Введение к работе
з
Актуальность проблемы. Наступивший XXI век, по мнению многих ученых, это - век генетики. Прямым и важнейшим достижением генетики стала расшифровка (прочтение) генома человека. Международная программа "Геном человека" определила бурное развитие и активное внедрение в медицинскую практику молекулярной медицины и представления о существовании "генов предрасположенности" - генов, мутантные аллели которых совместимы с рождением и жизнью в постнатальном периоде, но при определенных неблагоприятных условиях могут способствовать развитию того или иного заболевания (Баранов и др. 2000, 2009). По образному высказыванию Фрэнка Коллинса - директора Международной Программы "Геном человека": "Каждый из нас генетически несовершенен. По мере разработки все новых генетических тестов у каждого человека можно обнаружить мутацию, предрасполагающую к тому или иному заболеванию". (Collins, 1999). В геноме человека насчитывается около 22 тысяч генов. Мутации некоторых из них, приводят к одному из многочисленных наследственных заболеваний. Методы молекулярной диагностики позволяют выявить не только гены наследственных болезней, но и гены предрасположенности к тому или иному сочетанному (мультифакторному) заболеванию (МФЗ). Среди болезней, вызванных наличием мутаций в генах предрасположенности, различают заболевания "с поздним началом" и мультифакториальные (полигенные) болезни (Баранов и др., 2000). Генетическая предрасположенность к заболеваниям с "поздней манифестацией" (рак молочной железы, хорея Гентингтона, болезнь Альцгеймера и др.) имеет, как правило, моногенную природу и может быть обнаружена уже при рождении ребенка, однако симптомы болезни развиваются в более позднем возрасте. Предрасположенность к мультифакториальным (сочетанным или комплексным) болезням (сахарный диабет, атеросклероз, ишемическая болезнь сердца, бронхиальная астма, остеопороз, эндометриоз, некоторые психические и онкологические заболевания) также может быть определена сразу после рождения, но их манифестация в значительной мере зависит от провоцирующего действия неблагоприятных факторов внешней среды, специфичных для конкретного заболевания.
Данная работа посвящена изучению особенности аллельного полиморфизма генов метаболизма костной ткани у лиц с высоким риском развития остеопороза - одного из частых МФЗ. Остеопороз, по данным Всемирной Организации Здравоохранения, вышел по значимости на четвёртое место среди неинфекционных заболеваний после сердечнососудистой и онкологической патологии, а так же диабета. Интерес к остеопорозу как важной медицинской и социальной проблеме очень высок. Это связано, прежде всего, с тем, что в развитых странах всё большее внимание уделяется людям пожилого возраста, продолжительность жизни которых увеличивается, а активная созидательная деятельность сохраняется достаточно долго. Широкая распространенность, тяжесть исходов, особенно при переломах шейки бедра, и потеря способности к самообслуживанию определяют высокую социальную значимость данного заболевания. Рассчитано, что в среднем 40% женщин постменопаузального периода переносят, по крайней мере, один перелом вследствие остеопороза (Audi et al., 1999). Более 10 миллионов американцев страдают остеопорозом, из них около миллиона ежегодно переносят переломы вследствие этого заболевания (Melton, 1997). На лечение и профилактику остеопороза в США тратится более 10 млрд. долларов ежегодно (Melton, 1997). Учитывая вышеприведенные факты, определение молекулярно-генетических причин остеопороза является достаточно актуальной задачей. Существует несколько подходов для оценки вклада того или иного гена-кандидата в патогенез остеопороза. Один из них состоит в определении степени корреляции между аллельным полиморфизмом гена-кандидата и факторами, провоцирующими развитие болезни. С этой целью проводится сравнение частот аллелей предполагаемых генов-кандидатов у больных остеопорозом с таковыми у лиц, не имеющих данного заболевания и, соответственно, сохраняющих нормальную минеральную плотность костной ткани.
Подтверждение наличия ассоциации между аллелями генов костного ремоделирования и остеопорозом у больных в популяции Северо-западного региона России позволит использовать данный алгоритм для тестирования индивидуумов на выявление предрасположенности к заболеванию. Результаты такого исследования важны для более рациональной организации системы профилактики и лечения этого заболевания еще на ранних досимптоматических стадиях его развития.
Работа была поддержана грантами Российского фонда фундаментальных исследований (№ 06-04-08319-офи, № 08-04-12225-офи) и CRDF (ST-012-0).
4 Цель и задачи исследования. Изучить особенность частот аллелей генов-регуляторов метаболизма костной ткани у больных остеопорозом различной этиологии и в популяции Северо-западного региона России.
Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:
Оценить частоты аллелей генов метаболизма костной ткани (COL1A1, VDR, CALCR и BGLAP) у женщин Северо-западного региона России, у больных с тяжёлым остеопорозом, у женщин постменопаузального периода и у пациентов с глюкокортикоид-индуцированным остеопорозом.
Определить ассоциацию аллелей и генотипов по генам COL1A1, VDR и CALCR с риском развития заболевания у больных тяжёлым остеопорозом.
Определить ассоциацию аллелей и генотипов по генам COL1A1, VDR, BGLAP и CALCR со скоростью потери МІЖ и уровнем экскреции маркера остеорезорбции дезоксиперидинолина (Д11ИД) у женщин в постменопаузе.
Определить ассоциацию аллелей и генотипов по генам СОЫА1 и VDR с риском развития глюкокортикоид-индуцированного остеопороза у пациентов при лечении астмы.
Разработать и апробировать лабораторный макет «остео-чипа» для одновременного анализа полиморфизма некоторых генов метаболизма костной ткани (VDR, COL1A1, CALCR, BGLAP, GSTMl, GR, MTHFR и ER).
Научная новизна работы. Впервые проведен сравнительный анализ частот аллелей генов COL1A1, VDR, BGLAP и CALCR у женщин постменопаузального периода, у пациентов с остеопорозом и в популяции Северо-Западного региона России, проанализирована корреляция полиморфных вариантов изученных генов с тяжестью заболевания. Впервые показана неслучайная ассоциация между развитием глюкокортикоид-индуцированным остеопорозом и полиморфизмом генов VDR, CALCR, BGLAP, MTHFR и GSTMl у больных бронхиальной астмой. Впервые проведен проспективный анализ уровней МІЖ в зависимости от паттерна аллелей и генотипов по генам COL1A1, VDR, BGLAP и CALCR. Впервые показано, что гомозиготность по аллелю t гена VDR, аллелю s гена COL1A1 и аллелю Т гена CALCR увеличивает риск высокой потери МІЖ у женщин Северо-Западного региона России в постменопаузе. Впервые показан синергический (аддитивный) эффект сочетаний изученных «функционально неполноценных» генотипов по генам VDR и COL1A1 при развитии и прогрессировании остеопороза. Впервые создан лабораторный макет «остео-чипа», предназначенного для одновременного анализа полиморфизма нескольких генов костного метаболизма. Практическая значимость. Анализ генетического полиморфизма генов VDR и COL1A1 можно рекомендовать в качестве прогностического теста для оценки риска быстрой потери МІЖ и развития тяжёлого остеопороза у женщин в постменопаузе. Анализ генетического полиморфизма генов VDR, CALCR, BGLAP, MTHFR и GSTMl можно рекомендовать в качестве прогностического теста для оценки риска развития вторичного остеопороза при лечении астмы глюкокортикоидами. Материалы диссертационной работы вошли в методические рекомендации для врачей эндокринологов и гинекологов «ОСТЕОПОРОЗ. Генетическая предрасположенность. Современная диагностика, профилактика» (67 стр. 2003). Основные положения, выносимые на защиту:
Аллели и генотипы по генам COL1A1, VDR и CALCR ассоциированы с развитием остеопороза.
Наличие определенных аллелей и генотипов по генам COL1A1, VDR и CALCR, а также сочетанных генотипов по генам VDR и COL1A1 ассоциировано с различной скоростью потери МІЖ у женщин в постменопаузе.
Наличие определённых аллелей и генотипов по генам COL1A1, VDR и CALCR ассоциировано с различным уровнем секреции маркера остеорезорбции дезоксиперидинолина (ДПИД) у женщин в постменопаузе.
Носительство генотипа tt по гену VDR, генотипа СТ по гену CALCR, генотипа СТ по гену BGLAP и генотипа СТ по гену MTHFR и делеции в гене GSTM1 ассоциировано с низкими значениями Z-score и абсолютными значениями МПК поясничного отдела позвоночника у пациентов с глюкокортикоид-индуцированным остеопорозом.
Апробация работы. Результаты работы представлены на 2-ом съезде ВОГИС (Санкт-Петербург, 2000), на 2-ом Российском съезде медицинских генетиков (Курск, 2000), П-ой международной конференции «Молекулярная медицина и биобезопасность» (Москва, 2005), Международном конгрессе по предиктивной медицине (Виши, Франция, 2001), на Европейских конгрессах по генетике человека
5 (Бирмингем, Великобритания, 2003), (Мюнхен, Германия, 2004), (Прага, Чехия, 2005), на Международном конгрессе по генетике человека (Вена, Австрия, 2001). Диссертация апробирована на научных семинарах Лаборатории пренатальной диагностики наследственных и врожденных болезней человека ГУ Научно-исследовательский институт акушерства и гинекологии им. Д.О. Отта РАМН, Кафедры генетики и селекции СПбГУ.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 50 работ, из них 8 - в изданиях, рекомендованных ВАК.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 171 странице машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части (методы и результаты), их обсуждения, выводов и списка литературы, включающего 240 ссылок. Диссертация иллюстрирована 20 таблицами и 42 рисунками.
