Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 12
1.1. Генетический полиморфизм и факторы адаптации популяций человека к условиям окружающей среды 12
1.1.1. Генетические особенности популяций человека, проживающих в экстремальных условиях 21
1.1.2. Вклад наследственных факторов в формирование резистентности организма человека к заболеваниям 24
1.2. Антропогенез Байкальского региона 40
Глава 2. Материалы и методы исследования 45
2.1. Общая характеристика обследованных выборок населения Байкальского региона 45
2.2. Определение полиморфных генетических систем крови 46
2.3. Статистическая обработка данных 46
Глава 3. Закономерности генетического полиморфизма бурятского населения и определение соотносительного вклада генетических маркеров в выборках с различным уровнем здоровья 48
3.1. Генетическая структура бурят Усть-Ордынского бурятского автономного округа и о.Ольхой 48
3.1.1. Распределение фенотипов и частот генов в 10 группах бурятского населения по 17 исследованным локусам 48
3.1.2. Оценка наблюдаемой и теоретически ожидаемой гетерозиготности в исследованных группах 72
3.1.3. Оценка генетических расстояний и кластерный анализ между локальными группами Усть-Ордынского бурятского автономного округа 72
3.2. Популяционно-генетическая характеристика бурятского населения Байкальского региона 77
3.3. Анализ заболеваемости и экогенетический аспект изучения генов-маркеров у бурятского населения с различным уровнем здоровья 96
3.3.1. Распространенность и структура заболеваний по классам у оурятского населения 96
3.3.2. Проблемы идентификации статуса здоровья 98
3.3.3. Сравнительные оценки отдельных фенотипических и генных частот в группах «адаптивной нормы», «экологического риска» и «промежуточной когорте» 101
3.3.4. Соотношение различных сочетаний частот генов в группах «относительно адаптивной нормы» и «экологического риска» 114
3.3.4.1. Подходы к исследованию межлокусных взаимодействий по серии генов и маркеров в выборке с различным уровнем здоровья 114
3.3.4.2. Парные сочетания фенотипов в группах субъектов, отличающихся по уровню здоровья в бурятской популяции 117
3.3.5. Дифференциация когорт, различающихся по статусу здоровья по всему комплексу изученных маркеров-генов 122
3.4. Показатели максимально возможного потенциального отбора в бурятских популяциях 132
Глава 4. Закономерности изменчивости морфо-физиологических признаков и маркеров генов у русского прибывшего и русского местного населения Байкальского региона и определение наследственных факторов адаптации к неблагоприятным условиям среды 135
4.1. Сравнительная популяционно-генетическая характеристика русского прибывшего и русского местного населения Байкальского региона (п.Нижне-Ангарск, г.Северобайкальск) 135
4.1.1. Общая характеристика обследованных выборок русского населения 135
4.1.2. Морфо-физиологические особенности местных и прибывших родителей и их детей 136
4.1.3. Изменчивость иммунологических и биохимических маркеров генов у местных и прибывших родителей и их детей 139
4.2. Сравнительный анализ изменчивости морфо-физиологических признаков и биохимических маркеров генов у родителей и их детей ссновной и контрольной групп 149
4.2.1. Характеристика основной и контрольной групп 149
4.2.2. Анализ изменчивости морфо-физиологических признаков в поколении родителей и их детей основной и контрольной групп 150
4.2.3. Сопоставление изменчивости иммунологических и биохимических маркеров генов в сравниваемых группах 156
4.2.3.1. Распределение генотипов и уровни гетерозиготности в поколении родителей 156
4.2.3.2. Распределение генотипов и уровни гетерозиготности в поколении детей 164
4.2.3.3. Сравнение изменчивости полиморфных локусов в обследованных группах 172
4.2.3.4. Параметры генетического сходства проанализированных групп 174
Глава 5. Обсуждение полученных результатов 178
Выводы 202
Список литературы 2
- Вклад наследственных факторов в формирование резистентности организма человека к заболеваниям
- Определение полиморфных генетических систем крови
- Оценка генетических расстояний и кластерный анализ между локальными группами Усть-Ордынского бурятского автономного округа
- Общая характеристика обследованных выборок русского населения
Вклад наследственных факторов в формирование резистентности организма человека к заболеваниям
В настоящее время в связи с широким внедрением в практику иммуногенетических методов ДНК-типирования, проводится массовый пересмотр и уточнения степени и характера ассоциированности болезней человека с вновь выявляемыми аллелями HLA-генов, наряду с обязательным учетом этнической принадлежности пациента и широким применением компьютеризированных систем автоматической обработки данных. Это дает значительное повышение ранней диагностической и, особенно, прогностической значимости иммуногенетических методов исследования
Также в научной литературе накоплено обширное число аргументов в пользу вовлеченности биохимических маркеров генов в развитие патологии [157, 251, 291]. Получено объяснение для случаев повышенной восприимчивости к легочным заболеваниям у носителей ряда вариантов по системе Li - антитрипсина [231], фафизма у гомозиготных носителей Gd" аллеля [253], нарушений системы метаболизма спиртов у гомозиготных носителей недостаточности по локусу ALDH [244].
Статистически значимые различия между группой больных эндометриозом и контрольной группой здоровых женщин были установлены по пяти генетическим системам: ABО, Е2, СЗ, TF и PGM1. Среди больных эндометриозом обнаружены редкие аллели по локусу ESD: ESD 5 и ESD 7, в том числе гомозиготы ESD 5-5. В патогенез эндометриоза могут быть вовлечены несколько генетических локусов, продукты которых будут реализовываться специфическим образом в результате своеобразия биохимических реакций в организме субъектов, предрасположенных к данной патологии [163]. Была предпринята попытка оценить сравнительный уровень гетерозиготности у больных формой рака легкого SELC, а также у лиц, страдающих хронической пневмонией с бронхоэкстазами, по совокупности семи локусов. Больные SELC с гладким послеоперационным периодом отличаются пониженным уровнем наблюдаемой гетерозиготности по сравнению с теоретически ожидаемой величиной. Больные, страдающие хронической пневмонией с бронхоэкстазами с осложненным течением послеоперационного периода, отличаются пониженной величиной наблюдаемой гетерозиготности (Но) и теоретической ожидаемой (Не) по сравнению с теми же показателями в когорте больных с гладким послеоперационным периодом. Критерий D (D = (Но - Не) / Не) дифференцирует больных SELK суммарно от контрольных выборок здоровых индивидов по локусу PGM1 [162]. Кроме того, на основе изучения антигенов системы группы крови Lewis у 74 больных с ишемической болезнью сердца (ИБС) и 60 здоровых лиц, авторами [47] сделаны выводы: 1) фенотип Le a-b- является маркером повышенного риска развития ИБС; 2) фенотип Le a-b+ свидетельствует об относительной устойчивости к развитию ИБС. Авторами [97] получены данные о высокой степени достоверности различий встречаемости группы крови А(П) у больных с гемангиомами печени в отличие от лиц, не страдающих этим заболеванием. Также обнаружено [213], что среди европеоидов у больных спорадическим первичным гиперпаратироидизмом фактором риска этого заболевания служат аллели Ь, а и Т рецептора витамина D.
В ряде работ [174, 183, 235, 299] имеется интересный фактический материал по связи полиморфной системы гаптоглобина (Нр) к заболеваниям. Обнаружено [299], что индивиды с фенотипом гаптоглобина (Нр) 2-2 образуют группу повышенного риска для развития гипертонии и ишемической болезни сердца. Это может быть следствием внутрисосудистого гемолиза с сопутствующим освобождением гемоглобина, связывающего с Нр. Имеются указания на функциональное вовлечение Нр в воспалительные и иммунологические реакции [235]. Различные группы Нр участвуют в детерминации ряда мультифакториальных заболеваний и эти заболевания влияют на сохранение полиморфизма Нр. Было установлено [113], что при неблагоприятном течении туберкулеза чаще встречаются фенотипы с Нр 2-2 по сравнению с контрольной группой. Также изучена [174] возрастная динамика распределения типов и аллелей гаптоглобина (Нр) у работников атомной промышленности в возрасте 35-79 лет, подвергшихся 17-40 лет назад хроническому облучению в широком диапазоне доз. Среди лиц старше 60 лет получивших суммарные дозы у- облучения менее ЮОсГр или (и) инкорпорацию плутония-239 - менее 1,48 кБк, наблюдалось снижение Нр-2-2 и Нр и повышение Нр-1-1 и Нр1. Установлены сдвиги в распределении типов аллелей Нр в сторону снижения Нр-2-2 и Нр и увеличения Нр-1-1 и Нр среди людей старше 60 лет перенесших инфаркт миокарда, страдающих гипертонической болезнью или сахарным диабетом. В работе Чивелева И.В. [183] представлены исследования возможного влияния системы гаптоглобина (Нр) матери на уровень а-фетопротеина (АФП)
Определение полиморфных генетических систем крови
Материалом для настоящей работы послужили выборки бурят, обследованных в Усть-Ордынском бурятском автономном округе (519 человек) и острова Ольхон (95 человек) Иркутской области, в Агинском бурятском автономном округе (430 человек) Читинской области и в Бурятской автономной республике (289 человек). Русское население обследовалось посемейно, включая мать, отца и их детей, в зоне строительства Западного участка Байкало-Амурской магистрали (Рис. 1). Семьи были разделены на две группы. Первую группу составили прибывшие жители русской национальности (119 семей). На основании опроса в их родословных до второго колена не выявлены представители иных национальностей. Во вторую группу было включено 92 семьи местных русских жителей. Все дети, включенные в выборки, родились в г.Северобайкальске и пос.Нижне-Ангарск. Местные русские проживали в пос.Нижне-Ангарск. Для исследования были отобраны лица, в родословных которых в трех поколениях не прослеживались экзогамные браки.
Всего в ходе работы было обследовано на медико-генетический анализ 1966 человек, из них бурятского населения - 1333 человека, русского - 633 человека.
Статус здоровья индивидов оценивался группой врачей-специалистов, исходя из общепринятых в отечественном здравоохранении критериев определения групп здоровья [91, 92, 114].
Данные анамнеза, демографические и морфо-физиологические характеристики обследованных лиц были собраны в ходе индивидуального опроса, анкетирования и анализа медицинской документации. Исследование бурятского населения проходило совместно с лабораторией экологической генетики (руководитель лаборатории - д.б.н., профессор В.А.Спицын) Медико-генетическог центра РАМН.
Более подробное описание исследованных выборок бурят и русских будет дано соответственно в главах 3 и 4.
Определение групповой специфичности эритроцитарных антигенов осуществлялось при помощи стандартных сывороток: О (ос, (3), А (Р), В (а), АВ (О), анти-D производства Московского городского центра переливания крови; анти-М, анти-N, анти-Р! производства Санкт-Петербургского НИИ вакцин и сывороток; анти-Fy, anra-Fyb, анти-ЛД анти-Jk15 производства фирмы «Biotest» (Германия). Система чувствительности к фенилтиокарбамиду (РТС) и диморфизмы по консистенции ушной серы (Cerumen), как и все выше сказанные эритроцитарные антигены проверяли в условиях экспедиции, в амбулаториях во время сбора крови [32, 60].
Определение полиморфных локусов (глиоксалазы-1, GLOl; эстеразы D, ESD; 6-фосфоглюконат дегидрогеназы, PGD; кислой эритроцитарной фосфатазы, ACPI; глютамат пируваттрансаминазы, GPT; гаптоглобина, Нр; аденилаткиназы, АК) проводили с помощью электрофореза в крахмальном и полиакриламидном геле [62, 153, 252]. Полиморфизм фосфогликолат-фосфатазы (PGP) исследовали по методике [198]. Определение субтипов фосфоглюкомутазы-1 (PGM1) проводили методом изоэлектрофокусирования в полиакриламидном геле на амфолитах-носителях фирмы «Pharmacia»-LKB (Швеция) [197, 242, 243] с модификациями согласно [304].
Полиморфизм систем (альфа-1-антитрипсина, а-1АТ; трансферрина, TF; группо-специфического компонента, GC) определялся методом изоэлектрофокусирования на гелях агарозы [304]. 2.3. Статистическая обработка данных
Статистическая обработка большинства данных проводилась по стандартным алгоритмам биометрии [45, 76, 87, 96, 179, 192]. Расчет значений главных компонент осуществлялся по Андерсону [13]. Генные частоты и теоретические распределения генотипов для полиморфных локусов определяли по Ли [74]. Расчет частот генов по системе АВО проводился по Бернштейну [74]. Величина ожидаемой гетерозиготности и дисперсия ее выборочной оценки определялась по Нею и Ройчоудхари [298]. Гетерогенность частот генотипов и генов между исследованными выборками вычислялась по Сокалю и Рольфу [316]. Расчет значений главных компонент для частот аллелей проводился на основании ковариационных матриц по Харпендингу и Джекинсу [250]. Проверка соблюдения межлокусного равновесия проводилась вычислением коэффициента межлокусной корреляции для диаллельных и полиаллельных локусов [48-50, 333], а также сопоставлением наблюдаемого и ожидаемого распределения сочетаний фенотипов в виде таблиц сопряженности [14]. Для возможных парных сочетаний локусов рассчитывался тетрахорический показатель связи К.Пирсона [69]. Расстояния между фенотипами в полученном пространстве были рассчитаны по Евклидовой формуле [59] с учетом весов, то есть собственных чисел. Генная идентичность внутри и между популяциями определяли по Нею [288]. Индекс максимального отбора определяли по Кроу [222]. Достоверность значимости ассоциации рассматриваемых признаков с заболеваемостью определялась по Свейгаарду с соавторами [323].
Оценка генетических расстояний и кластерный анализ между локальными группами Усть-Ордынского бурятского автономного округа
В рассматриваемых группах бурят произведены оценки средней наблюдаемой и теоретически ожидаемой гетерозиготности на основании 13 изученных локусов. Из таблицы 18 видно, что в среднем уровень наблюдаемой гетерозиготности колеблется в пределах 0.35. Незначительно ниже оказывается уровень ожидаемой гетерозиготности. Индекс фиксации F демонстрирует незначительное отклонение этой величины от 0; при этом большая часть данных величин характеризуется отрицательным знаком. Все вышеизложенное свидетельствует об отсутствии изоляции, замкнутости изученных групп.
Из таблицы 19 (матрицы генетических расстояний) и дендрограммы генетического взаимоположения локальных групп бурят Усть-Ордынского
В данном разделе представлены результаты по генетическому полиморфизму пяти географически разделенных бурятских популяций, проживающих вблизи озера Байкал (Рис.1). Генетические частоты этих полиморфных систем используются для изучения генетической гетерогенности территориально разделенных бурятских популяций, особенно принимая во внимание схожие роли систематического и несистематического эволюционного прессинга в их генетической микродифференциации. Таблица 20 Распределение фенотипов и частот генов полиморфных систем у пяти бурятских групп Байкальского региона Фенотип Аллель Группы
AK 2 0,025 0,008 0,005 0,000 0,005 Распределение фенотипов и частот генов полиморфных локусов у бурятского населения байкальского региона представлены в таблице 20. X2-тест на определение равновесия Харди-Вайнберга выявил единичные случаи нарушения равновесия при низких уровнях выраженности в Судунтуйских, Ольхонских и Могсохонских популяциях (Табл.21). Несколько случаев нарушения равновесия в популяции Усть-Орды вызваны избытком гетерозигот MN и TF C1, С2 и гомозигот PGM 2А,2А (Табл.21).
Тесты на генетическую гомогенность пяти бурятских популяций показаны в таблице 22. Значительная гетерогенность (при р 0.05) среди пяти бурятских групп демонстрируется для локусов RH, MN, cerumen, PGD, ABO, GC,GL01,TFHPGM1.
По сравнению с другими коренными популяциями Сибири, буряты имеют сравнительно высокую частоту аллелей АВО В, RH В, cerumen D, GG 1F, ACP В, ESD 2 и PGD C. У популяции Читинского региона (Судунтуй и Сахюрта), аллель PGD C имеет самую высокую частоту, ненаблюдаемую у какой-либо другой коренной Сибирской популяции.
Так как большинство исследований генетических маркеров коренных сибирских популяций были опубликованы, было целесообразно сравнить распределение частоты генетических аллелей среди бурятских поселений с другими этническими группами [5, 21, 22, 26]. В результате сравнительной географической изоляции население Сибири разделилось на группы: уральско-западная, центрально-азиатская и северная. Генетическая вариабельность внутри коренной сибирской популяции высока и трудно различить какую-либо из трех групп, хотя имеются различия в присутствии специфических маркеров, таких как высокая частота АСР А в северных популяциях и низкая частота РТС Т в уральских группах (Табл.23).
Буряты сравнивались с такими популяциями, как монголы и якуты, которые принадлежат центрально-азиатской группе популяций. Сравнение генетических расстояний между популяциями проводили (Табл.25) по методу Нея [287]. Буряты Могсохона показывают сильное сходство с монголами и, в особенности, близость с якутами (Мегино-Кангаласа). Рисунок 3 является дендрограммой, основанной на пяти локусах, используемых для расчета генетических расстояний по Нею. На данном рисунке указываются генетические взаимосвязи между различными Сибирскими коренными (местными) популяциями. Кластер R1 составлен всецело из центрально-азиатских групп Центральной Сибири. Буряты Судунтуй, Сахюрта и острова Ольхон стоят в плотном кластерном скоплении, в то время как буряты Могсохона показывают большое сходство с якутами, что позволяет предположить генного потока из Якутии. Анализ матрицы R был проведен на 5 бурятских группах, используя 11 генетических локусов и 27 аллелей. Рисунок 4 изображает рассеивание пяти бурятских поселков вдоль двух векторов. Вместе эти два вектора объясняют 74.6% общей вариации генных частот. Первая ось представляет 45.9% вариации и вторая ось - 30.5%.
Первая ось демонстрирует отделения бурятских групп Читинской области (Судунтуй и Сахюрта) от Усть-Орды (Иркутской области) и Могсохон, Кишинга (Республика Бурятия). Тем не менее, популяция острова Ольхон, хотя и из Иркутской области, стоит в одном ряду с группами Читинской области, возможно демонстрируя особенность островной популяции внутри Иркутского региона. Такая взаимосвязь может также понята как сравнительно более тесная генетическая связь острова Ольхона с группами Агинского бурятского автономного округа (Читинской области). Фактически, как показано на дендрограмме (Рис.3; R1 кластер), популяция остова Ольхон соединяется с двумя Агинскими региональными группами, образуя плотный кластер внутри северо-азиатских групп Центральной Азии.
Общая характеристика обследованных выборок русского населения
Накопленные к настоящему времени сведения о характере изменчивости индекса Кроу и его составляющих в мировом народонаселении позволили [272] уловить три типа эволюционных моделей, связанных с действием естественного отбора. Одна из них может отражать селективные механизмы, действующие в эндогамных популяциях, стоящих на низших ступенях социально-экономического развития, таких, как изоляты небольших сообществ людей, где естественный отбор индуцируется почти исключительно через высокую детскую смертность и соответственно весьма высокую плодовитость. Противоположная модель соответствует действию селективных сил в индустриально развитых конгломератах человека. В данном случае селективные процессы связаны почти исключительно с низкой плодовитостью обусловленной контролем за рождаемостью тогда как детская смертность в значительной степени уменьшается за счет прогресса мероприятий здравоохранения. Наконец, [272] выделяет третий тип проявления селективных процессов, действующих в основном в сельских популяциях развитых стран. Эти сообщества обнаруживают существенное снижение детской смертности за счет эффективности здравоохранения, но одновременно также относительно высокую пропорцию рождаемости благодаря издревле устоявшимся социальным традициям.
Нами рассматривалась индивидуальная карта анамнеза семьи, которая включала паспортную часть, сведения о детях (пол, возраст, причина и дата смерти ребенка), возраст матери при вступлении в брак, годы рождения первого и последнего ребенка, общее число и исходы беременностей, возраст при наступлении menarche и climacterium.
Фактические данные об индексе потенциального отбора (1т) и его составляющих: дифференциальной смертности (Im) и дифференциальной плодовитости (If) - в изученных популяциях представлены в таблице 46.
В данной таблице можно видеть, что величины, обусловливающие интенсивность отбора бурят невелики и популяция бурят находится в более благоприятном отношении по сравнению с большинством других популяций
Северной Азии. Из этого можно заключить, что бурятская популяция байкальского региона находится в относительном равновесии со средой обитания. Она достаточно едина и адаптивна.
В последние 200-350 лет была миграция русского населения в районы Прибайкалья. Поэтому было интересно проследить проблемы (адаптации) изменчивости ряда морфо-физиологических признаков и маркеров генов у русского пришлого и местного населения, проживающего в Прибайкалье (посНижне-Ангарск и г.Северобайкальск) и определить их вклад в формирование неспецифической резистентности к заболеваниям. Эти вопросы будут рассмотрены в следующей главе.
Специфичность исследуемого региона определяется сложными климато-географическими условиями: низкой среднегодовой температурой, сильными колебаниями показателей барометрического давления и влажности, дефицитом ряда важных микроэлементов и др. [33, 80, 95, 102-104, 197]. В настоящее время значительная часть населения региона представлена мигрантами, прибывшими для строительства и эксплуатации БАМ, для которых данная окружающая среда является экстремальной [56, 57]. Следовательно, для изучения генетических факторов адаптации человека к неблагоприятным средовым условиям Западного участка БАМ необходимо в первую очередь получить данные о генетической структуре населения региона.
В ходе работы было обследовано 119 полных семей (отец, мать и ребенок) пришлого русского населения, 75% которых прибыли из Европейской части Российской Федерации. Все дети, включенные в выборку, родились в указанном регионе. Кроме того, аналогичная информация была собрана для 92 полных семей местных русских жителей, проживающих в поселке Нижне-Ангарск, который был основан в 1646 году [80, 135, 180], и его русское население до начала строительства БАМ находилось в относительной изоляции от остального русского населения.
Средний возраст мужчин пришлого населения составил на момент исследования 28.07±0.44 лет, а=4.78; местного населения - 27.9110.54, а=5.20 (td=1.18, Р 0.05; F=1.18, Р 0.05). Средний возраст женщин пришлого населения составил 26.55±0.43 лет, а=4.70; местного населения - 26.03±0.49 лет, а=4.68 (td=0.80, Р 0.05; F=1.10, Р 0.05).
Биологические характеристики матерей пришлого и местного населения сопоставлены в таблице 46а. Для местного населения характерно преобладание низкорослых женщин с поздними сроками наступления полового созревания (menarche).
В ходе обследования детей были собраны данные пяти антропометрических показателей при рождении (Табл.47). В таблице приведены данные только по доношенным новорожденным. Соотношение полов в сравниваемых выборках близко 1:1 и достоверно не различается между группами детей прибывшего и местного населения (x2d.f=1; td=2.82; Р 0.05). Дети прибывших родителей отличаются от детей местных родителей большими значениями всех антропометрических характеристик. Рассматриваемые признаки достаточно тесно скоррелированы друг с другом (Табл.48). Средние значения 10 парных коэффициентов корреляции для двух групп достоверно не различаются: г=0,5946±0.0207 (дети прибывших родителей), г=0.5791±0.0273 (дети местных родителей), td=0.45 (Р 0.05).
