1. Анализ нуклеотидных полиморфизмов в популяционных выборках Китая (Провинция Внутренняя Монголия)

Полногеномный анализ ассоциаций (GWAS) позволил определить примерно 80 однонуклеотидных полиморфизмов (SNP), связанных с предрасположенностью к диабету второго типа (T2D). Тем не менее, большинство этих локусов не повторяются в разных популяциях и наблюдается большая генетическая гетерогенность среди этнических групп. Мы протестировали SNP ранее определенных с помощью GWAS как ассоциированные с T2D в выборке монголов из Северного Китая (497 диагностированных с T2D и 469 контрольных) для ассоциации с T2D и количественных локусов, относящихся к диабету. Мы подтвердили ассоциацию с T2D для 11 SNP, а именно, rs7578326 (IRS1), rs1531343 (HMGA2), rs8042680 (PRC1), rs7578597 (THADA), rs1333051 (CDKN2), rs6723108 (TMEM163), rs163182 and rs2237897 (KCNQ1), rs1387153 (MTNR1B), rs243021 (BCL11A), и rs10229583 (PAX4) в нашей выборке. Далее мы показали, что риск аллель наиболее сильно ассоциированного с T2D полиморфизма в нашей выборке, rs757832 (IRS1), связан с повышенным уровнем триглецирида (TG). Обнаружена существенная разница с риск аллелем к T2D между монгольской выборкой и выборкой европейцев из проекта 1000G для нескольких SNP, включая rs6723108 (TMEM163), чьи риск аллели близки к фиксации в монгольской выборке.

Таблица 1.

Сравнение частот риск аллелей 28 SNP, протестированных в ассоциации с T2D в монгольской выборке против популяционных данных проекта «1000 геномов»

Обозначение.

a) MGL – Монгольская выборка пациентов в данном исследовании.

b)c)d) CEU, CHS, CHB — Популяционные выборки европейцев, китайцев (Пекин), китайцев (Шанхай) из проекта «1000 геномов» (1000G), соответственно.

2. Полиморфизм гена цитохрома Р450 CYP1A1 в популяциях народов, проживающих на севере Сибири

Исследован полиморфизм гена цитохрома Р450 CYP1A1 – вариант CYP1A1*2С (Ile462Val, rs1048943). В результате этой замены активность фермента повышается в два раза, что приводит к накоплению реактивных интермедиатов и резко увеличивает возможность мутационных изменений ДНК и химически индуцируемого канцерогенеза. Известно, что носительство варианта 462Val может являться фактором риска развития ряда онкологических и других мультифакториальных заболеваний.

Частота варианта 462Val в выборке тундровых ненцев составила 23,8 % (95% доверительный интервал 20,4-27,6%), что соответствует диапазону частот, встречающихся в популяциях восточной Азии, и выше значений, характерных для европеоидных популяций. В выборке русских Сибири частота аллеля 462Val составила 5,8 % (95% доверительный интервал 4,1-8,1%), что соответствует частоте варианта в европеоидных популяциях. В выборке нганасан частота варианта 462Val составила 39,0 % (95% доверительный интервал 34,2-44,0%) – это достоверно выше частот, характерных для популяций Европы, Африки и Азии. Близкими к нганасанам по частоте аллеля 462Val оказались лишь эскимосы (инуиты) Гренландии, индейцы Америки в целом, а также южные китайцы. В популяциях тундровых ненцев и нганасан аллель CYP1A1 462Val встречается с высокой частотой, превышающей значения для европеоидных популяций. Широкое распространение данного варианта может указывать на наличие популяционного риска развития заболеваний, в патогенезе которых может принимать участие данный генетический полиморфизм, особенно при изменениях традиционного уклада жизни, проникновении в среду обитания северных этносов ранее не встречающихся экотоксикантов.

3. Полиморфизм гена TRPM8, отвечающий за холодовую чувствительность организма, в кыргызской популяции

Ген TRPM8 кодирует рецептор, отвечающий за холодовую чувствительность организма, что предполагает его возможную роль в адаптации человека к холоду. В работе изучена структурная вариабельность гена TRPM8 по пяти однонуклеотидным полиморфизмам (ОНП) в кыргызской популяции. Полиморфизмы локализованы в кодирующих участках гена, из них три ОНП расположены в интервале 20 п.н. седьмого экзона. Популяционные частоты минорных аллелей ОНП составили: rs13004520 G/C = 0,06; rs28901637 А/Т = 0,13; rs11562975 G/C = 0,27; rs7593557 G/A = 0,21; rs11563071 С/G = 0,12. Проанализированная выборка кыргызов (275 человек) включает индивидов, проживающих на разной высоте над уровнем моря с резкими различиями климатических условий. Обнаружено, что у жителей высокогорья (3 200 м н. у. м. и более) частота минорного аллеля rs11562975 была почти в полтора раза ниже (p < 0,01) по сравнению с жителями низкогорья/среднегорья (760–3 000 м н. у. м.). Полученные данные подтверждают возможное селективное значение полиморфизма rs11562975 в адаптации к холоду. Сравнение частот гаплотипов между популяциями кыргызов, европейцев, восточных азиатов и африканцев выявило резкое сужение их вариации у европейцев, возможно, связанное с сокращением численности популяции (бутылочное горлышко) в процессе эволюции. Проанализированы эпигенетические маркеры в районе гена TRPM8, найдены 2 сильных сайта связывания инсуляторных белков ctcf, возможно, имеющих отношение к конформации хроматина и регуляции альтернативного сплайсинга. Изучение роли гена TRPM8 в термосенсорике молекулярно-генетическими методами позволило выявить у него несколько мутаций, которые проявляют ассоциации с определенными фенотипическими признаками. Так, индивиды, имеющие гомозиготный генотип GG однонуклеотидного полиморфизма (ОНП) rs11562975, оказались менее чувствительны к холоду, с адекватным ответом организма на охлаждение (уменьшение теплоотдачи с дыханием и переход на жировой обмен). Ген TRPM8 полифункционален и помимо термочувствительности вовлечен в регуляцию других физиологических процессов, что подтверждают ассоциации между показателями липидного обмена и полиморфизмами гена, обнаруженные в популяциях русских и шорцев.

Показано, что чукчи, относящиеся к арктическим монголоидам и проживающие в суровых условиях Крайнего Севера, отличаются от центрально-азиатских популяций (тувинцы, казахи, шорцы, хакасы) по частотам аллелей и гаплотипов ОНП (rs28901637 и rs11562975) гена TRPM8, что может быть связано с их адаптацией к холоду.

Таблица 2.

Частоты минорных аллелей изученных ОНП гена TRPM8 в популяциях

При анализе попарного сцепления пяти полиморфизмов выяснилось, что три базовые популяции кардинально отличаются друг от друга:

a) Африканская популяция имеет два ОНП (rs11562975 и rs7593557), у которых сцепление между аллеля достоверно.

b) Восточноазиатская популяция имеет плотно сцепленные аллели 4 ОНП, за исключением rs11563071.

c) В европейской популяции не обнаружено сцепление между аллелями rs11562975 и аллелями других ОНП.

d) Кыргызская популяция по профилю сцепленных аллелей ОНП близка к восточным азиатам.

4. Результаты биоинформационного анализа структуры нуклеотидных полиморфизмов и контекстных зависимостей в геноме, в сайтах, содержащих ОНП.

   Разработаны компьютерные программы анализа данных секвенирования для выявления полиморфизмов.

В частности, выполнен биоинформатический анализ механизмов, определяющих фундаментальные аспекты экспрессии генов человека в норме и при исследуемых заболеваниях – диабете второго типа. Отлажены компьютерные программы для анализа геномных данных полиморфизмов на суперкомпьютерном кластере.

Исследование зависимости частоты возникновения мутаций в геноме человека выполнено на примере набора документированных однонуклеотидных полиморфизмов (ОНП) из проекта «1000 геномов». Рассмотрены задачи разработки новых компьютерных методов статистического анализа генетических текстов на основе оценок сложности последовательности символов. Показано применение профилей сложности в скользящем окне к анализу сайтов, содержащих однонуклеотидные полиморфизмы в геноме человека. Установлено локальное понижение сложности текста в районе ОНП. На основе анализа профилей сложности в участках, содержащих ОНП, показано, что фланкирующие повторы мономеров определяют пониженную контекстную сложность сайтов однонуклеотидных полиморфизмов в геноме человека. Определены различия в контекстной организации для кодирующих и регуляторных последовательностей, которые отражаются в сложности текста нуклеотидных последовательностей, содержащих ОНП. Изменения в частоте точковых мутаций были ранее показаны для последовательностей, содержащих микросателлиты. С использованием более общего математического аппарата и более полных данных в работе показана насыщенность политрактами и простыми повторяющимися последовательностями локального геномного окружения участков, содержащих ОНП. Определены олигонуклеотиды с повышенной частотой встречаемости в геномном окружении ОНП у человека, показана их связь с политрактами. Присутствие политрактов может свидетельствовать о большей вероятности разрыва двойной цепи ДНК в этой точке, приводящей к повышению частоты замен нуклеотидов. Полученные оценки были определены при помощи разработанного ранее комплекса компьютерных программ, который кроме оценки сложности фазированных выборок позволяет эффективно определять частотный спектр олигонуклеотидов фиксированной длины, производить сравнение частот олигонуклеотидов в выборках большого объема.

Ишемический инсульт, вызванный прерыванием потока крови в мозг, представляет серьезную медицинскую проблему, являясь фактором риска смерти и потери трудоспособности. Недавние исследования геномных ассоциаций с (GWAS) определили более 40 общих вариантов геномных последовательностей, связанных с ишемическим инсультом. Однако результаты не могут быть одинаково применимы для различных мировых популяций. В частности, население Северной Азии, живущее в суровых условиях окружающей среды, имеет уникальный спектр генов риска развития заболеваний сердечно-сосудистой системы. Мы исследовали гены-кандидаты предрасположенности к ишемическому инсульту в популяции монголов Китая, которая не была исследована ранее. В исследование были включены в общей сложности 167 больных с инсультом и 176 здоровых лиц. Обнаружена ассоциация развития ишемического инсульта с одиночными нуклеотидными полиморфизмами (ОНП) в генах NINJ2 (rs12425791) и ALDH2 (rs2238151), а также в экзоне rs9536591. Среди генов-кандидатов наибольший вклад в развитие инсульта вносит NINJ2 (rs12425791). Ген ALDH2 кодирует митохондриальный фермент альдегиддегидрогеназу, вовлеченную в оксидативный путь метаболизма алкоголя. Пол, возраст, индекс массы тела и высокое кровяное давление также могут быть факторами риска. Работа показала существующую гетерогенность между китайской и другими популяционными выборками. Данное исследование предлагает новый взгляд на взаимодействие генотипа и факторов окружающей среды при развитии ишемического инсульта в монгольском населении.

Таблица 3.

Многомерный логистический регрессионный анализ предрасположенности к инсульту в монгольской популяции

Variable	B	SE	Wald	P-value	OR	95%CI
Sex	-0.980	0.27	13.51	2.37E-04	0.38	0.22-0.63
Age	0.050	0.01	11.88	5.67E-04	1.05	1.02-1.07
BMI	0.900	0.28	10.18	1.42E-03	2.45	1.41-4.25
HBP	1.950	0.3	43.43	4.39E-11	7.05	3.95-12.61