SNP-особенности у детей, проживающих в условиях стронциевой геохимической провинции Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

ISSN 1998-4812

1185

УДК 613.954:502.3+616.097

раздел БИОЛОГИЯ

8№-ОСОБЕННОСТИ У ДЕТЕЙ, ПРОЖИВАЮЩИХ В УСЛОВИЯХ СТРОНЦИЕВОЙ ГЕОХИМИЧЕСКОЙ ПРОВИНЦИИ

© Н. В. Зайцева13, О. В. Долгих123*, А. В. Кривцов1, О. А. Бубнова1,3, Я. И. Вайсман2

1 Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения Россия, 614045 г. Пермь, ул. Монастырская, 82.

2Пермский национальный исследовательский политехнический университет Россия, 614990 г. Пермь, Комсомольский пр., 29.

3Пермский государственный национальный исследовательский университет Россия, 614990 г. Пермь, ул. Букирева, 15.

*Email: [email protected]

Изучены особенности распределения частот генов эндотелиального фактора роста (VEGF) и цитохрома Р-450 CYP1A1, копропорфириногеноксидазы (CPOX), транскрипционного фактора р53 у детей в условиях стронциевой геохимической провинции. Выявлены избыточная распространенность вариантных аллелей генов цитохрома, эндотелиального фактора роста (VEGF) и металлопротеиназы (ММР9), а также их ассоциация с контаминацией биосред стронцием и иммунологическим ответом.

Ключевые слова: однонуклеотидные полиморфизмы, ген эндотелиального фактора роста, ген металлопротеиназы, стронций.

Актуальной гигиенической проблемой является разработка методологии выявления адаптивности отдельного человека и популяции к действию чужеродных химических соединений, связанной с полиморфизмом генов. К ключевым од-нонуклеотидным полиморфизмам отража-

ющим характер и особенности адаптации организма к факторам среды, относятся полиморфизмы генов детоксикации, приоритетными из которых являются гены цитохрома Р-450 CYP1A1, копропорфириногеноксидазы CPOX [1-4]. Стабильный стронций входит в перечень химических веществ, обладающих мутагенной активностью (токсикологические профайлы Агенства по регистрации токсичных веществ и заболеваний США (ATSDR) 2004, 2008). Стронций относится к группе металлов, формирующих неудовлетворительное качество питьевой воды и входит в список основных показателей качества воды по требованиям санитарных норм РФ и США.

Восприимчивость организма к воздействию техногенных факторов в значительной мере зависит от генетических особенностей определяющих состояние внутриклеточных белков, белков внеклеточного матрикса, белков эндотелия сосудов. К ведущим полиморфизмам, реализующим взаимодействие факторов окружающей среды и процессов иммунологического гомеостаза относятся полиморфизмы патогенетических генов, в том числе эндотелиального фактора роста (VEGF), траскрип-ционного фактора 53 (ТР53), матричной металло-протеиназы.

Суперсемейство цитохромов Р-450 ^Т?-450) отвечает за микросомальное окисление и представляет собой группу ферментов, которые не только

осуществляют метаболизм лекарств, но и участвуют в синтетических процессах стероидных гормонов, холестерина и токсикантов.

Ген CPOX кодирует синтез фермента копро-порфириногеноксидазы, который катализирует окислительное декарбоксилирование металлопор-фиринов. При нарушении синтеза металлопорфи-ринов, обусловленных дефектом гена, происходит накопление неактивных форм металлоорганиче-ских соединений, что вызывает развитие симптомов интоксикации, повышение чувствительности к солнечному свету, неврологические нарушения, злокачественные опухоли [2].

Ген p53 - онкосупрессор, его продукт белок p53 контролирует ответ клетки на различные виды стресса, включая повреждения ДНК химическими и физическими агентами, нарушения микротрубочек цитоскелета, активацию онкогенов, гипоксию, гипертермию и др. Активация гена р53 ведет к остановке пролиферации клетки и к включению в ней программы апоптоза.

Матриксные металлопротеиназы (MMP) играют центральную роль в обмене белков соединительной ткани, в процессах нормального развития матрикса, при онкогенной трансформации клеток, при ангиогенезе и патологии, ассоциированной с клеточной пролиферацией.

Фактор VEGF и его рецепторы (VEGFR) - играют решающую роль в ангиогенезе, а следствием блока ангиогенеза являются гипоксия, эндотели-альная дисфункция, усугубление клинической картины многих заболеваний (сердечно-сосудистых, органов дыхания, заболеваний печени).

Цель: оценка особенностей однонуклеотидных полиморфизмов ключевых патогенетических

генов у детей в условиях избыточного поступления стронция с питьевой водой.

Материалы и методы

При углубленном изучении состояния здоровья детского населения г. Кунгур Пермского края выполнено генетическое и иммунологическое диагностическое обследование 113 детей в возрасте 37 лет, постоянно проживающих в эндемичной зоне, характеризующейся повышенным содержанием стронция в подземных водах, при этом группу контроля составили 57 детей, проживающих на территории, характеризующейся допустимым уровнем качества воды по содержанию стронция. Группа наблюдения и контрольная группа были сопоставимы по этническому, гендерному и возрастному составу, соматической заболеваемости и социальному статусу. Выборка обследуемых была достаточна для достоверного определения межгрупповых отличий.

Обследование включило в себя изучение показателей гиперчувствительности (определение содержания ]£ Е общего, ]£ Е специфического к стронцию методом ИФА), показателей пролифера-тивных реакций (определение содержания СЕА, СА 19-9 методом ИФА), маркера состояния эндотелия сосудов (УЕОБ-эндотелиальный фактор роста). Исследование биосред на содержание металлов (мг/дм3) выполнено методом масс-спектромет-рии с индуктивно связанной плазмой.

Забор материала для ПЦР проводился методом

взятия мазков со слизистой оболочки ротоглотки. Затем проводили выделение ДНК с помощью сор-бентного метода: в основе которого лежит разрушение клеток с дальнейшей сорбцией нуклеиновых кислот на сорбент. Для исследования полиморфных вариантов в изучаемых генах использовали методику ПЦР, в основе которой лежит реакция амплификации и детекция продуктов этой реакции в режиме реального времени (мультиплексная ПЦР). В качестве праймеров использовали участок ДНК генов эндотелиального фактора роста (УБОР) ци-тохрома (СУР1А1), ММР9, СРОХ, р53. Для определения генотипа человека использовали метод аллельной дискриминации, когда различия между гетерозиготами, гомозиготами дикого и минорного вариантов устанавливали по различиям в протекании реакций амплификации соответствующих праймеров. Статобработка данных по генотипиро-ванию проводилась с использованием унифицированной программы «Ген Эксперт», служащей для расчета статистических параметров для исследований «случай-контроль», использующих SNP.

Основные результаты.

Анализ проб питьевой воды на исследуемой территории в г. Кунгур установил превышение гигиенических нормативов качества питьевой воды в среднем за весь период наблюдения по стронцию (1.35 ПДК), что не соответствует установленным требованиям ГН 2.1.5.1315-03 и СанПиН 2.1.4.107401. В то же время качество питьевой воды на терри-

Таблица

Распределение частот генов VEGF, СУР1А1, ТР53, ММР9, СРОХ у детей, потребляющих воду, содержащую стронций

Генотип/аллель п Группа наблюдения Группа контроля

115 48

УЕОЕ ОО 49% 62%

ОС 42% 32%

СС 9% 6%

О 70% 78%

С 30% 22%

СУР1А1 ОО 87% 94%

ОА 13% 6%

АА 0% 0%

О 93% 97%

А 7% 3%

ТР53 СС 45% 51%

ОС 48% 38%

ОО 7% 11%

С 69% 70%

О 31% 30%

ММР9 АА 35% 41%

ОА 43% 45%

ОО 22% 14%

А 56% 64%

О 44% 36%

СРОХ АА 74% 69%

СА 23% 31%

СС 3% 0%

А 86% 84%

С 14% 16%

ISSN 1998-4812

Вестник Башкирского университета. 2014. Т. 19. №4

1187

тории проживания детей группы контроля полностью отвечало санитарно-гигиеническим нормам.

Химико-аналитическое исследование биосред показало, что в крови детей постоянно потребляющих питьевую воду неудовлетворительного качества по содержанию стронция обнаружены повышенные относительно контрольной группы концентрации данного металла на уровне 0.054-0.371 мг/дм. (р < 0.05).

Результаты клинико-лабораторного обследования выявили значительные сдвиги в функционировании иммунной системы. Уровень общего у 71.7% проб был значительно выше возрастной нормы (р < 0.05). Установлена специфическая сенсибилизации к стронцию по критерию специфического IgG к стронцию, уровень которого достоверно превышал аналогичный показатель в группе контроля в 1.8 раза. Проведена индикация особенностей полиморфизма генов CYP1A1, MMP9, р53, CPOX, VEGF (табл.).

Установлены негативные ассоциации полиморфизма генов детоксикации (CYP1A1, CPOX) характеризующиеся повышенной над группой контроля распространенностью гетерозиготного варианта гена CYP1A1 в 2 раза, а также минорного гомозиготного варианта гена CPOX, при отсутствии патологического аллельного варианта СС в группе контроля. Выявленные ассоциации усугубляются тем, что у детей экспонированных стронцием в 1.5 раза повышена частота минорной гомозиготы гена ММР9, а также гетерозиготы гена ТР53 (в 1.3 раза), что указывает на наличие негативной генетической вариабельности с предрасположенностью к онкологическим и аутоиммунным заболеваниям.

Для полиморфизма генов пролиферации эндотелия (VEGF) характерно преобладание как минорной гомозиготы (в 1.5 раза), так и гетерозиготного генотипа (в 1.3 раза) по сравнению с группой кон-

троля. Статистический анализ SNP-различий гена цитохрома р450 (CYP1A1) между группами наблюдения и контроля позволил установить, что «случаи» и «контроли» находятся в равновесии Харди-Вайнберга, позволяющее проанализировать данные с применением мультипликативной модели. В нашем случае различие генотипов CYP1A1 между выборками достоверно описывается как мультипликативной, так и аддитивной моделями.

Анализ результатов изучения полиморфизма генов позволил выявить SNP-особенности у детей в условиях стронциевой геохимической провинции, которые характеризовались избыточной распространенностью вариантных аллелей генов цитохрома р450, эндотелиального фактора роста (VEGF) и металлопрпотеиназы (ММР9), а также их ассоциацией с контаминацией биосред стронцием и негативным иммунологическим ответом.

ЛИТЕРАТУРА

1. Долгих О. В., Кривцов А. В., Гугович А. М., Харахорина Р. А., Ланин Д. В., Лыхина Т. С., Сафонова М. А. Иммунологические и генетические маркеры воздействия ароматических углеводородов на работающих // Медицина труда и промышленная экология. 2012. .№12. С. 30-33.

2. Долгих О. В., Кривцов А. В., Дианова Д. Г., Гугович А. М., Харахорина Р.А. Полиморфизм гена фактора некроза опухоли и гена СРОХ у работающих в условиях химического производства // Медицина труда и промышленная экология. 2011. №>11. С. 29-32.

3. Долгих О. В., Кривцов А. В., Лыхина Т. С., Гугович А. М., Харахорина Р.А. Особенности иммунного и генетического статуса у женщин в условиях производства // Российский иммунологический журнал. 2012. Т. 6(14). №2(1). С. 50-51.

4. Долгих О. В., Кривцов А. В., Харахорина Р. А., Ланин Д. В. Иммунные и ДНК-маркеры воздействия техногенной нагрузки // Вестник Уральской медицинской академической науки. 2012. №4. М. С. 240-241.

5. Dolgikh O., Zaitseva N., Dianova D., Krivtsov A. Molecular markers of apoptosis in industrial workers // In vivo: international Journal of Experimental and Clinical Pathophysiology and Drub Research. 2011. Vol. 25. No. 3. P. 523-524.

Поступила в редакцию 23.09.2014 г. После доработки - 03.10.2014 г.

SNP-PECULIARITIES OF CHILDREN LIVING IN THE CONDITIONS OF STRONTIUM GEOCHEMICAL PROVINCE

© N. V. Zaitseva13, O. V. Dolgikh1'2'3*, A. V. Krivtsov1, O. A. Bubnova3, Ya. I. Vaisman2

1Federal Scientific Center for Medical and Health Risk Preventive Management Technologies 82 Monastyrskaya St., 614045 Perm, Russia.

2Perm State National Research Polytechnical University 29 Komsomolsky Ave., 614990 Perm, Russia.

3Perm State National Research University 15 Bukireva St., 614990 Perm, Russia.

Phone: +7 (342) 236 39 30.

*Email: [email protected]

The development of method for identifing the adaptability of an individual and a population to the action of alien chemical compound, associated with the gene polymorphism is a task of high importance. Perm region is characterized by the presence of geochemical provinces that are notable for the high amounts of strontium in the groundwater. Stable strontium is included in the list of chemicals with mutagenic activity. This study investigates the characteristics of genes' distribution frequency of the Vascular endothelial growth factor (VEGF) and cytochrome P-450 CYP1A1, coproporphyrinogenoxidase (CPOX), the transcription factor p53 and matrix metalloproteinase of children living in the condition of strontium geochemical province. Analysis of the results obtained from gene polymorphism investigation allowed us to detect SNP-peculiarities of children living in strontium geochemical provinces, which were characterized by excess prevalence of variant alleles of cytochrome p450, Vascular endothelial growth factor (VEGF) and metalloproteinases (MMP9), as well as their association with excessive contamination of biological media and strontium adverse immunological response (overproduction of specific IgG to strontium). The presented data confirm the presence in the studied population the genetic associations that contribute to the formation of metabolic disturbances and immune response in terms of contamination of the environment with strontium.

Keywords: single nucleotide polymorphisms, gene of endothelial growth, metalloproteinase gene, strontium.

Published in Russian. Do not hesitate to contact us at [email protected] if you need translation of the article.

REFERENCES

1. Dolgikh O. V., Krivtsov A. V., Gugovich A. M., Kharakhorina R. A., Lanin D. V., Lykhina T. S., Safonova M. A. Meditsina truda i promyshlennaya ekologiya. 2012. No. 12. Pp. 30-33.

2. Dolgikh O. V., Krivtsov A. V., Dianova D. G., Gugovich A. M., Kharakhorina R. A. Meditsina truda i promyshlennaya ekologiya. 2011. No. 11. Pp. 29-32.

3. Dolgikh O. V., Krivtsov A. V., Lykhina T. S., Gugovich A. M., Kharakhorina R. A. Rossiiskii immunologicheskii zhurnal. 2012. Vol. 6(14). No. 2(1). Pp. 50-51.

4. Dolgikh O. V., Krivtsov A. V., Kharakhorina R. A., Lanin D. V. Vestnik Ural'skoi meditsinskoi akademicheskoi nauki. 2012. No. 4. M. Pp. 240-241.

5. Dolgikh O., Zaitseva N., Dianova D., Krivtsov A. In vivo: international Journal of Experimental and Clinical Pathophysiology and Drub Research. 2011. Vol. 25. No. 3. Pp. 523-524.

Received 23.09.2014. Revised 03.10.2014.