Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,813

ПЕРСПЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ADRB3 (RS4994) В КАЧЕСТВЕ ГЕНЕТИЧЕСКОГО МАРКЕРА ОЖИРЕНИЯ У ЖИТЕЛЕЙ СЕВЕРНОГО КАВКАЗА

Тхакушинов Р.А. 1 Лысенков С.П. 1 Муженя Д.В. 1 Тугуз А.Р. 2 Корчажкина Н.Б. 3 Уракова Т.Ю. 1
1 ФБГОУ ВПО «Майкопский технологический университет», медицинский институт
2 ФБГОУ ВО «Адыгейский государственный университет»
3 ФГБУ ДПО «Центральная государственная медицинская академия» Управления делами Президента РФ
В соответствии с поставленной целью исследована ассоциация полиморфизма гена ADRB3 (rs4994) SNP-методом с аллель-специфическими праймерами на тест-системах НПФ «Литех» у лиц с ожирением (n=40) в сравнении с контрольной группой (n=32). Установлено статистически значимое повышение прогностически неблагоприятного гомозиготного генотипа (χ2 = 18,13; р=0,0001) и мутантного аллеля (χ2 = 20,74; р=5.0 E-6) гена ADRB3 в группе больных в сравнении с контролем. Риск развития ожирения возрастает в 16,76 раза и 9,95. Также необходимо отметить, что у больных выявлено доминирование минорного аллеля при сопоставлении со здоровыми. Гендерный анализ подтвердил вовлеченность rs4994 гена ADRB3 в повышенный риск нарушения липидного обмена. Для женщин, у которых выявлены прогностически неблагоприятные полиморфизмы, относительный риск составил для генотипа Arg/Arg в 13, а аллеля Arg в 6,16, у мужчин данный показатель значительно оказался выше: 20,24 раза и 28,15 соответственно. На основании представленных материалов можно сделать предварительный вывод об эффективности использования данного полиморфизма в качестве раннего маркера нарушения метаболизма, развития ожирения, особенно для мужчин юга России.
ожирение
однонуклеотидные полиморфизмы
SNP
молекулярно-генетические маркеры
1. World health organization «Global action plan for the prevention and control of NCDs 2013-2020». [Электронный ресурс]. URL: http: //apps.who.int/iris/bitstream/10665/94384/5/ 9789244506233_rus. Pdf (дата обращения: 24.04.2019).
2. Кузин С.И., Карманов М.В. Ожирение как специфическое препятствие устойчивому социально - экономическому развитию // Вестник Университета. 2016. № 7. С. 277-282.
3. Genome-wide association studies. [Электронный ресурс]. URL:https://www.ebi.ac.uk/gwas/ (дата обращения: 23.04.2019).
4. HuGE Literature Finder. [Электронный ресурс]. URL: https://phgkb.cdc.gov/PHGKB/startPagePubLit.action (дата обращения: 15.05.2019).
5. Shihara N., Yasuda K., Moritani T. The association between Trp64Arg polymorphism of the beta-3-adrenergic receptor and autonomic nervous system activity. J. Clin. Endocr. Metab. 1999. Vol. 84. P. 1623-1627. DOI: 10.1210/jcem.84.5.5701.
6. Bachman E.S., Dhillon H., Zhang C.-Y., Cinti S., Bianco A.C., Kobilka B.K., Lowell B.B. Beta-AR signaling required for diet-induced thermogenesis and obesity resistance. Science. 2002. Vol. 297. P. 843-845. DOI: 10.1126/science.1073160.
7. Walston J., Silver K., Bogardus C., Knowler W.C., Celi F.S., Austin S., Manning B., Strosberg A.D., Stern M.P., Raben N. Time of onset of non-insulin-dependent diabetes mellitus and genetic variation in the beta-3-adrenergic-receptor gene. New Eng. J. Med. 1995. no 333. P. 343-347. DOI: 10.1056/NEJM199508103330603.
8. Piétri-Rouxel F., John Manning B., Gros J., Strosberg A.D. The biochemical effect of the naturally occurring Trp64-->Arg mutation on human beta3-adrenoceptor activity. Eur. J. Biochem. 1997. Vol. 247 (3). P. 1174-1179. DOI: 10.1111/j.1432-1033.1997.01174.x.
9. «000 Genomes Project. [Электронный ресурс]. URL: http://www.internationalgenome.org/ (дата обращения: 24.04.2019).
10. The National Center for Biotechnology Information. [Электронный ресурс]. URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/ (дата обращения: 15.05.2019).
11. Brondani L.A., Duarte G.C., Canani L.H. The presence of at least three alleles of the ADRB3 Trp64Arg (C/T) and UCP1 -3826A/G polymorphisms is associated with protection to overweight/obesity and with higher high-density lipoprotein cholesterol levels in Caucasian-Brazilian patients with type 2 diabetes. Metab. Syndr. Relat. Disord. 2014. no 12 (1). Р. 16-24.
12. Genelhu V.A., Francischetti E.A., Duarte S.F. Beta3-adrenergic receptor polymorphism is related to cardiometabolic risk factors in obese Brazilian subjects. Genet. Mol. Res. 2010. no 9 (3). Р. 1392-1397.
13. Baturin A.K., Pogozheva A.V., Sorokina E.I. The Trp64Arg polymorphism of beta3-adrenoreceptor gene study in persons with overweight and obesity. Vopr. Pitan. 2012. no 81 (2). Р. 23-27.
14. Батурин А.К., Сорокина Е.Ю., Погожева А.В. Изучение сочетанного влияния генетических полиморфизмов rs9939609 гена FTO и rs4994 гена ADRB3 на риск развития ожирения // Вопросы питания: научно-практический журнал. 2016. № 4. С. 29-34.
15. Бородина C.B., Гаппарова К.М. Генетические предикторы развития ожирения // Ожирение и метаболизм. 2016. № 13 (2). C. 7-13.
16. Кочетова О.В., Корытина Г.Ф., Ахмадишина Л.З., Викторова Т.В. Ассоциация полиморфных вариантов генов адренергических рецепторов (ADRA2A, ADRB3) с ожирением у женщин татарской этнической принадлежности // Молекулярная медицина. 2017. № 3. С. 21-26.

Ожирение - одна из глобальных проблем XXI века, угрожающих современному обществу. Согласно итоговому отчету 2016 г. Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), в 2015 году более 1,9 миллиарда взрослых (старше 18 лет) и 41 миллион детей в возрасте до 5 лет страдали избыточной массой тела и ожирением. Всего за период с 1980 по 2016 г. этот показатель вырос во всем мире более чем в два раза. С точки зрения клинической диагностики, ожирение рассматривается как нарушение липидного обмена, обусловленного энергетическим дисбалансом количества потребляемой (пищи) и расходуемой энергии [1].

Избыточная масса тела, по данным ВОЗ, является одним из главных факторов риска развития сахарного диабета 2-го типа, эндокринных нарушений, сердечно-сосудистых, онкологических и других неинфекционных заболеваний (НИЗ), ежегодные потери от которых составляют около 36 миллионов человек (63% случаев). Преждевременно (до 50 лет) умирают более 14 миллионов, и при сохранении существующих тенденций, по прогнозам экспертов ВОЗ, к 2030 г. НИЗ, принимающие характер пандемий, будут ежегодно уносить 52 миллиона человеческих жизней. В России около 40% трудоспособного населения, по данным С.И. Кузина, М.В. Карманова (2016), имеют избыточную массу тела и ожирение различной степени [1; 2].

Выявление причинно-следственных связей в развитии ожирения и социально-значимых заболеваний, с учетом достижений современной молекулярной биологии, будет способствовать промоции здоровья и профилактике НИЗ, предупреждать депопуляционные процессы в мире и России. Однако концепции развития ожирения под влиянием факторов риска, установленных ВОЗ, не дают исчерпывающих представлений о триггерных механизмах возникновения патологий и роли наследственности.

Результаты этногенетических исследований в рамках международных проектов «Genome-wide linkage scans» (GWLS) и «Genome-wide association studies» (GWAS) выявили около двух тысяч генетических локусов, ассоциированных более чем с 300 различными заболеваниями, но в соответствии с общепринятыми критериями ранжирования «ген-болезнь» наибольший научный интерес представляют 52 полиморфизма, связанных с ожирением [3; 4].

Одним из перспективных направлений в типировании генов, вовлеченных в метаболические процессы, является адренорецептор – β3 из семейства рецепторов, связанных с G-белками, и экспрессирующийся в жировой ткани, гладкой мускулатуре кровеносных сосудов, желудочно-кишечного тракта и желчного пузыря [4]. Основной физиологический эффект обусловлен участием в контроле липолиза и термогенеза. Активация рецепторов ADRB3 посредством Gs-белков запускает аденилатциклазу и образование вторичного мессенджера цАМФ, стимулирующего липолиз в белой жировой ткани и продукцию тепла в бурой жировой ткани [5]. Для изучения роли ADRB3 в регуляции липолиза в ответ на изменение диеты (Bachman et al., 2002) выведена специальная линия мышей с нокаутированным геном ADRB3 [6], у которых, в отличие от дикого типа, в ответ на гиперкалорийную диету с высоким содержанием липидов развивается ожирение. Эти исследования подтверждают ключевую роль ADRB3 в поддержании энергетического баланса путем изменения интенсивности энергетического обмена теплоотдачи организма и защиты от дислипидемии.

Ген ADRB3 картирован на коротком плече хромосомы 8 в положении p12-p11.2 и гомологичный ген на хромосому 8 мыши с молекулярной массой 43,5 kDa, кодируя белок из 408 аминокислот [7] (рисунок).

Цитогенетическое строение 8-й хромосомы (по данным genecards)

Секвенирование гена выявило единственную миссенс-мутацию, расположенную в первом кодирующем экзоне, обусловленную заменой триптофана (Trp) на аргинин (Arg) в позиции 64 (rs4994) на стыке трансмембранного домена и внутриклеточной петли рецептора. Предположено, что изменение может влиять на структуру рецепторного белка или изменять его функциональные свойства, такие как связывание лиганда или активация рецептора. Однако полученные биохимические данные неоднозначны [7; 8].

Результаты типирования генетического полиморфизма rs4994 «1000 Genomes Project» в различных этносах показали доминирование дикого аллеля Trp 64 гена ADRB3 [9]. Следует обратить внимание, что в отдельных географически удаленных группах не выявлен патологический гомозиготный генотип Arg64Arg. Также необходимо отметить, что в некоторых популяциях Восточной и Южной Азии частота встречаемости мутантного варианта 64Arg значительно выше, особенно у жителей Бангладеша, Японии и Индии. Для народов, проживающих на территории России, аналогичных популяционных исследований не проводилось.

По данным международного проекта «National Center for Biotechnology Information» [10], варьирование частот полиморфизмов свидетельствует о неодинаковой степени их ассоциации с ожирением для разных этнических групп. Поэтому необходимо проведение региональных исследований по анализу распределения и ассоциации SNP с риском развития метаболического синдрома. Несмотря на выявленные положительные корреляционные связи полиморфизмов генов с избыточной массой тела и другими функциональными параметрами, практически не исследовано сочетанное влияние ассоциированных с ожирением мутаций и моделирование пищевого поведения и физической нагрузки на коррекцию массы тела.

Перспективность исследования влияния диеты и физической нагрузки на эффективность снижения ИМТ в зависимости от носительства аллельных вариантов и генотипов позволит выявить молекулярно-генетические механизмы, влияющие на предрасположенность к ожирению, а также определить возможные пути коррекции веса с учетом полученных результатов.

Цель работы: выявить ассоциации полиморфизма гена ADRB3(rs4994) с ожирением у жителей Северного Кавказа.

Контингент обследованных лиц. Контрольная группа представлена неродственными донорами (n=32) в возрасте от 20 до 60 лет, без наследственной отягощенности и клинических проявлений хронических заболеваний, что подтверждено базой данных Адыгейской республиканской станции переливания крови. Вторую группу составили (n=40) пациенты клиники ООО «Центр Здоровье» (г. Майкоп, Республика Адыгея, Россия), в возрасте от 21 до 63 лет, с избыточной массой тела (ИМТ), I-III степени ожирения и сопутствующими заболеваниями (сахарный диабет 2-го типа, артериальная гипертония, хронический панкреатит и др.). Обе обследованные группы были представлены жителями Северо-Кавказского региона.

Материал и методы исследования. Комплексное обследование включало: измерение антропометрических данных, стандартные биохимические показатели крови (общего холестерина, липопротеидов высокой, низкой, триглицеридов). Индекс массы тела (ИМТ) рассчитан по методике Кетле (ИК = отношение массы (кг) тела к росту (м2).

Геномная ДНК обследованных лиц выделена из лейкоцитов цельной крови с помощью реагента «ДНК-экспресс-кровь» (НПФ «Литех», Россия). Чистота образцов ДНК тестирована на спектрофотометре «NanoDrop 2000c» (Termo Scientific, USA). Полиморфизмы гена ADRB3 (Trp64Arg, rs4994) в образцах ДНК доноров и больных типированы с использованием коммерческих тест-систем НПФ «Литех» (Россия) с электрофоретической детекцией результатов на базе «Иммуногенетической лаборатории» НИИ комплексных проблем «Адыгейского государственного университета» (г. Майкоп, Россия).

Соответствие распределений генотипов ожидаемым значениям при равновесии Харди-Вайнберга и сравнение частот аллельных вариантов/генотипов гена ADRB3 проводили с использованием χ2 (хи-квадрата) для таблиц сопряженности 2x2 с поправкой Йейтса на непрерывность и расчетом отношения шансов (odds-ration или OR), 95% доверительного интервала (95% СI) в программе SPSS Statistics 22.0.

Исследование проведено в соответствии с принципами Хельсинкской декларации с письменного информированного согласия всех участников эксперимента.

Результаты исследования и их обсуждение. Для определения прогностической значимости полиморфизма ADRB3 с нарушением метаболических процессов и ожирения по данным «National Center for Biotechnology Information» [10] типированы аллельные варианты и генотипы Trp64Arg в группах доноров (контроль) и обследованных больных (табл. 1, 2).

Таблица 1

Частоты генотипов и аллелей гена ADRB3 у обследованных контингентов

Генотипы/ аллели

Частоты генотипов /аллелей в группах

χ2

Р

OR

Больные все (n=40)

Норма (n=32)

Генотипы

знач.

95% CI

Trp/Trp

0.050

0.219

18.13

0.0001

0.19

0.04 – 0.98

Trp/Arg

0.000

0.250

0.04

0.00 – 0.64

Arg/Arg

0.950

0.531

16.76

3.44 – 81.59

Аллели

Trp

0.050

0.344

20.74

5.0E-6

0.10

0.03 – 0.31

Arg

0.950

0.656

9.95

3.21 – 30.81

Генотипы

Больные (n=12) М

Норма (n=18) М

 

Trp/Trp

0.000

0.278

7.27

0.03

0.10

0.00 – 1.96

Trp/Arg

0.000

0.167

0.18

0.01 – 3.76

Arg/Arg

1.000

0.556

20.24

1.04 – 393.65

Аллели

Trp

0.000

0.361

11.06

0.0009

0.04

0.00 – 0.63

Arg

1.000

0.639

28.15

1.58 – 500.90

Генотип

Больные (n=28) Ж

Норма (n=14) Ж

 

Trp/Trp

0.071

0.143

12.68

0.002

0.46

0.06 – 3.68

Trp/Arg

0.000

0.357

0.03

0.00 – 0.60

Arg/Arg

0.929

0.500

13.00

2.19 – 77.04

Аллели

Trp

0.071

0.321

8.92

0.003

0.16

0.04 – 0.59

Arg

0.929

0.679

6.16

1.70 – 22.36

Примечания: OR - отношение шансов; p - достоверность различий для контроля и больных; М - мужчины; Ж - женщины.

Нами установлено статистически значимое повышение прогностически неблагоприятного гомозиготного генотипа (χ2 = 18,13; р=0,0001) и мутантного аллеля (χ2 = 20,74; р=5.0 E-6) гена ADRB3 в группе больных в сравнении с контролем. Риск развития ожирения возрастает в 16,76 (3.44–81.59) раза и 9,95 (3.21–30.81) (таблица 1). Также необходимо отметить, что у больных выявлено доминирование минорного аллеля при сопоставлении со здоровыми (таблица 1). Гендерный анализ также подтвердил вовлеченность rs4994 гена ADRB3 в повышенный риск нарушения липидного обмена. Для женщин, у которых выявлены прогностически неблагоприятные полиморфизмы, относительный риск составил для генотипа Arg/Arg в 13 (2.19–77.04), а аллеля Arg в 6,16 (1.70–22.36), у мужчин данный показатель оказался значительно выше: 20,24 (1.04–393.65) раза и 28,15 (1.58–500.90) соответственно. Таким образом, можно предположить, что у мужчин анализируемая мутация оказывает более сильное влияние, чем у женщин (табл. 1).

Статистический анализ с учетом ожирения выявил достоверное повышение прогностически неблагоприятного генотипа Arg/Arg и минорной аллели Arg гена ADRB3 в группе больных в сравнении с контролем (χ2 = 13,03; р = 0,001 и χ2 = 15,85; р = 8.0E-5) (таблица 2). Дифференцированный анализ в зависимости от пола показал, что у мужчин, страдающих ожирением, данная мутация имеет более высокую прогностическую значимость, чем у женщин. Носительство мутантного Arg аллеля увеличивает шанс развития патологии в 18,96 раза (1.05–341.81) (табл. 2).

Таблица 2

Анализ распределения полиморфизмов гена ADRB3 с учетом ожирения

Генотипы/ аллели

Частоты генотипов /аллелей в группах

χ2

Р

OR

Больные (n=25)

Норма (n=32)

Генотипы

знач.

95% CI

Trp/Trp

0.040

0.219

13.03

0.001

0.15

0.02 – 1.30

Trp/Arg

0.000

0.250

0.06

0.00 – 1.03

Arg/Arg

0.960

0.531

21.18

2.55 – 175.98

Аллели

Trp

0.040

0.344

15.58

8.0E-5

0.08

0.02 – 0.36

Arg

0.960

0.656

12.57

2.79 – 56.66

Генотипы

Больные (n=8) М

Норма (n=18) М

 

Trp/Trp

0.000

0.278

5.14

0.05

0.14

0.01 – 2.96

Trp/Arg

0.000

0.167

0.26

0.01 – 5.66

Arg/Arg

1.000

0.556

13.76

0.69 – 274.25

Аллели

Trp

0.000

0.361

7.70

0.006

0.05

0.00 – 0.95

Arg

1.000

0.639

18.96

1.05 – 341.81

Генотип

Больные (n=17) Ж

Норма (n=14) Ж

 

Trp/Trp

0.059

0.143

8.65

0.01

0.38

0.03 – 4.64

Trp/Arg

0.000

0.357

0.05

0.00 – 0.99

Arg/Arg

0.941

0.500

16.00

1.64 – 155.77

Аллели

Trp

0.059

0.321

7.26

0.007

0.13

0.03 – 0.68

Arg

0.941

0.679

7.58

1.48 – 38.84

Примечания: OR - отношение шансов; p - достоверность различий для контроля и больных; М - мужчины; Ж - женщины.

Поиск и совершенствование методологической базы ранней диагностики, профилактики и лечения ожирения является одной из актуальных задач современной клинической медицины. Поэтому исследования, связанные с изучением молекулярно-генетических механизмов регуляции энергетических процессов в организме, идентификацией информативных маркеров, могут существенно улучшить данный процесс.

В сети «HuGE Literature Finder» по rs4994 SNP представлено 58 работ, связанных с ожирением. Четыре крупных метаанализа не подтвердили ассоциацию rs4994 с риском развития ожирения, однако установлена существенная взаимосвязь 64Arg с нарушением метаболизма, преимущественно в азиатских популяциях Китая, Японии и Кореи [4].

Необходимо отметить работы Gunelhu V.A. et al. (2010) и L.A. Brondani et al. (2014), в которых показано, что у бразильцев минорная 64Arg, в отличие от других, выполняет протективную роль, т.е. понижает шанс развития нарушения метаболизма липидов [11; 12].

В отличие от цитируемых работ в нашем исследовании с высокой степенью достоверности (p<< 0.001) установлена ассоциация Tpr64Arg полиморфизма гена с ожирением как по гомозиготному мутантному Arg/Arg генотипу (р=0.0001), так и 64Arg аллелю (р<0.0001). Частота 64Arg аллели в группе больных составляет 95% и значительно отличается (от 2% до 23%) от результатов других исследований [4; 13-16]. Наличие мутантной аллели повышает риск развития ожирения в 6,0 раз, а гомозиготного Arg64Arg - в 13,0. Зависимость основных антропометрических показателей от выявленных генотипов не проанализирована вследствие явного доминирования мутантного Arg64Arg гомозиготного варианта, составляющего 95,0%. У жителей Северного Кавказа частота Arg64Arg генотипа в контрольной группе (53.1%) отличается от среднестатистических данных в мире, по результатам «1000 Genomes Project» (4.7%-21.6%) [9]. Высокие частоты 64Arg аллели и Arg64Arg генотипа ADRB3, полученные в нашем исследовании, возможно, обусловлены спецификой выборки испытуемых или этногенетическими особенностями населения, проживающего в регионе.

Исследованиями в России подтверждена достоверная связь 64Arg аллеля ADRB3 с повышенным риском развития гипергликемии в большей степени, чем с ожирением [13-16]. Частота 64Arg полиморфизма в отдельных регионах колеблется в узком диапазоне значений 9.6-22.2% и сопоставима с зарубежными данными. Однако при этом необходимо отметить, что в 2012 году Baturin A.K. et al. не выявили статистически значимых различий между контролем и больными с ожирением, а в 2016 этими же авторами подтверждена ассоциация 64Arg с ожирением (А.К. Батурин, Е.Ю. Сорокина, А.В. Погожева и др. 2016) [13; 14]. Данный факт может быть обусловлен как количеством участников эксперимента, так и этногенетическими особенностями обследованных лиц. Однако, по мнению С.В. Бородина с соавт. (2016), rs4994 гена ADRB3 не вовлечен в патологический процесс [15].

В работе О.В. Кочетова, Г.Ф. Корытина и др. (2017), наоборот, показана связь прогностически неблагоприятного 64Arg полиморфизма ADRB3 у женщин татарской популяции [16]. Однако нами установлено, что rs4994 имеет более значимую прогностическую значимость для мужчин: носительство гомозиготного Arg64Arg генотипа в 20 раз повышает риск развития ожирения, тогда как у женщин - всего в 13 раз.

Полученные результаты в зависимости от гендерной принадлежности свидетельствуют, что прогностическая значимость существенно различается. Поэтому исследования в данном направлении могут существенно повысить эффективность диагностики ожирения и его лечения. Однако следует заметить, что в проанализированных работах данный аспект практически не рассмотрен.

Заключение. На основании представленных материалов можно сделать предварительный вывод об эффективности использования данного полиморфизма в качестве раннего маркера нарушения метаболизма, развития ожирения, особенно для мужчин юга России.

Тем не менее, основываясь на литературных данных, проведенных в различных этногеографических областях, необходимо отметить, что существенные различия касаются в первую очередь различных этносов. Для понимания значения гена ADRB3 и его rs4994 полиморфизма в физиологических механизмах липидного обмена, формирования массы тела, липолиза и термогенеза необходимо проведение дальнейших исследований с учетом этногеографических особенностей.


Библиографическая ссылка

Тхакушинов Р.А., Лысенков С.П., Муженя Д.В., Тугуз А.Р., Корчажкина Н.Б., Уракова Т.Ю. ПЕРСПЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ADRB3 (RS4994) В КАЧЕСТВЕ ГЕНЕТИЧЕСКОГО МАРКЕРА ОЖИРЕНИЯ У ЖИТЕЛЕЙ СЕВЕРНОГО КАВКАЗА // Современные проблемы науки и образования. – 2019. – № 3.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=28908 (дата обращения: 05.06.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074