Функциональная активность рибосомных генов у жителей Курской области и вклад полиморфизмов генов факторов их транскрипции и генов ферментов биотрансформации ксенобиотиков в ее формирование Трубникова, Елена Владимировна

Введение к работе

'''ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Основой существования живых систем является обмен веществ и энергии, а также способность сохранять динамичное равновесие всех внутренних процессов вне зависимости от условий окружающей среды [Грин Н и др., 2005, Ярыгин В.Н., 2010]. При несогласовании внутренней координации нарушается установленный баланс и возникают различные патологические состояния, которые в некоторых случаях могут характеризоваться широким спектром симптомокомплексов [Бочков Н.П, 2002]. У человека одной из интегрирующих систем организма является кровеносная, которая реатизует свои функции за счет её составляющих [Воробьёв А.И., 1990]. Единственными клетками периферической крови, способными модифицировать собственный пролиферативный статус являются лейкоциты, из которых максимальное количество составляет группа лимфоцитов (от 25 до 50%) [Волкова М.А. 2001; ; Кассирский, И.А. Алексеев, Г.А., 1990.;]. Пролиферация и последующая дифференцировка, не зависимо от тканевой принадлежности, в любой клетке обеспечивается функционированием белоксинтети-ческого аппарата, начиная с молекулы ДНК и заканчивая посттрансляционной модификацией [Вейко Н.Н., 2001, Газарян К.Г., 1983].

Существует большое количество механизмов, способных тем или иным образом изменять уровень белкового синтеза, среди которых выделяют три основные группы: регуляцию на этапе транскрипции, процессинга и трансляции [Сингер М, 1998; Зайцева Г.Н., 1994, Мушкамбаров Н.Н., 2003, Заяц Г.Р., 2002]. Если в первом случае скорость в большей степени зависит от сохранности матрицы и от качественного и количественного состава факторов транскрипции, то во втором - от наличия соответствующих ферментов. В третьем - от количества функционирующих рибосом. [Сингер М, 1998]. Информация о нуклеиновом остове рибосом, в свою очередь, закодирована в последовательности так называемых рибосомньгх генов, которые являются уникальными в своем роде [Прокофьева-Бельговская А.А., 1969, Ляпунова Н.А., 2001].

Рибосомные гены - это участки молекулы ДНК, у человека локализованные в 5 парах акроцентрических хромосом [Ляпунова Н.А., 2001; Захаров А.Ф., 1982; Колча-нова И.О., 2005] и кодирующие транскрипцию 45S предшественника рРНК (13 т.п.н.) [Мамаев Н.Н., 1992; Worton RG, 1988].

В результате процессинга под действием рибонуклеаз из первичного транскрипта выщепляются три функциональные структуры - 28S, 18S и 5,8S рРНК, которые в комплексе с рибосомными белками и низкомолекулярной 5S [Тимофеева М.Я., 1993] рРНК формируют каркас малой и большой субъчастиц рибосомы [Сингер М, 1998].

На каждой хромосоме РГ собраны в кластеры, разделенные спейсерами, и многократно повторены [Зацепина О.В., 1995]. В период деления клетки эти участки не спирализуются, образуя вторичные перетяжки, и удерживают некоторые элементы комплекса транскрипции [Сабанеева Е.В., 1989]. В период интерфазы интенсивность их активности настолько высока, что в ядре они визуализируются как отдельные морфологические структуры - ядрышки [Созанский О.А., 1983], а соответствующие участки ДНК получили название ядрышкообразующих районов [Зацепина О.В., 1988, Тимофеева М.Я., 1993].

Таким образом, именно функциональная активность рибосомных генов (ФАРГ), на базовом уровне, определяет интенсивность основного обмена.

Необходимость изучения механизмов - в целом и поиска факторов - в частности, способных модифицировать экспрессию РГ и потребность в дальнейшем расширении представлений о функционировании генетического материала па фоне ухудшающейся экологической обстановки определили актуальность проведения настоящего исследования.

Цель исследования

Изучить особенности комплекса показателей функциональной активности рибосомных генов у жителей Курской области и вклад полиморфизмов генов факторов их транскрипции и генов ферментов биотрансформации ксенобиотиков в её формирование

Задачи исследования

1. Изучить уровень функциональной активности рибосомных генов у русского населении Курской области Российской Федерации.

2. Рассмотреть особенности взаимодействия показателей функциональной активности рибосомных генов в курской популяции.

2. Сравнить уровень сопряженности показателей функциональной активности рибосомных генов при трех патогенетически самостоятельных группах мультифакториальных заболеваний: детских церебральных параличах, детских аллергозах (бронхиальном астме, атоническом дерматите и аллергическом рините) и патологии дыхательной системы (хронической обструктинной болезни легких и профессиональном бронхите).

3. Изучить популяционную распространенность полиморфных вариантов генов факторов транскрипции рибосомных генов и генов ферментов биотрансформации ксенобиотиков среди русских жителей Курской области Российской Федерации.

4. Провести анализ ассоциаций полиморфизмов генов факторов транскрипции рибосомных генов и ферментов детоксикации с предрасположенностью к каждой из групп рассматриваемых мультифакториальных заболеваний.

5. Исследовать влияние полиморфизмов генов факторов транскрипции РГ и ферментов детоксикации на показатели функциональной активности рибосомных генов для здоровых жителей Курской области в различных возрастных группах и с учетом полового диморфизма, а также в пределах каждого из рассматриваемых заболеваний.

6. Установить особенности проявления связей парных сочетаний генных маркеров с количественными характеристиками комплекса функциональной активности рибосомных генов в каждой из рассматриваемых групп.

7. Разработать концептуальную модель воглеченности полиморфизма генов
факторов транскрипции РГ и ферментов детоксикации в формирование модификаци-
онной изменчивости уровней функциональной активности рибосомных генов у чело
века.

Научная новизна исследования

Основным научным результатом исследования явилось впервые проведенное изучение внутрикомплексной взаимосвязи цитогенетических показателей функциональной активности рибосомных генов у человека, как в норме, так и при трех патогенетически самостоятельных группах мультифакториальных заболеваний: детских церебральных параличах, детских аллергозах (бронхиальной астме, атоническом дер-

матите и аллергическом рините) и патологии лёгких (хронической обструктивной болезни легких и профессиональном бронхите) на примере коренных жителей Курской области. Также впервые определена роль полиморфизмов генов факторов транскрипции рибосомных генов и генов ферментов биотрансформации ксенобиотиков в формировании показателей функциональной активности рибосо.мных генов для рассматриваемых групп. Впервые доказана зависимость уроЕня функциональной активности рибосомных генов от полиморфизмов изучаемых генов, как для здоровых, так и для больных жителей Курской области разных возрастных групп. Впервые установлены особенности влияния парных сочетаний генных маркеров на количественные характеристики комплекса функциональной активности рибосомных генов при различных мультифакториальных патологиях. Впервые разработана концептуальная модель вовлеченное полиморфизма генов факторов транскрипции рибосомных генов и генов ферментов биотрансформации ксенобиотиков в модификацию уровня функциональной активности рибосомных генов у человека. Впервые установлено, что в основе формирования генетической предрасположенности к патогенетически самостоятельным нозологическим формам мультифакториальных заболеваний лежат структурно-функциональные особенности взаимодействия генов ферментов детоксикации и генов факторов транскрипции рибосомных генов, а также цитогенетических особенностей показателей функциональной активности рибосомных генов.

Научно-практическая значимость работы

Результаты выполненной работы открывают новые перспективы для более глубокого понимая процессов функционирования и регуляции транскрипционного комплекса рибосомных генов у человека, для изучения цитогенетических и молекулярно-генетических механизмов, посредством которых полиморфные варианты генов факторов транскрипции рибосомных генов, а также ферментов детоксикации, вовлекаются в развитие и патогенез не только детских церебральных параличей, детских аллер-гозов, патологии лёгких, но и многих других распространенных мультифакториальных заболеваний. Для доклинической диагностики мультифакториальных заболеваний генетическое тестирование полиморфизмов генов факторов транскрипции рибосомных генов и генов ферментов детоксикации ксенобиотиков в комплексе с цитоге-нетическими характеристиками показателей функциональной активности рибосомных генов позволяет не только выявлять ключевые межгенные взаимодействия, но и идентифицировать спектр возможных средовых факторов, способных спровоцировать возникновение или обострение той или иной патологии.

Представленные в результате генетического тестирования данные могут быть применены для определения подходов к профилактике мультифакториальной патологии в отягощенных семьях в рамках медико-генетического консультирования. Полученная концептуальная модель вовлеченности полиморфизма генов факторов транскрипции рибосомных генов и ферментов детоксикации в модификацию уровня функциональной активности рибосомных генов открывает широкие возможности для практического применения элементов индивидуальной генотип-специфической терапии и профилактики широкого спектра мультифакториальных заболеваний, посредством контроля над потенциально регулируемыми средовыми факторами риска.

Полученные данные также представляют интерес для специалистов в области цитогенетики, генетики развития, молекулярной генетики, пренатальной генетической диагностики, детской невропатологии и аллергологии, специалистов-офтальмологов, терапевтов и профпатологов.

Полученные результаты рекомендуются к иепользоланию при чтении специальных курсов по медицинской и клинической генетике, биохимии, патофизиологии, внутрені им болезням в вузах медицинского и медико-биологического профиля, а также на курсах повышения квалификации медицинских работников.

1. Установлены показатели комплекса функциональной активности рибосом-ных гепен для жителей курской популяции с учетом полового диморфизма и возрастного состава.

2. Показатели функциональной активности рибосомных генов среди больных ДЦП, в группе с детскими аллергозами и при патологии лёгких характеризуются своими особенностями. У детей с ДЦП установлено снижение показаний функциональной активности рибосомных генов (18,69 у.е.) в сравнении с контролем (19,60 у.е.). Другие нозологические формы статистически значимо пе отличались от популяцион-ньгх данных.

3. Рассчитаны частоты аллелей и генотипов полиморфизмов генов ГР53,
DNMT3B. TAFIB, CYP1A1, EPHXI, GSTM1, GSTT1, GSTP для популяции Курской
области и больных рассматриваемых нозологических форм (ДЦП, аллергозы и пато
логия лёгочной системы).

4. Формирование ДЦП ассоциируется с увеличением частоты вариантного аллеля 6С "єна TAFIB: предрасположенность к аллергозам с носительство.м дикого ал-.теля 72R гена ТР53, дикого аллеля 1051 гена GSTP и вариантного аллеля 113Н гена ЕРНХ1; патология легких - с аллельными вариантами двух полиморфных генов фактора іранскрипции рибосомных генов TAF1B (6А>С) и ЕРНХ1 (113Y>H).

5. Доказана связь изучаемых полиморфизмов факторов транскрипции рибосомных гене и и генов ферментов биотрансформации ксенобиотиков с отдельными цито-генетическими показателями функциональной активности рибосомных генов как в общей потуляции, так и среди больных отдельных нозологических форм.

6. Установлено влияние отдельных парных сочетаний исследуемых полиморфизмов генов факторов транскрипции рибосомных генов и ферментов биотрансформации ксенобиотиков на показатели функциональной активности рибосомных генов, как в общей популяции, так и среди больных отдельных нозологических форм.

Внедрение в практику

Результаты исследования внедрены в работу Курской областной детской клинической больницы, лаборатории медицинской генетики кафедры биологии, медицинской генетики и экологии Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Курский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации, научно-исследовательской лаборатории «Генетика» Федерат і>ного государственного бюджетного образовательного учреждения высшего професснональього образования Курского государственного университета, кафедры общей биологии Курского государственного университета, областной медико-генетической консультации, научно-исследовательской лаборатории биохимии и мо-лекулярно-генетического анализа Федерального государственного бюджетного учреждения «Федеральный центр токсикологической, радиационной и биологической безопасности» (ФГБУ «ФЦТРБ-ВНИВИ»), в учебный процесс кафедры биологии и методики её преподавания Федерального государственного бюджетного образова-

тельного учреждения Высшего профессионального образования «Набережночелнин-ский институт социально-педагогических технологий и ресурсов».

Апробация работы и публикации

Результаты работы представлены на IV международной научно-практической конференции «Динамика научных достижений - 200:5» (Днепропетровск, 2005), международного научного форума «Ломоносов - 2005» (Москва, 2005), I Всероссийской конференции молодых учёных (Воронеж, 2007). IV международной медико-практической конференции «Знание и технологии: взгляд в будущее - 2008» (Днепропетровск, 2008), итоговой научной сессии КГМУ и отделения медико-биологических наук Центрально-Черноземного научного центра РАМН (Курск, 2005-2012), ежегодной Международной научной конференции молодых ученых медиков (Курск, 2005-2012), Международного медицинского конгресса студентов и молодых ученых (Тернополь, Украина, 2009), Международной конференции «Теоретические и прикладные проблемы социапьно-правовых, медико-биологических и технико-экономических сфер жизни общества» (Курск, 2008, 2009), V Съезде Вавиловского Общества Генетиков и Селекционеров (Москва, 2009), Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы биологии, нанотехнологий и медицины» (Ростов-на-Дону, 2009), Всероссийской конференции с международным участием «Охрана репродуктивного здоровья - будущее России» (Белгород, 2010), V Международной (XIV Всероссийской) Пироговской научной медицинской конференции студентов и молодых ученых (Москва, 2010), VI Съезда Российского общества медицинских генетиков (Ростов-на-Дону, 2010), II Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Медико-биологические аспекты мультифакториальной патологии», (Курск, 2011), IV международном молодежном исследовательском конгрессе «Санкт-Петербургские научные чтения» (Санкт-Петербург, 2011 г.). Международной научно-практической конференции «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образо-вании'2011» (Одесса, 2011), Международной научно-практической конференции «Современная медицина: тенденции развития» (Новосибирск, 2011), IV Республиканской научно-практической конференции с международным участием студентов и молодых ученых «Проблемы и перспективы развития современной медицины» (Гомель, 2012). По материалам диссертации опубликовано 42 печатные работы, четыре монографии. Диссертантом получен диплом на открытие.

Структура и объем диссертации