1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Генетика
  4. T. 55, № 6, 2019

Генетика, 2019, T. 55, № 6, стр. 684-693

Анализ ассоциаций полиморфных вариантов генов JAK/STAT-сигнального пути со старением и долголетием

В. В. Эрдман 1, *, Т. Р. Насибуллин 1, И. А. Туктарова 1, Р. Ш. Сомова 1, О. Е. Мустафина 1

1 Институт биохимии и генетики Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук
450054 Уфа, Россия

* E-mail: danivera@mail.ru

Поступила в редакцию 03.07.2018
После доработки 22.08.2018
Принята к публикации 24.09.2018

Полный текст (PDF)

Аннотация

С целью поиска ассоциаций старения и долголетия с полиморфными локусами генов JAK/STAT-сигнального пути в этнической группе татар проведен анализ возрастной динамики частот генотипов по полиморфным сайтам генов JAK1 (32454C>T, rs310216), JAK3 (14385C>T, rs3212780), STAT1 (14228A>C, rs12693591), STAT3 (19006G>C, rs2293152) и STAT5A (1985T>C, rs9889323). С помощью логистического регрессионного анализа установлена ассоциация данных полиморфных локусов с возрастом. В общей группе исследуемых лиц вероятность обнаружения генотипа JAK1*C/*Т оказалась повышена в старческом возрасте (69–80 лет, р = 0.031, OR = 1.070); шансы достижения преклонного возраста снижены у носителей генотипов JAK1*Т/*Т (58–82 года, р = 0.014, OR = 0.958) и STAT5A*T/*T (46–109 лет, р < 0.001, OR = 0.979). Среди мужчин шансы достижения долголетия повышены у носителей генотипа STAT3*С/*С (25–98 лет, р = 0.027, OR = 1.016) и понижены у носителей генотипа STAT3*G/*С (73–98 лет, р = 0.044, OR = 0.950). В группе женщин шансы достичь 80 и более лет повышены у носительниц генотипов JAK3*Т/*С (48–81 год, р = 0.046, OR = 1.024), STAT1*С/*A (61–88 лет, р = 0.041, OR = 1.035) и STAT5A*T/*C (46–82 года, p < 0.0001, OR = 1.044). У пожилых женщин с генотипом STAT1*С/*С ниже вероятность достижения долголетия (55–109 лет, р = 0.013, OR = 0.980).

Ключевые слова: долголетие человека, старение, продолжительность жизни, JAK/STAT-сигнальный путь, генетический полиморфизм, анализ ассоциаций.

Долголетие – сложный феномен человеческой жизни, важным показателем которого является способность к избеганию или сведению к минимуму возрастзависимых патологий. При этом организм функционирует в оптимальном режиме, поддерживая сохранность и целостность всех его систем. Интеграция функций организма обеспечивается сложной сетью сигнальных путей. Благодаря каскаду метаболических процессов реализуются эффекты внешних регуляторных сигналов различной природы на уровне специфических мишеней в цитоплазме или ядре, в результате чего в клетке разворачивается ответная реакция на внешний сигнал.

К наиболее просто организованным и эволюционно консервативным путям сигнальной трансдукции относится JAK/STAT-сигнальный путь (Janus Kinases/Signal Transducer and Activator of Transcription). Членами JAK/STAT-пути являются цитоплазматические тирозинкиназы семейства Janus – JAK1, JAK2, JAK3 и TYK2 и цитоплазматические латентные транскрипционные факторы (ТФ) – STAT1, STAT2, STAT3, STAT4, STAT5a, STAT5b и STAT6 у млекопитающих. Передача сигнала от первичных посредников к мишеням (промоторам генов) осуществляется без участия вторичных мессенджеров. JAK-киназы могут активировать не только STAT, но и другие сигнальные белки, при этом также и STAT-белки могут активироваться другими протеинкиназами. Вследствие этого осуществляется взаимодействие между различными сигнальными путями.

JAK/STAT-сигнальный путь является главным для реализации множественных эффектов цитокинов. Посредством JAK/STAT-пути регулируется дифференцировка, про- и противовоспалительная активность иммунных клеток (Т-клеток, гранулоцитов и макрофагов) [1, 2].

Вследствие нарушения JAK/STAT-сигнальной трансдукции развиваются различные заболевания (лейкемия, иммунодефицит, лимфомы, аутоиммунные, аллергические, нейродегенеративные и др.). Гиперактивность JAK/STAT-пути наблюдается в опухолевых клетках [3]. Важным является и то, что существует связь между сигнальным путем JAK/STAT и “аутокринной петлей” ангиотензина II – ангиотензин II активирует JAK/STAT-путь [4]. Промотор гена ангиотензиногена служит мишенью для белков STAT; STAT5А, STAT6 активируются при ишемическом повреждении миокарда, STAT5А и STAT3 – при гипертрофии миокарда [5]. Поэтому активация ТФ STAT составляет первичные сигнальные события в патогенезе гипертрофии и ишемии миокарда. Установлено, что в атеросклеротических бляшках экспрессируется ген JAK1. В связи с этим полагают, что он может играть важную роль в атерогенезе [6].

JAK/STAT-путь представляет значительный интерес в контексте существующих гипотез о природе старения, в частности о роли иммуновоспалительных процессов и активных форм кислорода в разворачивании процессов старения. Однако в популяционно-генетическом и геронтологическом аспектах аллельное состояние генов JAK/STAT-сигнального пути практически не исследовано. В то же время, основываясь на роли белков этого пути, можно предположить, что полиморфное состояние аллелей их генов может вносить вклад в наследственную предрасположенность к многофакторным, в том числе возрастзависимым, заболеваниям, в вариабельность продолжительности жизни (ПЖ) и долголетие человека.

В данном исследовании проведен анализ ассоциаций полиморфных локусов генов JAK1 (1p31.3, 32454C>T, rs310216), JAK3 (19.р13.11, 14385C>T, rs3212780), STAT1 (2q32.2, 14228A>C, rs12693591), STAT3 (17q21.2, 19006G>C, rs2293152) и STAT5A (17q11.2, 1985T>C, rs9889323) с возрастом.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В соответствии с требованиями биоэтики было проведено анкетирование 1683 жителей республики Башкортостан в возрасте от 21 до 109 лет, татар по этнической принадлежности, из них 759 мужчин и 924 женщины, в том числе 352 чел. пожилого, 601 чел. старческого возраста и 184 долгожителей. Вся выборка сформирована из лиц, физически сохранных по сердечно-сосудистой и нервной системе.

Выборку дифференцировали на отдельные возрастные группы согласно классификации, принятой на 7-й Всесоюзной конференции по проблемам возрастной морфологии, физиологии и биохимии [7].

Образцы геномной ДНК выделяли из лимфоцитов периферической венозной крови путем фенол-хлороформной экстракции [8]. Генотипирование полиморфных участков генов JAK/STAT-сигнального пути проводили методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) с последующим рестрикционным анализом. Последовательности олигонуклеотидных праймеров и эндонуклеазы рестрикции подобрали с помощью электронной базы данных www.ncbi.nlm.nih.gov/snp/ и компьютерной программы DNAStar (табл. 1). Фрагменты ДНК разделяли электрофоретически в 7%-ном полиакриламидном или 2%-ном агарозном гелях.

Таблица 1.  

Перечень генов, последовательности праймеров и номенклатура аллелей анализируемых ДНК-маркеров

Ген (OMIM),
хромосомная
локализация 		Полиморфизм Праймеры,
рестриктаза 		Аллели
(размер фрагментов, пн)
JAK1
(147795)
1p31.3 		32454C>T
rs310216 		F 5'-cac tcc tgg gct ttc tta g-3'
R 5'-att gtt tat ttg gga gtt ttg-3'
(StyI) 		*C (250)
*T (123, 127)
JAK3
(600173)
19p13.11 		14385C>T
rs3212780 		F 5'-gat tgg gcc ggg gtc tcg-3'
R 5'-agg ctc tga aag tgc tct g-3'
(BshNI) 		*C (113, 31)
*T (144)
STAT1 (600555)
2q32.2 		14228A>C
rs12693591 		F 5'-gat gcc atg ctc tgc cct cta-3'
R 5'-tgc tgt ttt ccc tgc ctc tgg-3'
(RsaI) 		*A (232)
*C (152, 80)
STAT3
(102582)
17q21.2 		19006C>G
rs2293152 		F 5'-ggc ccc cat tcc cac atc-3'
R 5'-gga gct ccc ctt cac aaa-3'
(MspI) 		*C (119)
*G (86, 33)
STAT5A
(601511)
17q21.2 		1985T>C
rs9889323 		F 5'-cag ggc tgt gcc gtg tt-3'
R 5'-taa gga ctt ggg tag gaa taa-3'
(HhaI) 		*T (249)
*C (104, 145)

Статистический анализ полученных данных выполнен с использованием пакета программного обеспечения SPSS v. 21.0. Соответствие эмпирически полученного распределения частот генотипов теоретически ожидаемому оценено по уравнению Харди–Вайнберга с применением компьютерной программы Arlequn 3.0. Для определения изменений в частотах генотипов в различные возрастные периоды и построения модели зависимости частот генотипов от возраста был использован метод бинарного логистического регрессионного анализа. В качестве зависимой переменной был задан “возраст”, в качестве бинарного предиктора – “наличие или отсутствия генотипа”. Возрастные интервалы определялись с использованием ROC-анализа. Поправка на множественность сравнений осуществлялась с помощью FDR-коэффициента (WinPepi v. 11.39).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Впервые популяция этнических татар охарактеризована по распределению частот аллелей и генотипов полиморфных локусов генов JAK1 и JAK3 (табл. 2).

Таблица 2.  

Распределение частот генотипов и аллелей по полиморфным локусам генов JAK/STAT-сигнального пути в общей группе исследуемых лиц

Генотип/Аллель Частота (p ± sp, %) χ2 (р)
JAK1 (rs310216)
*C/*C 53.13 ± 1.24 2.283 (0.338)*
*C/*T 35.77 ± 1.19
*T/*T 11.1 ± 0.78
*C 71.01 ± 0.79
*T 28.99 ± 0.79
JAK3 (rs3212780)
*T/*T 7.43 ± 0.69 0 (0.988)
*T/*C 39.69 ± 1.3
*C/*C 52.88 ± 1.32
*T 27.28 ± 0.83
*C 72.72 ± 0.83
STAT1 (rs12693591)
*C/*C 70.42 ± 1.23 0.035 (0.983)
*C/*A 25.11 ± 1.16
*A/*A 4.47 ± 0.56
*C 82.97 ± 0.71
*A 17.03 ± 0.71
STAT3 (rs2293152)
*C/*C 8.79 ± 0.79 0.230 (0.856)
*C/*G 49.65 ± 1.39
*G/*G 41.56 ± 1.37
*C 33.62 ± 0.93
*G 66.38 ± 0.93
STAT5A (rs9889323)
*T/*T 61.76 ± 1.24 0.555 (0.897)
*T/*C 31.66 ± 1.19
*C/*C 6.58 ± 0.63
*T 77.59 ± 0.75
*C 22.41 ± 0.75

* Приведены результаты соответствия эмпирически наблюдаемого распределения частот генотипов теоретически ожидаемому в группе лиц зрелого возраста (разъяснения даны в тексте). Примечание. p – частота генотипа/аллеля, sp – ошибка частоты; χ2 (р) – критерий соответствия теоретически ожидаемому распределению частот генотипов по закону Харди–Вайнберга.

Частоты генотипов JAK1*C/*С, JAK1*C/*T и JAK1*Т/*T составили 53.1, 35.8 и 11.1%, аллелей JAK1*C и JAK1*T − 71.0 и 29.0% соответственно. Установлено отклонение эмпирически наблюдаемого распределения частот генотипов от теоретически ожидаемого в общей выборке исследуемых лиц (χ2 = 13.464, р = 0.001). Анализ данных с учетом возраста позволил обнаружить отклонение полученного в работе распределения частот генотипов от ожидаемого в группе пожилых лиц (χ2 = 7.808, р = 0.02), причем как в группе пожилых мужчин (χ2 = 5.855, р = 0.04), так и в группе пожилых женщин (χ2 = 7.042, р = 0.02). В группе лиц зрелого возраста прослеживается соответствие выявленного распределения частот генотипов равновесному распределению Харди–Вайнберга (χ2 = 2.283, р = 0.338) (табл. 2). При анализе распределений частот генотипов других полиморфных локусов, анализируемых в данной работе, соответствие равновесному распределению Харди–Вайнберга соблюдалось. В связи с этим отмеченные выше различия скорее всего обусловлены вероятным существованием генетических механизмов, приводящих к выживаемости лиц с определенным генотипом в более поздних возрастных когортах.

В группе лиц пожилого возраста, недифференцированных по половой принадлежности, с помощью логистического регрессионного анализа было обнаружено, что у носителей генотипа JAK1*C/*Т шансы достижения 80-летнего возраста повышены (69–80 лет, р = 0.031, рFDR = = 0.077, OR = 1.070, СI: 1.006–1.135), а у носителей генотипа JAK1*Т/*Т – понижены (58–82 года, р = = 0.014, рFDR = 0.065, OR = 0.958, СI: 0.927–0.991) (табл. 3). Основываясь на этих результатах, можно предположить, что полиморфный локус 32454C>T гена JAK1 ассоциирован с достижением возраста старости у мужчин и женщин. После введения поправки на множественность сравнений данная ассоциация сохраняется на уровне тенденции и близка по значению к показателю 0.05.

Таблица 3.  

Результаты анализа ассоциаций полиморфных локусов генов JAK/STAT-сигнального пути с возрастом методом логистической регрессии

Генотип Возрастной диапазон AUC p pFDR OR CIOR
Выборка, недифференцированная по полу
JAK1*C/*T 69–80 0.560 0.031 0.077 1.070 1.006 1.135
JAK1*T/*T 58–82 0.420 0.014 0.065 0.958 0.927 0.991
STAT5А*T/*T 46–109 0.431 <0.0001 <0.001 0.979 0.970 0.989
Мужчины
STAT3*С/*С 25–98 0.601 0.027 0.068 1.016 1.002 1.031
STAT3*G/*С 73–98 0.401 0.044 0.083 0.950 0.903 0.999
Женщины
JAK3*T/*C 48–81 0.557 0.046 0.077 1.024 1.000 1.048
STAT1*C/*A 61–88 0.561 0.041 0.077 1.035 1.001 1.069
STAT5А*T/*C 46–82 0.602 <0.0001 <0.001 1.044 1.021 1.068
STAT1*C/*C 55–109 0.440 0.013 0.065 0.980 0.965 0.996

Примечание. AUC – area under ROC curve (площадь под ROC-кривой), p – уровень значимости, pFDR – уровень значимости после введения поправки на множественность сравнений, OR – показатель соотношения шансов наступления события, CIOR – доверительный интервал OR.

Получены частоты генотипов JAK3*Т/*Т (7.4%), JAK3*Т/*С (39.7%), JAK3*С/*С (52.9%) и аллелей JAK3*Т (27.3%), JAK3*С (72.7%) в популяции татар. Наблюдаемое распределение частот генотипов соответствует теоретически ожидаемому равновесному распределению Харди–Вайнберга (χ2 = 0.005, р = 0.988). Между группами мужчин и женщин различий в распределении частот генотипов не выявлено (χ2 = 3.056, р = 0.217).

Согласно результатам логистического регрессионного анализа данных, среди женщин наблюдается тренд к нарастанию частоты генотипа JAK3*Т/*С в диапазоне 48–81 год (р = 0.046, рFDR = 0.077, OR = 1.024, CI: 1.0–1.048) (табл. 3). Можно предположить, что у женщин этот полиморфный локус ассоциирован с выживаемостью в пожилом и старческом возрасте, но не в возрасте после 80 лет.

Семейство янус-киназ (JAK) представлено четырьмя JAK-белками: JAK1, JAK2, JAK3 и TYK2 [9]. Функциональная роль этих белков заключается в передаче сигналов от интерферонов и цитокинов. Они играют существенную роль в регуляции процессов дифференциации, пролиферации и апоптоза. Отличительной чертой семейства янус-киназ среди всех тирозинкиназ млекопитающих является существование тандема двух доменов: киназного (JH1) и псевдокиназного (JH2). Мутации в домене JH2 могут приводить к ингибированию или повышению каталитической функции янус-киназ в зависимости от конкретного расположения возникшей мутации. Например, у больных с тяжелым комбинированным иммунодефицитом мутация была идентифицирована в домене JH2 JAK3. Другая, не менее важная функция псевдокиназного домена, – формирование мест связывания для STAT-белков.

Янус-киназа 3 специфична для некоторых тканей, в отличие от JAK1 и JAK2, которые представлены в организме более широко. Ген JAK3 конститутивно экспрессирован в натуральных киллерах и тимоцитах и индуцибельно − в Т-клетках, В-клетках и миелоидных клетках. JAK3 активируется цитокинами, рецепторы к которым имеют гамма-субъединицу (γc): IL-2, IL-4, IL-7, IL-9, IL-15 и IL-21. Помимо STAT-белков (STAT5A и STAT5B) JAK3 фосфорилирует ключевую сигнальную молекулу для субстрат-1-инсулинового рецептора (insulin-receptor substrate-1, IRS-1), IRS-2, а также молекулы PI3K (phosphatidylinositide 3-kinases) и Akt (рrotein кinase B). IRS-1 отвечает за реакцию организма в ответ на поступление инсулина в кровь, активируется инсулином, в результате чего запускаются внутриклеточные процессы усвоения глюкозы. PI3K взаимодействуют с IRS, а Akt необходима для того, чтобы индуцировать транспорт глюкозы и является важной сигнальной молекулой в инсулин-зависимом сигнальном пути. Следует отметить, что PI3K играет роль в клеточном росте, пролиферации, дифференциации, подвижности и выживаемости клеток, Akt – в метаболизме глюкозы, апоптозе, пролиферации и миграции клеток. PI3K и Akt активируют mTOR, запуская тем самым внутриклеточный PI3K/AKT/mTOR-сигнальный путь, важный в апоптозе. Кроме того, JAK3 является потенциальным модулятором CD40 (TNFRSF5)-сигналинга.

Ген JAK3 (JAK3, 23 292 пн, 23 экзона) локализован в хромосоме 19 (19р13.11). В промоторной области гена JAK3 есть сайты для связывания транскрипционных факторов STAT5B, Sp1, AP-1, ATF-2, MyoD. Согласно сведениям базы данных GeneCards, популяции народов мира характеризуются разнообразным спектром полиморфных локусов гена JAK3 (http://www.genecards.org/cgi-bin/carddisp.pl?gene=JAK1&search=JAK1). В то же время исследований, посвященных поиску ассоциаций аллельного состояния гена JAK3 с заболеваниями, в том числе многофакторными и возраст-зависимыми, проводилось не много. Так, увеличение риска появления новых случаев сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ) у пациентов, находящихся на диализе, ассоциировано с полиморфными вариантами rs3212780, rs3213409 и rs3212752 гена JAK3 [10]. В то же время в другом исследовании ассоциации этих полиморфных локусов гена JAK3 с ССЗ у испанцев, больных ревматоидным артритом, найдены не были [11]. Также не обнаружена ассоциация с нуклеотидными заменами в промоторной части гена JAK3 с раком легких у корейцев [12]. Итак, поскольку JAK3 вовлечен в процесс воспаления, полиморфные локусы гена JAK3 рассматривают как возможные маркеры сердечно-сосудистых и аутоиммунных заболеваний. Соответственно, JAK3 интересен как потенциальный объект при воздействии иммуномодулирующих препаратов [11].

Ген янус-киназы экспрессируется в различных тканях и активируется множеством цитокинов (IL-2, IL-4, IL-7, IL-9, IL-15, IL-21, IL-6, интерферонами и др.). JAK1 взаимодействует с гамма-субъединицей (γc) рецепторов цитокинов, что необходимо для проведения сигналов через рецепторы семейства интерлейкина 2 (IL-2R, IL-7R, IL-9R, IL-15R), интерлейкина 4 (IL-4R, IL-13R), семейства gp130 (IL-6R, IL-11R, LIF-R, OSM-R, CT-1R, CNTF-R), а также через рецепторы нейротрофина 1, лептина. Янус-киназа является ключевым участником сигнального пути интерферонов и членов семейства интерлейкина 10.

Ген JAK1 локализован в хромосоме 1 (1p31.3, 133.282 тпн, 25 экзонов). В промоторной области гена находятся сайты узнавания для ТФ POU2F2 (Oct-2.1), Oct-B1, oct-B3, oct-B2, POU2F2, POU2F2C, POU2F1, POU2F1a, ZID, POU2F2B. В популяциях разных народов мира выявлены полиморфные локусы гена JAK1 (http://www.genecards.org/cgi-bin/carddisp.pl?gene=JAK1&search =JAK1). Функциональные особенности аллельных вариантов гена JAK1 и их роль в формировании предрасположенности к заболеваниям, в ограничении продолжительности жизни изучены достаточно скудно. Так, соматические мутации в гене JAK1 выявлены у больных с онкологическими заболеваниями (острая лимфобластическая лейкемия, острая миелоидная лейкемия, гепатоклеточная карцинома, рак молочной железы, рак легкого) [13]. Обнаружены ассоциации полиморфного локуса rs2780895 гена JAK1 с бронхиальной астмой, локусов rs4244165 и rs17127024 – с последствиями инфекции вирусом гепатита В, локусов rs11208534, rs2780831, rs310196 – с геморрагической лихорадкой [14–16]. Для полиморфного локуса rs310216 была установлена ассоциация с хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ) [17]. В популяционно-генетическом аспекте полиморфизм гена JAK1 практически не исследован.

В соответствии с полученными нами результатами можно предположить наличие отбора по выживаемости в пределах границы пожилого–старческого возрастных периодов по полиморфным маркерам rs310216 гена JAK1 и rs3212780 гена JAK3. Для достижения старческого возраста в этнической группе татар положительным эффектом обладают генотипы JAK3*Т/*С (только среди женщин) и JAK1*C/*T; генотип JAK1*Т/*T позиционируется “генотип риска”, т.е. вероятность его обнаружения у лиц старческого возраста снижена.

В проведенном нами исследовании также впервые охарактеризовано распределение частот генотипов и аллелей полиморфных локусов генов STAT1, STAT3 и STAT5A в популяции татар (табл. 2).

Частоты генотипов STAT1*С/*C, STAT1*С/*А и STAT1*А/*А составили соответственно 70.4, 25.1 и 4.5%, аллелей STAT1*C и STAT1*A – 83.0 и 17.0%. Эмпирическое распределение частот генотипов соответствует равновесному распределению Харди–Вайнберга (χ2 = 0.035, p = 0.983). Распределения частот генотипов и аллелей в выборках мужчин и женщин схожи (χ2 = 1.8099, р = 0.725).

Логистический регрессионный анализ (табл. 3) позволил выявить ассоциацию с возрастом генотипа STAT1*С/*А (р = 0.041, рFDR = 0.077, OR = = 1.035, CI: 1.001–1.069) в диапазоне 61–88 лет и генотипа STAT1*C/*C (р = 0.013, рFDR = 0.065, OR = 0.980, CI: 0.965–0.996) в диапазоне 55–109 лет в выборке женщин. Введение поправки на множественность сравнений сместило уровень значимости p в пределы от 0.05 до 0.1. Опираясь на представленные результаты, можно предположить, что у женщин, носительниц генотипа STAT1*С/*А, повышены шансы дожития до весьма преклонного возраста (88 лет), а у носительниц генотипа STAT1*C/*C понижены шансы дожития до возраста долгожительства.

В общей выборке частоты генотипов STAT3*С/*С, STAT3*G/*C и STAT3*G/*G составили 8.8, 49.6 и 41.6%, частоты аллелей STAT3*С и STAT3*G − 33.6 и 66.4%. Наблюдаемое распределение частот генотипов соответствует теоретически ожидаемому равновесному распределению Харди–Вайнберга (χ2 = 0.230, р = 0.856). По распределению частот генотипов между группами мужчин и женщин прослеживаются различия на уровне тенденции (χ2 = 5.455, p = 0.065).

С помощью логистического регрессионного анализа выявлена ассоциация с возрастом генотипа STAT3*С/*С в диапазоне 25–98 лет (р = = 0.027, рFDR = 0.069, OR = 1.016, CI: 1.002–1.031), а также генотипа STAT3*G/*С в диапазоне 73–98 лет (р = 0.044, рFDR = 0.083, OR = 0.950, CI: 0.903–0.999) у мужчин (табл. 3). Очевидно, что при введении поправки на множественность сравнений уровень значимости p находится в пределах 0.05. Таким образом, можно полагать, что у мужчин с генотипом STAT3*С/*С шансы достичь преклонного возраста сравнительно выше, чем у носителей других генотипов. Более того, у носителей генотипа STAT3*G/*С, достигших старческого возраста, понижены шансы прожить более длинную жизнь.

В популяции татар генотипы STAT5A*T/*T, STAT5A*T/*С, STAT5A*С/*С обнаруживаются в 61.8, 31.6 и 6.6%, а аллели STAT5A*T и STAT5A*С – в 77.6 и 22.4% случаев соответственно (табл. 2). Наблюдаемое распределение частот генотипов соответствует теоретически ожидаемому равновесному распределению Харди–Вайнберга (χ2 = = 0.555, р = 0.897). Статистически значимых различий по частотам генотипов и аллелей между группами мужчин и женщин не выявлено (χ2 = = 1.409, р = 0.777).

Анализ материалов исследования с помощью методов построения ROC-кривой и логистической регрессии позволил обозначить возрастные диапазоны, в пределах которых прослеживалось изменение частоты генотипов в зависимости от возраста (табл. 3). В общей группе мужчин и женщин вероятность обнаружения генотипа STAT5А*T/*T снижается в возрастном диапазоне от 46 до 109 лет (р < < 0.0001, рFDR < 0.001, OR = 0.979, CI: 0.970–0.989). Выявлена ассоциация с возрастом частоты генотипа STAT5А*T/*С в группе женщин на протяжении 46–82 лет (р < 0.0001, рFDR < 0.001, OR = 1.044, CI: 1.021–1.068) (табл. 3). Опираясь на полученные результаты, можно полагать, что шансы дожития до возраста долголетия понижены у носителей генотипа STAT5А*T/*T как у мужчин, так и у женщин; генотип STAT5А*T/*С ассоциирован с успешным достижением старческого возраста среди женщин.

Гены STAT1, STAT3 и STAT5А кодируют сигнальные белки, относящиеся к семейству трансдукторов и активаторов транскрипции (Signal Transducer and Activator of Transcription – STAT).

STAT1 – транскрипционный фактор, опосредующий конститутивную транскрипцию многих генов [18]. Поэтому STAT1 играет важную роль в сигнальной трансдукции значительного числа различных лигандов, в том числе интерферонов первого (IFNA и IFNB) и второго (IFNG) типов, цитокинов IL-6, IL-22, TNF, IL-10, MAP-киназ, пептидных гормонов, липополисахаридов. Также он вовлечен в сигналинг апоптоза в ответ на повреждение ДНК. Под воздействием интерферонов STAT1 оказывает влияние на экспрессию рецепторов клеточной гибели (FAS/FASL, TRAIL/TRAIL/R, DR5), индуцибельной синтазы оксида азота. Мишенями STAT1 являются “апоптотические” и “антиапоптотические” гены, в частности ген BCL2, ген ингибитора циклинзависимой киназы p21waf1. STAT1 может модулировать активность белка р53. В TNFR1-пути сигнальной трансдукции STAT1 опосредует блокирование активации NF-κB [19]. Как ТФ, вовлеченный в JAK/STAT и другие пути сигнальной трансдукции, STAT1 принимает участие во многих биологических процессах: индукции апоптоза, некроза, аутофагии, пролиферации клеток, ангиогенезе, миграции эндотелиальных клеток, в ответной реакции организма на вирусную инфекцию и микобактерии. Полагают, что STAT1 функционирует и как опухолевый супрессор; нарушение функций STAT1 может приводить к канцерогенезу [20].

Ген STAT1 локализован в хромосоме 2 (2q32.2, 56 603 пн, 25 экзонов). В промоторной области гена STAT1 есть сайты связывания транскрипционных факторов STAT5B, Max1, AP-1, IRF-1, S8, COMP1, FOXO1a, RSRFC4, c-Myc. Экспрессия гена STAT1 наблюдается в тканях взрослого организма, а также в эмбриональных и стволовых клетках. Полиморфные локусы rs867637, rs3771300, rs2280235 этого гена ассоциированы с повышенным риском развития гепатоклеточной карциномы [21]. Также выявлены ассоциации полиморфного локуса rs3771300 гена STAT1 с атопической сенсибилизацией [22] и агрессивным перидонтитом [23], что хотя и не указывает на связь с возраст-ассоциированными заболеваниями, но говорит о косвенном влиянии полиморфного состояния гена STAT1 на процессы, закладывающие базу для развития патологических состояний, закономерно приводящих к ограничению ПЖ. Для полиморфного маркера rs12693591 гена STAT1 была показана ассоциация с параметрами внешнего дыхания при ХОБЛ [17].

В связи с изложенным выше можно полагать, что полиморфный локус rs12693591 гена STAT1 может вносить вклад в выживаемость человека при старении. В пользу этой точки зрения и свидетельствуют полученные нами результаты относительно ассоциации полиморфного локуса 14228A>C гена STAT1 с возрастом у женщин в популяции татар.

STAT3 является основным сигнальным трансдуктором gp130-подобных рецепторов. Он активируется через фосфорилирование цитокинами семейства IL-6, такими как IL-6, IL-11, LIF, CNTF, онкостатином М, кардиотропином I, а также членами семейства IL-10, EGF, PDGF, HGF, G-CSF, лептином. STAT3 может образовывать гомо- или гетеродимеры со STAT1. Этот ТФ вовлечен в сигнальные пути цитокинов и хемокинов, фактора роста нервов, лептина, Notch-сигналинг, сигнальный путь дифференциации Th17.

Поскольку STAT3 в ответ на различные клеточные стимулы опосредует экспрессию большого числа генов, он играет значительную роль во многих клеточных процессах (клеточный рост, дифференциация клеток радиальной глии и астроцитов, рецепторов глаза, апоптоз, терморегуляция, гомеостаз глюкозы, пищевое поведение, ответ на гормоны, лекарственные средства, этанол, острофазный ответ, взаимодействие организма с вирусами). Экспрессия STAT3 определяет судьбу эмбриональных стволовых клеток. STAT3 регулирует баланс глюкозы в организме с помощью ингибирования активности генов, ответственных за синтез глюкозы печенью [24]. Возрастание активности STAT3 наблюдается при онкологических заболеваниях (например, глиобластоме, раке простаты), заболеваниях воспалительного характера (например, при болезни Крона, фиброзе легкого, остром поражении легкого). Также STAT3 вносит вклад в патогенез астмы, псориаза, ССЗ, воспалительной болезни кишечника [25–29].

Ген STAT3 (STAT3, 75172 пн, 24 экзона) локализован в хромосоме 17 (17q21.2), где фланкируется генами STAT5А и PTRF. В результате альтернативного сплайсинга транскрибируются две изоформы STAT3 (770 аминокислотных остатка, 93 кДа и 715 аминокислотных остатка, 84 кДа).

В результате мутаций в гене STAT3 организм не может вырабатывать IL-21, необходимый для развития клеток Tfh (T-follicular helper). В эксперименте, проведенном на мышах, было показано, что мутации в гене STAT3 ведут к ожирению. Выявлены ассоциации полиморфных локусов rs744166, rs12948909, rs744166 гена STAT3 с болезнью Крона [30, 31]. Метаанализ исследований, посвященных поиску snp-маркеров риска возникновения рака по гену STAT3, показал ассоциацию с полиморфными вариантами rs12949918 и rs744166 [32]. Установлена ассоциация полиморфного локуса rs2293152 гена STAT3 с рядом аутоиммунных заболеваний [33].

Ген STAT3 расценивают как ген-кандидат старения и долголетия [34]. Более того, в исследовании [35] ген STAT3 ставится в ряд с таким общепризнанным геном долголетия, как SIRT1. Авторы предполагают, что STAT3 играет важную роль в метаболическом гомеостазе (например, отвечает за развитие сахарного диабета) и контролирует продолжительность жизни (ПЖ) организма. Полиморфный локус rs4796791 гена STAT3 был включен в исследование 59 генов-кандидатов долголетия человека, для гомологов которых показано изменение уровня экспрессии при ограничении калорийности питания у мышей [36]; он показал ассоциацию с долголетием у американцев японского происхождения [37].

Принимая во внимание полученные нами результаты, можно полагать, что полиморфный локус rs2293152 гена STAT3 вносит вклад в вариабельность ПЖ мужчин, особенно в старческом возрасте и возрасте долголетия.

Согласно сведениям базы данных GeneCards, более 1000 генов являются мишенями для STAT5А (http://www.genecards.org/cgi-bin/carddisp.pl?gene= STAT5A&search=STAT5A). Этот ТФ регулирует экспрессию генов с GAS-мотивом [38]. В качестве ТФ STAT5А принимает участие в ответной реакции клетки на воздействие таких сигнальных молекул, как IL-2, IL-3, IL-7, GM-CSF, эритропоэтин, тромбопоэтин, различные гормоны роста (соматотропин, пролактин). Также STAT5А вовлечен в сигнальные пути тиреоидной пероксидазы, эритропоэтина, гормона роста, фактора роста из тромбоцитов, http://www.genenames.org/data/hgnc_data.php?hgnc_id=8799растворимой формы рецептора IL-22, IL-2, IL-3, IL-7, IL-10, регуляции пролиферации пероксисом через PPARa. Благодаря этому STAT5A принимает участие в разворачивании многих биологических процессов. В адипоцитах STAT5A взаимодействует с глюкокортикоидными рецепторами и играет, тем самым, важную роль в экспрессии генов адипоцитов. Накапливается все больше данных о том, что активация STAT5 может вносить вклад в развитие лейкемий и сóлидных опухолей [39, 40]. Результаты экспериментов на модельных объектах показали, что мыши с неактивными STAT5A- и STAT5B-белками имеют многочисленные нарушения и ограниченную ПЖ. Фенотип этих мышей подобен таковому у мышей с нокаутом гена рецептора гормона роста. Их размеры на 20–40% меньше, чем у контрольных животных, а уровень инсулиноподобного фактора роста-1 (IGF1) понижен [41].

Ген STAT5А (STAT5А, 20 экзонов, 24 397 пн) локализован в хромосоме 17 (17q11.2). Полиморфизм этого гена в популяциях народов мира остается мало изученным. Среди китайцев проведены исследования ассоциации полиморфных вариантов гена STAT5 с некоторыми заболеваниями: полиморфные локусы rs2293157 и rs2272087 оказались значимыми, соответственно, для развития онкологии (лейкемии, глиобластоме) и астмы [42–44].

Согласно результатам проведенного нами исследования, полиморфный локус rs9889323 гена STAT5А может вносить вклад в вариабельность ПЖ мужчин и женщин, “повышая” или “понижая” шансы выживания в пожилом и старческом возрасте.

Таким образом, установлена ассоциация полиморфных маркеров генов JAK/STAT-сигнального пути (JAK1, JAK3, STAT1, STAT3 и STAT5A) со старением и долголетием в этнически однородной группе (татары, проживающие на территории Республики Башкортостан). Можно предположить, что у татар полиморфный локус rs310216 гена JAK1 вносит вклад в выживаемость в старческом возрасте у мужчин и женщин; полиморфные локусы генов JAK3 (rs3212780), STAT1 (rs12693591) и STAT5A (rs9889323) значимы для выживаемости женщин старческого возраста. С ограничением ПЖ после достижения старческого возраста ассоциирован полиморфный вариант rs9889323 гена STAT5A у мужчин и женщин и полиморфный вариант rs12693591 гена STAT1 у женщин; полиморфный локус rs2293152 гена STAT3 оказался значим для достижения долголетия среди мужчин.

Статья подготовлена по результатам исследований, проводимых в рамках Госзадания (№ госрегистрации АААА-А16-116020350032-1) и при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 17-44-020735_р_поволжье_а).

Исследование выполнено с использованием оборудования ЦКП “Биомика” (Отделение биохимических методов исследований и нанобиотехнологии РЦКП “Агидель”) и УНУ “КОДИНК”.

Список литературы

  1. Meyer S.C., Levine R.L. Molecular pathways: Molecular basis for sensitivity and resistance to JAK kinase inhibitors // Clin. Cancer Res. 2014. V. 20. № 8. P. 2051–2059. https://doi.org/10.1158/1078-0432.CCR-13-0279

  2. Yu H., Pardoll D., Jove R. STATs in cancer inflammation and immunity: a leading role for STAT3 // Nat. Rev. Cancer. 2009. V. 9. № 11. P. 798–809. https://doi.org/10.1038/nrc2734

  3. Митюшова Е.В., Аксенов Н.Д., Марахова И.И. Роль STAT5 в пролиферации культур клеток хронической лейкемии К562: анализ ингибирующего действия WHI–P131 // Цитология. 2010. Т. 52. № 2. С. 184–190.

  4. El-Adawi H., Deng L., Tramontano A. et al. The functional role of the JAK-STAT pathway in post-infarction remodeling // Cardiovascular Res. 2003. V. 57. P. 129–138.

  5. Mascareno E., Siddiqui M.A. The role of Jak/STAT signaling in heart tissue renin–angiotensin system // Mol. Cell Biochem. 2000. V. 212. P. 171–175.

  6. Hiltunen M.O., Tuomisto T.T., Niemi M. et al. Changes in gene expression in atherosclerotic plaques analyzed using DNA array // Atherosclerosis. 2002. V. 165. P. 23–32. https://doi.org/10.1016/S0021-9150(02)00187-9

  7. Хрисанфова Е.Н. Основы геронтологии (Антропологические аспекты). М.: Владос, 1999. 151 с.

  8. Mathew C.C. The isolation of high molecular weight eucariotic DNA // Methods in Molecular Biology / Ed. Walker J.M. N.Y.: Haman Press, 1984. P. 31–34.

  9. Xu M., Tchkonia T., Kirkland J.L. Perspective: Targeting the JAK/STAT pathway to fight age-related dysfunction // Pharmacol. Res. 2016. V. 111. P. 152–154.

  10. Sperati C.J., Parekh R.S., Berthier-Schaad Y. et al. Association of single-nucleotide polymorphisms in JAK3, STAT4, and STAT6 with new cardiovascular events in incident dialysis patients // Amer. J. Kidney Dis. 2009. V. 53. № 5. P. 845–855.

  11. García-Bermúdez M., López-Mejías R., Genre F. et al. Lack of association between JAK3 gene polymorphisms and cardiovascular disease in Spanish patients with rheumatoid arthritis // BioMed Res. Internat. 2015. V. 2015. 11 p.

  12. Yoo W., Jung H.Y., Lim S. et al. An association study of polymorphisms in JAK3 gene with lung cancer in the Korean population // Cancer Res. Treatment: Official J. Korean Cancer Assoc. 2011. V. 43. № 2. P. 108.

  13. Chen Y., Lan Q., Zheng T. et al. Polymorphisms in JAK/STAT signaling pathway genes and risk of non-Hodgkin lymphoma // Leukemia Res. 2013. V. 37. № 9. P. 1120–1124.

  14. Hsieh Y.Y., Chang C.C., Hsu C.M. et al. JAK-1 rs2780895 C-related genotype and allele but not JAK-1 rs10789166, rs4916008, rs2780885, rs17127114, and rs3806277 are associated with higher susceptibility to asthma // Genet. Testing Mol. Biomark. 2011. V. 15. № 12. P. 841–847. https://doi.org/10.1089/gtmb.2011.0002

  15. Chen K., Min H., Wu X. et al. JAK1 gene polymorphisms are associated with the outcomes of hepatitis B virus infection, but not with α interferon therapy response in a Han Chinese population // Genet. Testing Mol. Biomark. 2012. V. 16. №. 10 P. 1206–1210. https://doi.org/10.1089/gtmb.2012.0141

  16. Silva L.K., Blanton R.E., Parrado A.R. et al. Dengue hemorrhagic fever is associated with polymorphisms in JAK1 // Europ. J. Human Genet. 2010. V. 18. № 11. P. 1221. https://doi.org/10.1038/ejhg.2010.98

  17. Korytina G.F., Akhmadishina L.Z., Kochetova O.V. et al. Inflammatory and immune response genes polymorphisms are associated with susceptibility to chronic obstructive pulmonary disease in tatars population from Russia // Biochem. Genet. 2016. V. 54. № 4. P. 388–412.

  18. Chatterjee-Kishore M., Wright K.L., Ting J.P.Y. et al. How Stat1 mediates constitutive gene expression: A complex of un phosphorylated Stat1 and IRF1 supports transcription of the LMP2 gene // EMBO J. 2000. V. 19. P. 4111–4122. https://doi.org/10.1093/emboj/19.15.4111

  19. Wang Y., Wu T.R., Cai S. et al. STAT1 as a component of tumor necrosis factor alpha receptor 1-TRADD signaling complex to inhibit NF-kB activation // Mol. Cell. Biol. 2000. V. 20. P. 4505–4512.

  20. Bournazou E., Bromberg J. Targeting the tumor microenvironment: JAK-STAT3 signaling // Jak-Stat. 2013. V. 2. № 2. P. e23828.

  21. Zhu Z.Z., Di J.Z., Gu W.Y. et al. Association of genetic polymorphisms in STAT1 gene with increased risk of hepatocellular carcinoma // Oncology. 2010. V. 78. № 5–6. P. 382–388.

  22. Pinto L.A., Steudemann L., Depner M. et al. STAT1 gene variations, IgE regulation and atopy // Allergy. 2007. V. 62. P. 1456–1461. https://doi.org/10.1111/j.1398-9995.2007.01479.x

  23. Saraiva A.M., Silva J.D.F.C., e Silva M.R.M.A. et al. Transcription factor STAT1 gene polymorphism is associated with the development of severe forms of periodontal disease // Inflammat. Res. 2013. V. 62. № 6. P. 551–554.

  24. Jamshidi Y., Kyriakou T., Gooljar S.B. et al. Common STAT3 variants are not associated with obesity or insulin resistance in female twins // Obesity (Silver Spring). 2007. V. 15. P. 1634–1639.

  25. Sherry M.M., Reeves A., Wu J.K., Cochran B.H. STAT3 is required for proliferation and maintenance of multipotency in glioblastoma stem cells // Stem Cells. 2009. V. 27. № 10. P. 2383–2392.

  26. Anderson C.A., Massey D.C., Barrett J.C. et al. Investigation of Crohn’s disease risk loci in ulcerative colitis further defines their molecular relationship // Gastroenterology. 2009. V. 136. P. 523–539.

  27. Karantanos T., Evans C.P., Tombal B. et al. Understanding the mechanisms of androgen deprivation resistance in prostate cancer at the molecular level // Europ. Urol. 2015. V. 67. № 3. P. 470–479.

  28. Bollrath J., Greten F.R. IKK/NF-kappaB and STAT3 pathways: central signalling hubs in inflammation-mediated tumour promotion and metastasis // EMBO Rep. 2009. V. 10. P. 1314–1319.

  29. Fletcher S., Drewry J.A., Shahani V.M. et al. Molecular disruption of oncogenic signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) protein // Biochem. Cell Biol. 2009. V. 87. P. 825–833.

  30. Zhang J., Wu J., Peng X. et al. Associations between STAT3 rs744166 polymorphisms and susceptibility to ulcerative colitis and Crohn’s disease: a meta-analysis // PLoS One. 2014. V. 9. № 10. P. e109625.

  31. Barrett J.C., Hansoul S., Nicolae D.L. et al Genome-wide association defines more than 30 distinct susceptibility loci for Crohn’s disease // Nat. Genet. 2008. V. 40. P. 955–962.

  32. Yan R., Lin F., Hu C., Tong S. Association between STAT3 polymorphisms and cancer risk: A meta-analysis // Mol. Genet. Genom. 2015. V. 290. № 6. P. 2261–2270. https://doi.org/10.1007/s00438-015-1074-y

  33. Xiao L., Muhali F.S., Cai T.T. et al. Association of single-nucleotide polymorphisms in the STAT3 gene with autoimmune thyroid disease in Chinese individuals // Function. Integrat. Genom. 2013. V. 13. № 4. P. 455–461.

  34. Walston J.D., Matteini A.M., Nievergelt C. et al. Inflammation and stress-related candidate genes, plasma interleukin-6 levels, and longevity in older adults // Exptl Gerontol. 2009. V. 44. P. 350–355. https://doi.org/10.1016/j.exger.2009.02.004

  35. Nie Y., Erion D.M., Yuan Z. et al. STAT3 inhibition of gluconeogenesis is downregulated by SirT1 // Nature Cell Biol. 2009. V. 11. № 4. P. 492.

  36. Estep III P.W., Warner J.B., Bulyk M.L. Short-term calorie restriction in male mice feminizes gene expression and alters key regulators of conserved aging regulatory pathways // PLoS One. 2009. V. 4. № 4. P. e5242. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0005242

  37. Donlon T.A., Morris B.J., Chen R. et al. Analysis of polymorphisms in 58 potential candidate genes for association with human longevity // J. Gerontol. Ser. A. 2017. P. glx247 (P. 1–7).

  38. Basham B., Sathe M., Grein J. et al. In vivo identification of novel STAT5 target genes // Nucl. Acids Res. 2008. V. 36. P. 3802–3818.

  39. Buchert M., Burns C.J., Ernst M. Targeting JAK kinase in solid tumors: Emerging opportunities and challenges // Oncogene. 2016. V. 35. № 8. P. 939. https://doi.org/10.1038/ onc.2015.150

  40. Wingelhofer B., Maurer B., Heyes E.C. et al. Pharmacologic inhibition of STAT5 in acute myeloid leukemia // Leukemia. 2018. P. 1. https://doi.org/10.1038/s41375-017-0005-9

  41. Teglund S., McKay C., Schuetz E. et al. Stat5a and Stat5b proteins have essential and nonessential, or redundant, roles in cytokine responses // Cell. 1998. V. 93. P. 841–850.

  42. Zhong Y., Wu J., Chen B. et al. Investigation and analysis of single nucleotide polymorphisms in Janus kinase/signal transducer and activator of transcription genes with leukemia // Leukemia & Lymphoma. 2012. V. 53. № 6. P. 1216–1221. https://doi.org/10.3109/10428194.2011.645212

  43. Liu Y.L., Liu P.F., Liu H.E. et al. Association between STAT5 polymorphisms and glioblastoma risk in Han Chinese population // Pathol. Res. and Practice. 2014. V. 210. № 9. P. 582–585. https://doi.org/10.1016/j.prp.2014.04.019

  44. Do J., Feng Q.Z., Zuo Y. et al. Study on the correlation between the rs2272087 and rs6503694 polymorphism of signal transducer and activators of transcription 5 gene and asthma // J. Xinxiang Med. College. 2011. V. 6. P. 010.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Генетика

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал