CC BY
32Жамият ва инновациялар -Общество и инновации -Society and innovations
Journal home page: https://inscience.uz/index.php/socinov/index
Association of endothelin-1 gene LYS198ASP polymorphisms with chronical obstructive pulmonary disease in Uzbek population patients
E.A.Abduganieva 1 I.V. Liverko 2 A.T. Boboev 3
, Republican specialized scientific-practical medical center
ARTICLE INFO
ABSTRACT
Article history:
Received September 2020 Received in revised form 15 September 2020 Accepted 15 October 2020 Available online 30 October 2020
Keywords:
Chronic obstructive pulmonary disease Endothelin-1 Endothelium dysfunction Predictor
In the article, in order to identify the role of mutations and polymorphisms of the endothelin-1 gene Lys198Asn in the development of COPD, the authors studied 49 patients with an established diagnosis of COPD. The control group consisted of 46 apparently healthy patients, comparable with the main group in terms of age and sex. The study of mutations and polymorphism of the endothelin-1 gene Lys198Asn was carried out by PCR, statistical analysis was carried out using the statistical software "OpenEpi, Version 2.9". As a result, it was found that the heterozygous Lys / Asp genotype of the endothelin-1 gene Lys198Asn was found in the COPD group 1.25 times more often than in the control group. It was found that the mutational genotype Asp / Asp - was found in the COPD group 1.9 times more often than in the control group (RR 1.9, OR - 2.3; x2 = 0.4), which indirectly shows the significance of changes in this gene in the development of COPD, and its course. The influence of the presence of a genotypic predisposition to endothelial dysfunction with its phenotypic manifestations was evaluated.
2181-1415/© 2020 in Science LLC.
This is an open access article under the Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) license (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.ru)
SUMMARY
Introduction. The prevalence of COPD in the Uzbek population is high. There is evidence for the role of endothelin-1 in the development of broncho obstructive syndrome, as well as the development of endothelial dysfunction of the pulmonary vessels. The authors assessed the potential association between
1 Doctor of medicine, Republican specialized scientific-practical medical center of pulmonology and tuberculosis
2 PhD of medicine, Republican specialized scientific-practical medical center of pulmonology and tuberculosis E-mail: [email protected]
3 Doctor of medicine, Republican specialized scientific-practical medical center of gematology Tashkent, Uzbekistan E-mail: [email protected]
the occurrence of COPD in the Uzbek population and the occurrence of polymorphism and mutations of the endothelin-1 Lys198Asn gene.
Method: a total of 49 patients with a documented diagnosis of COPD and 46 healthy individuals from control group were examined. Polymorphisms and mutations of the Lys198Asn gene were analyzed by polymerase chain reaction methods. The level of Willebrand factor was also studied by enzyme immunoassay.
Results: As a result, it was found that the heterozygous Lys/Asp genotype of the endothelin-1 lys198asn gene was 1.25 times more often in the COPD group compared to the control group. It was found that the mutational genotype Asp / Asp - was found in the COPD group 1.9 times more often than in the control group (RR 1.9, OR-2.3; x2=0.4), which indirectly shows the significance of changes in this gene in the development of COPD and its course. The study of the Lys198asp polymorphism of the Endothelin-1 gene determined a significant change in the frequency of carriage of the mutant Asp allele in patients with increased levels of Willebrand factor. The mutant Asp/Asp genotype was 6.7 times more often in the group with increased levels of Willebrand factor, and the heterozygous Lys/Asp genotype was 2.2 times more frequent. When analyzing the frequency of the Asp allele in the group of patients with increased levels of Willebrand factor, its frequency was 2.9 times higher compared to the group with normal levels of this marker, which indicates an association between the studied variant of the Endothelin-1 gene polymorphism and endothelial dysfunction in patients with COPD.
Conclusions: Associations between the studied variant of the endothelin-1 gene Lys198Lys polymorphism and endothelial dysfunction were established in the Uzbek population among patients with COPD aged 40-60 years old.
Взаимосвязь между полиморфизмом LYS198ASР гена Эндотелин-1 и хронической обструктивной болезнью легких у пациентов узбекской популяции
Ключевые слова:
Хроническая обструктивная болезнь легких, эндотелин -1 Дисфункция эндотелия Предиктор
АННОТАЦИЯ
В статье с целью выявления роли мутаций и полиморфизмов гена эндотелина-1 Lys198Asn в развитии ХОБЛ авторами были исследованы 49 пациента с установленным диагнозом ХОБЛ. Группу контроля составили 46 практически здоровых пациента, сопоставимых с основной группой по возрасту и полу. Исследование мутаций и полиморфизма гена эндотелина-1 Lys198Asn проводилось методом ПЦР, статистический анализ проводился с использованием статистических программ "ОрепЕр^егаоп 2,9". В результате обнаружено
что гетерозиготный генотип Lys/Asp гена эндотелина-1 Lys198Asn встречался в группе ХОБЛ в 1,25 раза чаще по сравнению с группой контроля. Установлено, что мутационный генотип Asp/Asp - встречался в группе ХОБЛ в 1,9 раза чаще в сравнении с группой контроля (RR 1,9, OR - 2,3; х2=0,4), что опосредованно показывает значимость изменений данного гена в развитии ХОБЛ, так и ее течении. Оценено влияние наличия генотипической предраположенности к дисфункции эндотелия с ее фенотипическими проявлениями.
ВВЕДЕНИЕ
Эндотелин-1 (EDN1) - полипептид состоящий из 21 аминокислоты, и синтезируемый из проэндотелина-1 неактивного предшественника пептида, кодируемый конкретным геном (Levin E.R.,1995).
Имеются ряд исследований доказывающих роль Эндотелина-1 в развитии хронической обструкции дыхательных путей при астме (Goldie R.G.,1999; Hay
D.W.,1996; Vittori E.,1992). Эндотелин -1 секретируется в легких многими клетками, включая эпителиальные, гладкомышечные и эндотелиальные клетки (Levin
E.R.,1995; Finsnes F.,1998; Odoux C.,1997).
Эндотелины способствуют синтезу белков ЭЦМ эпителиальными клетками и фибробластами, дифференцировке миофибробластов и пролиферации мезенхимальных клеток [2,6].
Рецепторы эндотелина экспрессируются на фибробластах и миофибробластах 21, а эндотелин-1 может как способствовать фиброгенезу, так и снижать восприимчивость миофибробластов к апоптозу [4].
Дисбаланс выработки эндотелина-1 эпителием дыхательных путей способствует утолщению субэпителия, что возможно способствует расширению зоны воспаления и ремоделированию дыхательных путей [1,5].
В экспериментальном исследовании на мышах блокирование эндотелина-1 предотвращало увеличение гладкомышечной массы дыхательных путей и отложением перибронхиального коллагена. Авторы отметили высокую роль эндотелина -1 в ремоделировании дыхательных путей [3,7].
Поэтому полиморфизм и мутация гена, кодирующего синтез эндотелина-1 может иметь значение как в развитии самой ХОБЛ, так и дальнейшем усугублении болезни, через дисбаланс выработки эндотелина-1. С целью исследования частоты встречаемости полиморфизмов и мутаций гена эндотелин-1 у пациентов ХОБЛ, данные мутации и полиморфизмы были изучены у группы пациентов с ХОБЛ в сравнении с группой здоровых пациентов. Для определения роли мутации и полиморфизмов гена эндотелина-1 в фенотипических проявлениях дисфункции эндотелия сосудов также были исследованы мутации и полиморфизмы гена эндотелина-1 Lys198Asn у пациентов с повышенными уровнями фактора Виллебранда, как маркера дисфункции эндотелия.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Объект исследования - 49 пациента хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ), находившихся на лечении в пульмонологическом отделении
IScience
tkrouqly tlM Cy>A£i
РСНПМЦФиП. Клинико-анамнестическая и демографическая характеристика основной группы приведена в табл.1. Контрольную группу составили 46 практически здоровых респондентов, сопоставимых с основной группой по возрасту и полу.
Таб. 1.
Демографическая, клиническая и анамнестическая характеристика пациентов хронической обструктивной болезнью легких
Признак ХОБЛ
Возраст, лет 42,1±18,7
ИМТ, кг/м2 25,5±5,5
Стаж заболевания, лет 14,54±2,46
Стадия ХОБЛ Тяжелая, % 38,2±4,4
крайне -тяжелая,% 61,7±4,4
Фенотип ХОБЛ бронхитический,% 62,6±4,4
эмфизематозный,% 38,2±4,4
Фактор курения (по анамнезу), % 77,2±2,0
Стаж курения, лет 24,7±5,5
Индекс курения, пачка/лет 32,3±2,36
Диагностическими критериями ХОБЛ являются соотношение ОФВ1/ФЖЕЛ<70% и ОФВ1<80% от должного. При параметре ОФВ1=80% от должного диагностируется I легкая стадия; при 50%< ОФВ1<80% - II средне-тяжелая стадия; при 30%<ОФВ1<50% - III тяжелая и при ОФВ1<30% от должного диагностируется IV крайне-тяжелая стадия ХОБЛ. Проведение фармакологической пробы на обратимость соответствовало международным рекомендациям, определялось ингалированием 400-600 мг ß2-агониста короткого действия и считалась положительной при приросте более 12%.
Генетические методы исследования. ДНК-диагностику осуществляли в отделении «Молекулярных исследований и клеточных технологий» НИИГиПК.
ДНК выделяли из лейкоцитов крови стандартным фенол-хлороформным методом (Maniatis Т.,1984). Для амплификации необходимого фрагмента гена Эндотелина-1 использовали два праймера (Frank A.,2003): 5'-ATGATCCCAAGCTGAAAGGCTA-3'; 5'-CAGGGCTCTCCGTGGAGGCTAT-3'.
Для диагностики мутационных изменений применяли ДНК, выделенную из периферической крови стандартными методами. Использованные методы ДНК-диагностики были основаны на полимеразной цепной реакции (ПЦР).
Статистический анализ результатов проведен с использованием статистических программ "ОрепЕр^етаоп 2,9".
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Частота встречаемости аллелей и генотипов полиморфизма гена Lys198Asn гена Эндотелин-1 дисфункции эндотелия в исследуемой группе ХОБЛ по сравнению с группой контроля отражена в таблице 2.
Таб. 2.
Различия в частоте встречаемости аллелей и генотипов полиморфизма Lys198Asp гена Эндотелин-1 в объединенной группе пациентов с ХОБЛ и
контрольной выборке (модель случай-контроль).
Аллели и Основная группа, n=49 Контроль R R
генотипы n= 46 X2 Р 95% CI OR 95% CI
n % n %
Lys 70 71.4 73 79.3
Asp 28 28.6 19 20.7 1. 6 0. 2 1. 4 0.832- 2.3 1.5 0.787- 2.99
Lys/ Lys 25 51.0 29 63.0 1. 4 0. 2 0. 8 0.5681.151 0.6 0.2691.386
Lys/Asp 20 40.8 15 32.6 0. 7 0. 4 1. 2 0.7332.137 1.4 0.6153.299
Asp/Asp 4 8.2 2 4.4 0. 6 0. 4 1. 9 0.3619.766 2.3 0.340711.22
Анализ частотного распределения аллелей данного гена (табл. 2) показал, что наиболее распространенным в группе больных и здоровых лиц является аллель Lys (71,4 %, 79,3 %, соответственно) и реже встречается мутантный аллель Asp (28,6 %, 20,7%, соответственно). При этом встречаемость мутантного аллеля Asp у больных ХОБЛ почти в 1,4 раза больше и данное различие статистически достоверно (х2=1,6; р=0,2).
Частоты распределения генотипов полиморфизма гена Lys198Asn гена Эндотелин-1 дисфункции эндотелия в исследуемой группе ХОБЛ по сравнению с группой контроля отражены на рисунке 1.
70 60 50 40 30 20 10 0
■ Контрольная группа ■ ХОБЛ
Рис.1. Частота распределения генотипов полиморфизма Lys198Asn гена
Эндотелин-1
Частоты гетерозиготного генотипа Lys/Asp встречался в 1,25 раз чаще в группе ХОБЛ, что говорит о генотипической опосредованности дисфункции эндотелия при ХОБЛ. Мутационный генотип Asp/Asp, вызывающий доказанное фенотипическое проявление дисфункции эндотелия в группе ХОБЛ встречалась в 1,9 раза чаще в сравнении с группой контроля (RR 1,9, OR - 2,3; х2=0,4)
Таким образом, в результате исследования выявлена взаимосвязь полиморфизма Lys198Asn гена Эндотелина-1 с развитием хронической обструктивной болезни легких у лиц узбекской национальности. Носительство мутантного аллеля 198Asр и генотипа AsрAsр гена Эндотелина-1 возможно играет роль в развитии хронической обструктивной болезни легких у лиц узбекской национальности.
При сопоставлении аллеля Lys c уровнем повышения активности фактора Виллебранда уровень фактора составил 115,9±21,2%, тогда как при наличии аллелей Asp уровень фактора был равен 120,9±19,4%. Что свидетельствует о большей предрасположенности к фенотипическому проявлению дисфункции эндотелия при аллелях Asp.
Таб. 3.
Различия в частоте встречаемости аллелей и генотипов полиморфизма LYS198ASP гена Эндотелин-1 в зависимости
Показатель n Частота аллелей Частота распределения
Фактора генотипов
Виллебранда Lys Asp Lys/Lys Lys/Asp Asp/Asp
n % n % n % n % n %
Повышенный 45 64 71,1 26 28,9 22 48,9 20 44,4 3 6,7
уровень ФВ
Нормальный 5 9 90 1 10 4 80 1 20 - -
уровень ФВ
При изучении особенностей полиморфизма Lys198Asp гена Эндотелин-1 (табл.3) мы смогли обнаружить значимое изменение частоты носительства мутантного аллеля Asp у пациентов с повышенным уровнем фактора Виллебранда по сравнению с пациентами с нормальным уровнем данного маркера. Установлено, что мутантный генотип Asp/Asp встречался на 6,7 раз чаще в группе с повышенным уровнем фактора Виллебранда, а гетерозиготный генотип Lys/Asp в 2,2 раза. При анализе частоты аллеля Asp в группе пациентов с повышенным уровнем фактора Виллебранда его частота была в 2,9 раз выше в сравнении с группой имеющей нормальный уровень данного маркера.
Это может быть свидетельством наличия ассоциации между изучаемым вариантом полиморфизма гена Эндотелин-1 с дисфункцией эндотелия у больных ХОБЛ, выраженной в повышении фактора Виллебранда.
ВЫВОДЫ:
1. Отмечены значимые частоты полиморфизма гена Lys198Asn гена Эндотелин-1 дисфункции эндотелия по распределения аллелей и генотипов у
больных ХОБЛ узбекской популяции, характеризующиеся частотой гетерозиготного генотипа Lys/Asp в 1,25 раз чаще в группе ХОБЛ и мутационного генотипа Asp/Asp -в 1,9 раза чаще в сравнении с группой контроля (RR 1,9, OR - 2,3; Х2=0,4)
2. Изучение особенностей полиморфизма Lys198Asp гена Эндотелин-1 определило значимое изменение частоты носительства мутантного аллеля Asp у пациентов с повышенным уровнем фактора Виллебранда. Мутантный генотип Asp/Asp встречался на 6,7 раз чаще в группе с повышенным уровнем фактора Виллебранда, а гетерозиготный генотип Lys/Asp в 2,2 раза. При анализе частоты аллеля Asp в группе пациентов с повышенным уровнем фактора Виллебранда его частота была в 2,9 раз выше в сравнении с группой, имеющей нормальный уровень данного маркера, что быть свидетельством наличия ассоциации между изучаемым вариантом полиморфизма гена Эндотелин-1 с дисфункцией эндотелия у больных ХОБЛ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ССЫЛКИ:
1. Al-Muhsen, S., Johnson, JR., Hamid, Q., 2011. Remodeling in asthma. J Allergy Clin Immunol. 128, 451-462
2. Goldie, RG., Henry, PJ., 1999. Endothelins and asthma. Life Sci. 65(10), 1-15
3. Gregory, LG., Jones, CP., Mathie, SA., Pegorier, S., Lloyd, CM., 2013. Endothelin-1 directs airway remodeling and hyper-reactivity in a murine asthma model. Allergy. 68(12), 1579-88. doi: 10.1111/all.12271
4. Horowitz, JC., Ajayi, IO., Kulasekaran, P., Rogers, DS., White, LB., Townsend, SK., 2012. Survivin expression induced by endothelin-1 promotes myofibroblast resistance to apoptosis. Int J Biochem Cell Biol. 44(12), 158-169
5. Labram, B., Namvar, S., Hussell, T., Herrick, SE.,2019. Endothelin-1 mediates Aspergillus fumigatus-induced airway inflammation and remodelling. Clin Exp Allergy.49(6), 861-873. doi: 10.1111/cea.13367
6. Noveral, JP., Rosenberg, SM., Anbar, RA., Pawlowski, NA., Grunstein, MM., 1992. Role of endothelin-1 in regulating proliferation of cultured rabbit airway smooth muscle cells. Am J Physiol. 263(8), L317-L324
7. Pascual, RM., Peters, SP., 2009. J Allergy Clin Immunol. 124(5), 883-90
