Введение к работе
Актуальность проблемы. Волго-Уральский регион, находясь на границе двух частей света - Европы и Азии, - с древнейших времен был ареной постоянных генетических контактов между сибирскими, индоевропейскими, среднеазиатскими и другими этническими образованиями. В сложной этнической структуре коренного населения Волго-Уральского региона широко представлены народы, относящиеся к различным лингвистическим группам- - финно-угорской ветви уральской языковой семьи (коми, удмурты, марийцы, мордва) и тюркской ветви алтайской языковой семьи (татары, башкиры, чуваши). По антропологическому составу эти народы относятся к европеоидной расе с различной долей монголоидного компонента. Волго-Уральский регион подразделен и в природно-экологическом отношении: его население проживает в различных физико-географических зонах - от Прикаспийских степей до тайги Зауралья и тундры Полярного Урала. Очевидно, все вышеизложенное должно иметь отражение в структуре генофонда современного коренного населения Волго-Уральского региона.
В настоящее время некоторые популяции данного региона изучены по целому ряду иммуно-биохимических маркеров генов. Однако генетическая структура населения региона в целом не изучена. Кроме того, совершенно не исследован полиморфизм ДНК. Генетическая изменчивость, наблюдаемая на уровне ДНК, существенно выше, чем на уровне белков. Этим определяется значительный научный интерес изучения полиморфных ДНК-локусов в качестве генетических маркеров популяций. В настоящее время изучение полиморфизма ДНК проводится во многих популяциях мира, при этом в исследования включаются как диаллельные, так и гипервариабельные локусспецифические последовательности ДНК . ядерного и
митохондриального геномов. Изучение полиморфных локусов ДНК сразу двух геномов: ядерного и митохондриального значительно увеличивает возможности исследования генетических процессов в популяциях человека.
Цель работы. Изучение структуры генофонда коренного населения Волго-Уральского региона по данным о полиморфизме ДНК ядерного и митохондриального геномов. Задачи исследования.
1. Провести изучение трех типов полиморфных ДНК-маркеров
ядерного генома (диаллельных, мультиаллельных и мульТилокусных) и
рестрикционно-делеционного полиморфизма V-области и D-петли
митохондриального генома в популяциях Волго-Уральского региона.
2. Определить соотношение европеоидных и монголоидных
характеристик в генофонде народов Волго-Уральского региона до
данным о полиморфизме ДНК ядерного и митохондриального геномов.
-
Определить степень генного разнообразия популяции башкир и народов Волго-Уральского региона по данный "классических" и ДНК-маркеров ядерного генома и определить положение генофонда народов региона в ряду взаимодействующих Евразийских генофондов.
-
Провести сравнительный анализ генного разнообразия народов Волго-Уральского региона по данный полиморфизма ДНК двух геномов - ядерного и митохондриального.
-
Провести сравнительный анализ генетической близости популяции башкир и других народов Волго-Уральского региона на основе анализа "классических" маркеров, полиморфизма ДНК ядерного генома и митотипов митохондриальной ДНК.
-
Определить возможность применения метода геномной дактилоскопии на основе ДНК фага М13 для оценки генетической
дифференциации и генетического родства популяций на уровне этнических групп и народов.
7. Оценить информативность трех типов полиморфных ДНК-маркеров (диаллельных, мультиаллельных и мультилокусных) для популяционно-генетических исследований на уровне этнических групп и народов.
8. Для населения Башкортостана провести анализ полиморфизма ДНК-локусов, маркирующих наследственную патологию: MET, D7S23, сцепленных с геном трансмембранного регуляторного белка муковисцидоза (ТРБМ), и мутации aF508 в семьях с муковисцидозом; частот Mspl-аллелей гена фенилаланингидроксилазы (ФАГ) и мутации R408W в семьях, пораженных фенилкетонурией.
Научная новизна. Впервые в семи популяциях Волго-Уральского региона (башкир, татар, чувашей, удмуртов, марийцев, мордвы и коми) изучен полиморфизм ДНК ядерного и митохондриального геномов и дана молекулярно-генетическая характеристика положения народов данного региона в мировом распределении частот генов.
Обнаружено своеобразие генофонда народов Волго-Уральского региона, заключающееся во включении в их состав и европеоидного, и монголоидного типов ядерной и митохондриальной ДНК.
Показана эффективность использования гиперполиморфизма минисателлитов ДНК человека, выявляемого на основе гибридизации типа "фингерлрипт", в популяционно-генетических исследованиях. Продемонстрированы выгодные стороны новой технологии возможность адекватного описания как популяционнои структуры большой подразделенной популяции, принадлежащей к одному этносу, так и генетической структуры различных в этническом отношении популяций.
В популяциях Волго-Уральского региона проведено сравнительное изучение иммуно-биохимического полиморфизма и полиморфизма ДНК ядерного генома. Показано соответствие генетической дифференциации популяций Волго-Уральского региона, оцениваемых по обоим типам маркеров ядерного генома, что подтверждает возможность прогнозирования результатов исследования полиморфизма ДНК, исходя из достижений традиционной популяцнонной генетики.
Сравнительный анализ уровней дифференциации народов Волго-Уральского региона по ядерному и митохондриальному геномам обнаружил близость уровней дифференциации этих двух типов генома.
Определена степень генетической близости этногеографических групп башкир и других популяций Волго-Уральского региона на основе анализа полиморфизма ДНК ядерного и мигохондриального геномов.
Установлено выраженное неравновесие по сцеплению определенных аллелей полиморфных сайтов ДНК-локусов МЕТ и D7S23 с геном ТРБМ и Mspl-аллелей с геном ФАГ в семьях высокого риска -из Башкортостана; обнаружена высокая частота мутации aF508 у больных муковисцидозом (58%) и мутации R408W'y больных фенилкетонурией (38%) из Башкортостана.
Практическая значимость. Молекулярно-генетическое изучение " народов Волго-Уральского региона имеет важное теоретическое и практическое значение, поскольку результаты его могут быть применены в различных областях науки: в генетике, медицине, антропологии и археологии, истории, этнографии и лингвистике. В плане генетики народонаселения - это описание генофонда, родства и генетической близости народов Волго-Уральского региона, с одной стороны, а с другой - это определение положения Уральского генофонда в ряду взаимодействующих Евразийских генофондов. В общем плане популяционно-генетических исследований определение частот генотипов
и аллелей ДНК-локусов в популяциях Волго-Уральского региона является новой информацией для геногеографического изучения одного из важнейших регионов России - Урала.
Основные итоги диссертации могут быть использованы для изучения полиморфизма ДНК в популяционно-генетических исследованиях и для рассмотрения молекулярно-генетических механизмов дифференциации популяций человека. Примененные в работе новые методы исследований и полученные результаты послужат основой для дальнейшего изучения генетики населения Волго-Уральского региона и сравнительного анализа Евразийских генофондов.
Результаты работы позволят рекомендовать для активного использования в популяционно-генетических исследованиях новый маркер - мультилокуснуго пробу ДНК фага М13, выявляющую широкий полиморфизм в популяциях человека разного иерархического уровня. ' . Полученные данные могут представлять практический интерес и для целей судебной экспертизы в случае использования метода геномной дактилоскопии на основе ДНК-зонда М13 и гипервариабельного локуса гена аро В для идентификации личности или установления отцовства.
Полученные в работе данные по ПДРФ анализу ДНК-локусов, сцепленных с генами ТРЕМ и фенияаланингидроксилазы, в популяции башкир, в семьях высокого риска и у больных, а также данные по частоте мутаций aF508 у больных муковисцидозом и R408W у больных фенилкетонурией из Башкортостана имеют существенное значение для выявления гетерозиготного носительства мутаций в семьях высокого риска, верификации диагноза после .рождения и пренатальной диагностики муковисцидоза и фенилкетонурии в Башкортостане.
Положения, выносимые на защиту.
1. Своеобразие генофонда народов Волго-Уральского региона в " ' ряду взаимодействующих Евразийских генофондов, заключающееся в
обнаружении у них ках европеоидного, так и монголоидного типов ядерной и митохондриальной ДНК.
2. Одинаковая информативность изучения "классических" и ДНК-маркеров ядерного генома при оценке межпопуляционной дифференциации народов Волго-Уральского региона.
3. Сходство уровней межпопуляционной дифференциации двух независимо эволюционирующих геномов народов Волго-Уральского региона - ядерного и митохондриального.
4. Преимущество использования полиморфизма, открываемого мультилокусной пробой ДНК фага М13, по сравнению с полиморфизмом "классических" и монолокусных ДНК-маркеров при оценке генетических расстояний между популяциями.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены на VI, VII, VIII Intern, congresses of Finno-Ugristarum (Syctyvkar, 1988; Debrecen, 1990; Jyvaskyla, 1995), Intern, congress of Human genetics (Washington, 1991), 2-м Всесоюзном съезде медицинских генетиков (1990), 2-й Всесоюзной конференции "Геном человека" (1991), Intern, conference "Human genome" (Nice, France, 1992), Международной научной конференции "Россия и Восток; проблемы взаимодействия" (Уфа, 1993), 1-м (3-м) Российском съезде медицинских генетиков (Москва, 1994), 1-м Российском съезде ВОГиС (Москва, 1994), 2nd Balkan meeting of human genetics (Istanbul, 1996), 9th Intern, congress of Human genetics (Rio-de-Janeiro, 1996), 2-м Международном конгрессе этнографов и антропологов (Уфа, 1997), Intern, congress of Molecular medicine (Berlin, 1997), 4th Intern. Workshop "Mutation detection'97" (Brno, 1997), HGM-97 (Toronto, 1997), на научных семинарах Университета г. Мюнхена (1997) и МГНЦ РАМН (1997).
Структура и объем работы. Работа изложена на 343 страницах машинописи, состоит из введения, обзора литературы, описания
материалов и методов исследования, результатов исследования и обсуждения, заключения, выводов ц списка литературы (включает 352 источника, из которых'216 зарубежных). Работа иллюстрирована 76 таблицами и 37 рисунками.