Введение к работе
Актуальность темы. Во второй половине XX века сформировался феномен "седеющего населения". Произошло увеличение численности лиц пожилого и старческого возраста в развитых странах мира, а также и в Российской Федерации. В связи с выраженной тенденцией постарения населения актуальной и социально значимой является задача сохранения физических, психических и интеллектуальных качеств человека в преклонном возрасте. Очевидно, что решение такой сложной задачи неразрывно связано с развитием фундаментальных представлений о причинах и условиях вариабельности продолжительности жизни (ПЖ), о феноменах старения и долгожительства.
ПЖ представляет собой сложный количественный полигенный признак, наследуемость которого составляет около 25%. У организмов разных систематических групп выявлены гены, влияющие на ПЖ, многие из которых являются эволюционно консервативными. Большое внимание уделяется поиску аллельных вариантов генов, предрасполагающих к большей или меньшей ПЖ человека. Однако к настоящему времени полиморфизм генов-кандидатов долголетия исследован в ограниченном числе популяций и полученные результаты неоднозначны. Поэтому важной задачей является исследование полиморфизма генов-кандидатов старения и долголетия в популяциях разных народов мира. В нескольких независимых исследованиях подтверждены ассоциации с долголетием человека для полиморфных локусов генов АРОЕ, FOXOIA, FOX03A и АКТІ [Franceschi et al., 2007; Lunetta et al., 2007; Lescai et al., 2009; Newman et al., 2010; Boyden et al., 2010; Sebastiani et al., 2010; Deelen et al., 2011].
Существует важный аспект проблемы вариабельности ПЖ, связанный, с поддержанием адаптивного потенциала популяций, их пластичности. Популяции гетеро-генны по признаку ПЖ. В них присутствуют субпопуляции особей, для которых характерны разные жизненные стратегии, ассоциированные со снижением или, напротив, повышением ПЖ (другими словами, с ускоренными или замедленными темпами старения). Так, в антагонизме с ПЖ находится высокая плодовитость. Исследование генетического полиморфизма субпопуляций организмов, запрограммированных на короткую и длинную ПЖ представляет значительный интерес. Эту возможность, прежде всего, предоставляют линии модельных организмов, сформированные по признаку разной ПЖ.
В целом общее положение о роли генетического полиморфизма в вариабельности внутривидовой ПЖ и сопряженных фенотипических признаков экспериментально
мало обосновано. В исследованиях по генетике старения и долгожительства, проводимых на модельных объектах, этот аспект проблемы практически не изучен. Природный полиморфизм описан для сравнительно небольшого числа генов известного модельного организма - Drosophila melanogaster [Hasson et al., 1998; Balakirev, Ayala, 2003; Palsson et al., 2004]. В отдельных работах была выявлена взаимосвязь природного полиморфизма с количественными признаками, включая ПЖ [De Luca et al., 2003; Carbone et al., 2006]. Ha Drosophila melanogaster впервые показана функциональная связь между полиморфизмом гена ЫтЗ, определяющего развитие нервной системы, и ее ПЖ [Rybina, Pasyukova, 2010]. Значительный вклад в решение этой проблемы могут внести исследования на разных модельных организмах, в том числе на комнатной мухе. Комнатная муха Musca domestica L. входит в ряд объектов, на которых исследуются генетические основы резистентности к инсектицидам, фотопериодической регуляции поведенческой активности, механизмы определения пола [Scott et al., 2009]. Небольшие размеры объекта, быстрая смена поколений, удобство содержания, легкая синхронизация развития и получение больших количеств насекомых на нужной стадии компенсируют недостаточность сведений о геноме комнатной мухи
В популяциях людей, в отличие от популяций модельных организмов, полиморфизм генов хорошо изучен, но из популяции людей трудно вычленить субпопуляцию, запрограммированную на «меньшую» ПЖ. Одним из подходов, позволяющим выявить генетические особенности субпопуляций человека, предрасположенных к разной ПЖ, может выступать анализ ассоциаций с возрастом аллельных вариантов генов-кандидатов старения и долголетия. Проведение такого рода исследования в популяциях человека как возможно, так и целесообразно.
Цель исследования: анализ генетического полиморфизма в модельных линиях Musca domestica L. с различной продолжительностью жизни и поиск полиморфных локусов, ассоциированных со старением и долголетием в популяции человека.
Задачи исследования:
-
формирование и поддержание линий Musca domestica L. с разной продолжительностью жизни;
-
оценка фенотипических характеристик в инбредных линиях Sh28 и L2 (продолжительность жизни имаго, скорость развития преимагинальной стадии, плодовитость, выживаемость потомства, продолжительность репродуктивного периода, устойчивость к стрессам);
3) поиск полиморфных ДНК-маркеров для исследования генетических основ ПЖ
Musca domestica L.;
4) анализ ассоциаций с возрастом в популяции человека полиморфных локусов генов-кандидатов старения и долголетия: генов интерлейкина 6 (IL6, -572G>C, rs 1800796), интерлейкина 10 (IL10, -6270А, rsl800872), субъединицы бета интерлейкина 12 (IL12B, 1159С>А, rs3212227), фактора некроза опухолей альфа (TNF, -308G>A, rsl800629), янус киназы 1 (JAK1, 32454 ОТ, rs310216), янус киназы 3 (JAK3, 14385 С>Т, rs3212780), белка сигнальной трансдукции и активации транскрипции 1 (STAT1, 14228А>С, rs 12693591), белка сигнальной трансдукции и активации транскрипции 3 (STAT3, 19006G>C, rs2293152), белка сигнальной трансдукции и активации транскрипции 5А (STAT5A, 1985Т>С, rs9889323), субъединицы р150 (р50) ядерного транскрипционного фактора «каппа би» (NFKB1, 28081564Т>А, rs4648110), белка р53 (ТР53, p.72P>R, rs 1042522), белка Вах (ВАХ, 919A>G, rs 1805419), белка Вс12 (BCL2, 1400160Т, rs 12454712), траскрипционного фактора FOX03 (FOX03, c*35-2764A>G, rs3800231), инсулиноподобного фактора роста-1 (IGF1, 17685A>G, rs5742632).
Научная новизна. Впервые сформированы линии модельного организма Musca domestica L. с различающейся продолжительностью жизни. Впервые описана ранее не выявленная для имаго комнатной мухи мутация ломкости крыльев (fw- fragile wings) с зависимой от возраста экспрессивностью. Выявлены различия по частоте встречаемости мутации kdr в гене vsscl, определяющей резистентность к инсектицидам, между линиями S, Sh28 и L2 комнатной мухи.
Впервые охарактеризовано распределение частот аллелей и генотипов полиморфных локусов генов-кандидатов старения и долголетия IL6 (-572G>C), IL10 (— 6270А), IL12B (11590А), TNF (-308G>A), JAK1 (324540T), JAK3 (143850T), STAT1 (14228A>C), STAT3 (19006G>C), STAT5A (1985T>C), NFKB1 (28081564T>A), TP53 (p.72P>R), BAX (919A>G), BCL2 (140016OT), FOX03 (c*35-2764A>G), IGF1 (17685A>G) в разных возрастных группах, включая стариков и долгожителей, в популяции татар. Выявлены ассоциации с возрастом аллельных вариантов этих генов у мужчин и женщин. Определены как генотипы, предрасполагающие к меньшей ПЖ, так и генотипы, способствующие долголетию.
Научно-практическая значимость работы. Сформированы линии модельного организма Musca domestica L. с различающейся ПЖ, которые могут быть использованы для дальнейшего изучения молекулярно-генетических основ старения и долголетия, а также как тест-объекты для скрининга предполагаемых геропротекторов.
Полученные в ходе исследования результаты представляют собой новые знания в области генетики человека, которые дополняют и расширяют представления о роли полиморфизма генов в старении и долголетии. Они могут иметь значение для разра-
ботки системы предикторов ПЖ, а также и геропротекторов для разных возрастных групп. Результаты исследования также могут быть использованы при чтении спецкурсов по генетике на факультетах биологического профиля в университетах и других ВУЗах.
Степень достоверности результатов. Все результаты основаны на обширных экспериментальных исследованиях и анализе фактических данных с помощью современных статистических методов.
Апробация результатов работы. Материалы работы представлены в виде устных и постерных докладов на следующих конференциях: VI съезд Российского общества медицинских генетиков (Ростов-на-Дону, 2010), VII Межрегиональное совещание энтомологов Сибири и Дальнего Востока (Новосибирск, 2010), Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, 2011), «European Human Genetics Conference» (Amsterdam, 2011), Международная научная конференция «Фундаментальные проблемы энтомологии в XXI веке» (Санкт-Петербург, 2011), «Sixth International Symposium on Molecular Insect Science» (Amsterdam, 2011), Всероссийская школа-конференция молодых ученых (Уфа, 2012), «2nd International conference Genetics of aging and longevity» (Москва, 2012), V всероссийская конференция с международным участием «Пренатальная диагностика и генетический паспорт - основа профилактической медицины в век нанотехнологий» (Новосибирск, 2012), Конференция ВОГиС «Проблемы генетики и селекции» (Новосибирск, 2013), «Genome Instability and Human Diseases» (Санкт-Петербург, 2013).
Конкурсная поддержка исследования. Исследования были поддержаны грантами РГНФ (№ 08-06-00426а), РФФИ (№ 10-04-01614), РФФИ -рповолжьеа (№ 11-04-97005), ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (ГК № П325).
Публикации. По основным результатам исследования опубликовано 19 работ, в том числе 6 статей в рецензируемых научных изданиях, 4 из них в журналах, рекомендованных ВАК, 1 статья в зарубежном научном издании.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из 3 глав, заключения, выводов, списка цитированной литературы и приложений. Она изложена на 173 страницах машинописного текста. Список использованной литературы включает 392 источников, в том числе 354 на иностранных языках.
