Аллельные варианты генов-кандидатов подверженности туберкулезу у русского населения Западной Сибири (стр. 5 из 20)
Белок входит в семейство функционально связанных мембранных белков (к этому семейству относят также Nramp2), ответственных за транспорт двухвалентных катионов, таких как Fe2+, Mn2+, Zn2+, Cu2+ [JabadoN. etal., 2000; CellierM. etal., 2001].
Известно, что ионы металлов являются жизненно важными элементами, участвующими во многих метаболических реакциях, происходящих в каждой живой клетке. Следовательно, недостаток, избыток или отсутствие данных элементов может привести к развитию какого-либо патологического состояния или даже к гибели клетки. Постоянство ионов металлов в организме обеспечивается регуляцией их потребления, хранения и выведения. Для того чтобы поддерживалась необходимая концентрация ионов, каждая клетка обладает определенной системой, обеспечивающей транспорт веществ через мембрану. Сбой этой системы или ее части может повлечь за собой потерю равновесия между выведением и поступлением веществ, что приведет к изменению внутриклеточной концентрации ионов. Недостаточный транспорт ионов может оказаться причиной нехватки жизненно важных метаболических элементов, а чрезмерное их накопление может вызвать токсическое воздействие этих же веществ, ведущее к гибели клетки. Возможно, что антибактериальная функция Nramp1 заключается в создании неблагоприятной для бактерии окружающей среды внутри фагосомы [GruenheidS. etal., 2000; BartonC.H. etal, 1999].
Во время фагоцитоза микроба макрофаг продуцирует активные кислородные метаболиты, которые являются токсичными для бактерии. Выживание патогена во время кислородозависимой перестройки метаболизма фагоцита обеспечивается микробными ферментами, большинство из которых содержат ионы металлов в своих активных центрах [CellierM. etal., 1994].
В свою очередь истощение запаса ионов металлов в фагосоме, вызванное транспортной деятельностью макрофагального белка ассоциированного с естественной резистентностью, приводит к снижению продукции металлосодержещих ферментов поглощенной бактерией.
Следовательно, дефекты продукции или функции Nramp1 могут приводить к нарушению его транспортной функции и, как следствие, к повышению чувствительности к внутриклеточным патогенам, таким как микобактерии (рис. 1) [BartonC.H. etal., 1999].
Рис. 1. Схема антибактериального действия NRAMP1 [по Пальцеву М.А., 2002]
Опыты, проведенные на инбредных мышах, показали, что уровень естественной резистентности к внутривенному заражению низкими дозами M. bovis (BCG) контролируется одним геном, локализованным в проксимальном регионе мышиной хромосомы 1. Этот локус обозначили как Bcg (также он известен как Lsh или Ity). Два различных фенотипа Bcg были ассоциированны с чувствительностью (Bcg-s) и с резистентностью (Bcg-r) на ранней стадии инфекции, вызванной M. bovis, M. avium, M. lepraemurium, Leishmaniadonovani, Salmonellatyphimurium [BredleyD.J., 1977; ForgetA. etal., 1981].
Экспериментальные исследования показали, что через 3 недели после заражения 10 КОЕ M. bovis (BCG) из селезенки мышей Bcg-s высевается на 3-4 порядка больше микобактерий, чем из селезенки мышей Bcg-r [GrosP. etal., 1981].Результаты исследований на моделях мышей позволили утверждать, что высокая чувствительность линий мышей Bcg/Lsh/Ity к заражению внутриклеточными патогенами объясняется дефектом локализованного на 1-ой хромосоме гена в локусе Bcg [BlackwellS.M. etal., 1994; SkameneE., 1994].
При помощи позиционного клонирования изолировали кандидатный ген и обозначили его как Nramp1 [VidalS.M. etal., 1993]. Позже было подтверждено, что Nramp1 и ген, расположенный в локусе Bcg, идентичны [GovoniG. etal., 1996]. У лабораторных мышей ген Nramp1 имеет 2 аллеля Nramp1-s (восприимчивый, рецессивный) и Nramp1-r (резистентный, доминантный) [MaloD. etal., 1993].
Секвенирование матричной РНК Nramp1 от восприимчивых и резистентных линий мышей показало, что подверженность к инфекции связана с заменой глицина на аспарагиновую кислоту в позиции 169 (G169D) внутри 4-ого трансмембранного домена белка [MaloD. etal., 1994]. Элиминация функции Nramp1 у "нокаутированных" мышей (Nramp1-/-) приводит к повышению восприимчивости к группе бактериальных возбудителей, хорошо адаптированных к выживанию в макрофаге [GovoniG., GrosP., 1998].
Однако нельзя не учитывать, что в выше перечисленных экспериментах на мышах использовался штамм M. bovis (BCG), а он является авирулентным для человека. Более того, E. Medina и R. North (1998) показали, что в то время как Nramp1 действительно контролирует резистентность мышей к заражению M. bovis, резистентность к заражению M. tuberculosis, вероятно, не связана с мутациями данного локуса. Мыши с мутантным (чувствительным к заражению M. bovis) фенотипом не отличались по чувствительности к заражению M. tuberculosis от мышей с резистентным (дикого типа) фенотипом.
Учитывая полученные результаты, G. Govoni и P. Gros (1998) сделали вывод, что возбудители, не попадающие под контроль Nramp1, либо отличаются своим поведением внутри макрофага, либо не являются внутриклеточными паразитами. Эти данные свидетельствуют, что Nramp1 играет важную роль в резистентности к микобактериям и некоторым другим возбудителям инфекций у мышей, а его человеческий гомолог, вероятно, связан с подобными инфекциями у людей.
Такой человеческий гомолог гена Nramp1, обозначенный как NRAMP1, клонировали и картировали на человеческой хромосоме 2q 35 [CellierM. etal., 1996]. В данном гене содержится 15 экзонов различной протяженности, разделенных интронами, размер которых также широко варьирует [MarquetS. etal., 2000]. Описано 9 полиморфных вариантов гена NRAMP1, которые, вероятно, влияют на функцию гена [LiuJ. etal., 1995].
С целью изучения функции гена было проведено исследование различных полиморфизмов NRAMP1 у западных африканцев в Гамбии всвязи с туберкулезом в местной популяции. Четыре полиморфизма гена - 5`(CA)n, INT4, D543N, 3`UTR были ассоциированы с туберкулезом (р=0,03; р=0,009; р=0,008; р<0,001 соответственно). 5`(CA)n 201 п.о. аллель находился в неравновесии по сцеплению с одним из аллелей полиморфизма INT4 (Р<0,001). Полиморфизм D543N также проявил неравновесие по сцеплению с делецией в 3`UTR регионе гена (р<0,001). Аллельные варианты INT4 и 3`UTR гена NRAMP1 были незначительно связаны друг с другом и статистически значимо ассоциированы с туберкулезом [BellamyR. etal., 1998]. Таким образом, при изучении связи NRAMP1 с туберкулезом у африканцев было обнаружено, что изменчивость данного гена связана с вариабельностью восприимчивости к туберкулезу.
Аналогичным образом, было проведено изучение различных полиморфных вариантов гена NRAMP1 в корейской популяции. Материалом для исследования послужили образцы крови от 192 пациентов с лабораторно подтвержденным туберкулезом легких. Как показал анализ, в исследуемой этнической группе туберкулез был ассоциирован с полиморфизмом 3`UTR гена NRAMP1 [RyuS. etal., 2000].
По всей видимости, отличия в модели аллельной ассоциации гена с туберкулезом можно объяснить генетической гетерогенностью разных этнических групп. Так, например, анализ японской популяции показал различия в ассоциации гена с туберкулезом в двух группах пациентов: первая – жители города Токио, вторая – жители города Осака. Была обнаружена слабая зависимость между полиморфизмом D543N и туберкулезом в популяции Токио (р=0,045), и, напротив, имелась существенная связь с полиморфизмом (GT)n гена NRAMP1 в обеих популяциях [GaoP.S. etal., 2000]. К тому же была показана ассоциация полиморфизма D543N гена NRAMP1 с формированием деструкции при туберкулезе [AbeT. etal., 2003]. Для полиморфизмов D543N и 3`UTR найдена ассоциация с туберкулезом (р=0,041, р=0,030 соответственно) в китайской популяции [LiuW. etal., 2004].
Если в упомянутых выше исследованиях материалом послужили образцы крови от не родственных между собой индивидов больных туберкулезом, то в исследовании, проведенном в Гвинее (Конакри) тестировались 44 семьи на предмет ассоциации между NRAMP1 и туберкулезом. Каждая из этих семей содержала как минимум одного сибса больного туберкулезом. Всего было проанализировано 160 образцов крови путем тестирования по трем полиморфизмам: 5`(CA)n, 3`UTR, INT4. Для обработки полученных результатов был применен TDT-тест, при помощи которого обнаружили статистически значимую ассоциацию полиморфизма INT4 гена NRAMP1 с туберкулезом [CervinoA.C.L. etal., 2000].
Недавно был проведен поиск связи этого гена с туберкулезом в России (Башкортостан, Тува). При сравнении частот генотипов в группах больных инфильтративным туберкулезом легких и здоровых индивидов жителей Башкортостана была найдена ассоциация полиморфизма 3`UTR с подверженностью к туберкулезу (χ2 =21,34, OR=6,83) [Имангулова М.М. и др., 2004]. При аналогичном исследовании тувинцев показана связь с туберкулезом для варианта 1465-85G/A гена NRAMP1 (χ2 =6,40, р=0,041) [Рудко А.А., 2004].
Однако несколько исследований предоставили негативные результаты. Так, не было найдено связи полиморфных вариантов гена NRAMP1 с туберкулезом в эндемичной популяции Морокко и Дании [SoborgC. etal., 2002; BaghdadiJ. etal., 2003]. Итак, несмотря на некоторую неопределенность в функции полиморфных вариантов гена NRAMP1, его ассоциация с данным заболеванием подтверждена в различных популяционных исследованиях (табл. 2).
Возможность с большой надежностью определять группы высокого риска, используя ДНК-типирование детей, чьи родители больны туберкулезом, для выявления тех, кто унаследует неблагоприятные аллели, была бы очень важна. По мнению R. J. North и E. Medina (1998), основное препятствие для более или менее надежного определения групп риска путем типирования по гену NRAMP1 – относительно слабый вклад этого гена в общую структуру генетически обусловленной восприимчивости и резистентности к туберкулезу.