходов сравнения ее носителей в разных географических регионах является анализ гаплотипов* соседних локусов** - сочетания разных форм микросателлитов, в нашем случае - 068260, 0681567 и 068285, сцепленных с мутантным геном 8СА1 якутских носителей (табл.). Для сопоставления приведены данные по китайской, монгольской и американской популяциям [8, 9].
Таблица показывает, что носители мутации 8СА1 в трех наиболее распространенных улусах на территории Якутии имеют одинаковый гаплотип. Следовательно, мутантная хромосома у больных является потомком хромосомы предка, указывая на единого родоначальника для всех носителей мутации, несмотря на миграционные события в историческом прошлом якутов. Этот факт, а также невозможность проследить родовые связи между 60 родословными древами свидетельствуют о том, что распространение мутации началось в очень давние времена.
Анализ гаплотипов носителей 8СА1 представителей монгольской, китайской и американской популяций и их сравнение с якутским гаплотипом показывает, что он иной. Это говорит о том, что мутация гена
мальных хромосом популяций Северо-Американских индейцев и якутской показывает, что у индейцев более 80% хромосом содержат два элемента. Для якутской популяции достаточно даже одной мутации, чтобы выпал контролирующий элемент и хромосома стала мутантной. Таким образом, эти интересные наблюдения могут объяснить предрасположенность якутского населения к указанной мутации [2].
В Якутии выявлено 199 носителей мутации, имеющих 24 ее варианта. Они относятся к 11 большим и 49 малым якутским родословным [3]. Проведенный анализ не позволил выявить общего предка, внесшего мутацию, что может свидетельствовать о достаточно древнем ее происхождении и утере из-за этого родственных связей.
Заболевание Пьера-Мари встречается не только в Якутии, но и в других регионах России,
Таблица
Гаплотипы микросателлитов 063260, 0631567 и 063285, сцепленных с мутантным геном 3СА1 в различных популяциях
Географические регионы Число анализированных хромосом Аллели* маркерного микросателлита Гаплотипы
068260 0681567 068285
Якутия Вилюйск 2 15 1 3 15-1-3
Алдан 8 15 1 3 15-1-3
Индигирка 9 15 1 3 15-1-3
Монголия 2 7 1 3 7-1-3
Китай 4 7 1 3 7-1-3
США 2 7 1 4 7-1-4
Примечание: генетическое расстояние между маркерами 063260 и 0631567 составляет 3,50 сМ**, 0631567 и 063285 - 0,80 сМ. * Аллель - форма локуса.
** сМ - сантиморган, единица измерения генетического расстояния в хромосоме.
* Гаплотипы -соседние гены, сцепленные на определенном участке хромосом.
** Локус - короткий участок ДНК вблизи мутации.
БСА1 не связана генетически с монгольскими и китайскими мутациями. К сожалению, нет сведений о гапло-типах европейских популяций.
В настоящее время появилась возможность оценить время начала распространения мутации в историческом прошлом. Существуют специально разработанные для этих целей математические методы расчета, например, по такой формуле:
2М=(-2 р)/(1-р) 1п(р), где N - количество поколений, р - частота мутации в популяции [10, 11].
Расчеты показывают, что сменилось 37 поколений после предка, внесшего мутацию. Если принять время между сменой поколений равным 25-30 годам, то мутация началась 915-1110 лет тому назад. Эти цифры говорят о возникновении в те времена мутации среди аборигенных племен на территории Якутии . Их потомки сохранили данную мутацию до наших дней. Отметим, что речь идет о начале распространения мутации в популяции, впоследствии образовавшей якутский этнос.
Генетические события - возникновение мутации и формирование определенных типов хромосом (гапло-типов) генома - связаны с доэтническим периодом развития, временные интервалы которого охватывают периоды, сопоставимые с археологической периодизацией по материальной культуре древнейших поселений человека. Описанная нами мутация уводит нас в глубь веков древнейшей истории Якутии.
Рассмотрим второй интересный научный факт, раскрывающий современный генетический «портрет» митохондрии представителей якутской популяции. Высокий уровень изменчивости участка мтДнК, расположенного в области 16000-16400 нуклеотид-ной последовательности, а также отсутствие рекомбинации, исключающей обменные процессы этих молекул, позволяют получить и описать общую характеристику генетической структуры популяции по материнской линии. Этот участок мтДНК, используемый как маркер, является полиморфным, и поэтому у каждого представителя популяции есть свой вариант, отличающийся от других одиночными заменами нуклеотида. Компьютерный анализ всего спектра замен в популяции позволяет группировать мтДНК по типам и проводить их сравнение в разных популяциях, реконструировать последовательность нуклеотидных замен во времени. Мутационная скорость замены на данном участке длиной 400 нуклео-тидов является важнейшим показателем, который дает возможность оценить эволюционный возраст типа мтДНК. Например, замена 4,35 нуклеотидов составит 1,2% дивергенции*. По молекулярным часам это составляет возраст около 10 000 лет. Анализ уровня дивергенции в трех группах коренного населения Северной Азии показал следующие значения: коряки - 1,32; якуты - 1,44 и эвены -1,55%. В сравнении с другими изученными популяциями северных монголоидов, у которых зафикси-
рованы низкие значения дивергенции (до 1,2%), популяции эвенов, якутов и коряков характеризуются достаточно высоким уровнем разнообразия. Это, по-видимому, можно объяснить не эволюционным возрастом, а большим числом предковых материнских линий в их генофондах [12], что подтверждается спектром гаплотипов. Анализ спектра мтДНК, представленного в генофонде якутов, показал большое преобладание двух гаплогрупп ДНК (С и Д), широко распространенных в популяциях коренных жителей Сибири - эвенков и тувинцев. Присутствие этих гаплогрупп в женском генофонде якутов, столь отдаленных географически, по современным меркам, от популяции тувинцев, не исключает генетического родства эвенков, якутов и тувинцев в отдаленном прошлом. В меньшей степени в генофонде якутов присутствуют гаплогруппы других народов Сибири и Средней Азии [13]. Это еще раз подтверждает высказанное выше предположение о формировании генофонда современных якутов большим числом предковых материнских (сибирских и северных) линий.
Третий факт является крайне интересным и загадочным с точки зрения формирования якутского этноса. Он проявился в ходе изучения наследования маркерного локуса половой У-хромосомы, имеющей два
Электрофореграмма** геля: 1, 2, 3, 5 - образцы ДНК представителей четырех якутских родов из разных регионов Якутии; 4 - маркеры длин фрагментов ДНК; 6 -контрольный образец ДНК с генотипом TAT; 7 -контрольный образец ДНК с генотипом TAC.
* Дивергенция (расхождение) - степень разнообразия форм данного участка мтДНК в популяции за счет расхождения во
времени или вклада нескольких генофондов.
** Электрофореграмма - карта распределения фрагментов ДНК локуса.
варианта: TAT и TAC. Для их распознавания используется метод электрофореза продуктов синтеза ДНК локуса. Применение ряда ферментов позволяет их идентифицировать. Используется ПДРФ-анализ* образцов ДНК в специально приготовленном геле.
Напомним, что наследование У-хромосомы идет только по отцовской линии, т.е. она определяет мужской пол. Эта особенность передачи У-хромосомы позволяет оценить структуру мужского генофонда якутов. Изучение вариантов T и C данного локуса молекулы ДНК У-хро-мосомы разных популяций Сибири выявило неравномерное их распределение. Так, вариант TAC характерен для мужчин северных евразийских популяций, а вариант TAT - для южно-сибирских и европейских популяций. Анализ частоты распределения варианта TAC среди мужчин-якутов показывает удивительно большую его распространенность - до 80%. Высокие показатели встречаемости TAC выявлены в финно-угорских популяциях (финны - 61%, саами - 49, карелы - 40, ханты - 62, сибирские эскимосы - 50), а также у бурят (57%) [14]. По-видимому, в отдаленном прошлом доэтнические племена бурят имели родственные генетические корни с угро-финнами. Для европейских и монголо-тюркских популяций выявлены крайне низкие показали распространения TAT: монголы - 2%, казахи и русские - по 10%. Cреди алтайцев, уйгуров и киргизов эта форма не встречается.
Если женская часть популяции якутов сформирована сравнительно большим числом предковых материнских линий, то в мужской части это не так. Мужская часть популяции якутов сформирована резко ограниченным числом предковых отцовских линий, унаследовавших TAC. ^оль разительное различие числа предковых линий по мужской и женской линиям можно объяснить существованием в доэтнический период (до формирования этноса якутов) многоженства у доминирующего племени.
Рассмотренные результаты наших исследований, а также данные литературных источников представляют большой научный интерес для специалистов по вопросам этногенеза. Генетические исследования северных этносов дают уникальный материал для воссоздания условий их формирования. Особый интерес представляют медицинские аспекты этого процесса, поскольку особенности генетического развития народов в древности определяют здоровье современного человека.
Данные ПДРФ-анализа получены научным сотрудником Института здоровья АН РС(Я) А.И. Федоровым в Институте эволюционной антропологиии им. М. Планка (Германия) и публикуются впервые.
Литература
1. Евграфов О.В. // Гзнетическая археология: новый подход к исследованию генетической истории популяций // Доклады Академии Наук. - 1994. - Т. 338. -№ 6. - С. 822-826.
2. Goldfarb L.G, Vasconcelos O., Platonov F.A. et al.
Unstable triplet repeat and phenotypic variability of spinocerebellar ataxia type 1 // Ann. Neurol. - 1996. - Vol. 39. - P. 500-506.
3. Brakhfogel Irina F., Platonov F.A., Osakovsky V.L. // Distribution of spinocerebellar ataxia type 1 genes mutation in the Yakut population of Siberia // Human Genome Meeting. - 2001. - Poster 167. - P. 46.
4. Иллариошкин C.H., Овчинников И.В., Иванова-Смоленская И.А., и др. Молекулярно-генетический подход в изучении доминантных спиносеребеллярных атаксий // Общие вопросы неврологии и психиатрии. -1996. - T. 1. - C. 37-41.
5. Ranum L.P.W., Lundgren J.K., Schut L.J., Gomez C. et al. Spinocerebellar ataxia type 1 and Machado-Joseph disease: incidence of CAG expansions among adult-onset ataxia patients from 311 family with dominant, recessive, or sporadic ataxia //Am. J. Hum. Genet. - 1995. - № 57 - P. 603-608.
6. Hsieh M.L., Yang C.Y., Tsai H.F. et al. The CAG repeats number of spinocerebellar ataxia type 1 gene in normal Taiwanese and in patients with dominant inherited ataxia // Proc. Natl. Sci. Counc. Repub. China. - Jul, 1997. -№ 21(3). - P. 91-95.
7. Suzuki, Y: Sasaki, H; Wakisaka, A. et al. Spinocerebellar ataxia 1 (SCA1) in the Japanese: analysis of CAG trinucleotide repeats expension and instability of the repeat for paternal transmission // Jpn. J. Hum. Genet. -1995. - № 40. - P. 131-143.
8. Осаковский В.Л., Платонов Ф.А., Гольдфарб Л.Г. К вопросу происхождения SCA1 мутации в якутской популяции // Бюллетень Сибирского Отделения РАМН. -2004. - №1. - C. 103-104.
9. Lunkes A, Goldfarb L.G, Platonov F.A, Alexeev V.P, Duenas-Barajas et al. // Autosomal dominant spinocerebellar ataxia (SCA1) in a Siberian founder population: assignment to the SCA1 locus // Expeximental Neurology. - 1994. - № 126. - P. 310-312.
10. Slatkin M., Rannala B. Estimating allele age //Annu. Rev. Genomics Hum. Genet. - 2000. - № 1. - P. 225-249.
11. Осаковский В.Л., Шатунов А.Ю., Гольдфарб Л.Г., Платонов Ф.А. Оценка возраста мутантной хромосомы по SCA1 в Якутской популяции //Якутский медицинский журнал. - 2004. - №2(6). - C. 63.
12. Деренко М.В., Шилдс Дж.Ф. Разнообразие нукле-отидных последовательностей митохондриальной ДНК в трех группах коренного населения Северной Азии //Молекулярная биология. - 1997. - T. 31. - № 5. -C. 784-789.
13. Федорова С.А., Бермишева М.А., Виллемс Р. и др. Структура генофонда якутов по данным о полиморфизме митохондриальной ДНК // Якутский медицинский журнал. - 2003. - № 1. - C.16-21.
14. Brigitta Pakendorf, Bharti Morar, Mark Stoneking and et аl. Y-chromosomal evidence for a strong reduction in male population size of Yakut. // Hum. Genet. - 2002. -№ 110. - P. 198-200.
* ПДРФ-анализ - метод идентификации вариантов TAT (ПДРФ - полиморфизм длины рестрикционных фрагментов ДНК У-хромосомы).
