Генетика, 2020, T. 56, № 12, стр. 1435-1443

Исследование ассоциаций полиморфных маркеров генов SOD1, SOD2 и SOD3 с долголетием

В. В. Эрдман 1*, Т. Р. Насибуллин 1, И. А. Туктарова 1, Я. Р. Тимашева 1, К. В. Данилко 2, Т. В. Викторова 2, О. Е. Мустафина 1

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

2 Башкирский государственный медицинский университет
450008 Уфа, Россия

* E-mail: danivera@mail.ru

Поступила в редакцию 30.01.2020
После доработки 14.04.2020
Принята к публикации 15.04.2020

Аннотация

Впервые проведено исследование генетических факторов долголетия в распространенных этнических группах 2511 жителей Республики Башкортостан – русских, башкир и татар. Изучены полиморфные маркеры генов ферментов антиоксидантной защиты SOD1 (rs2070424), SOD2 (rs4880) и SOD3 (rs1799895). Выявлен этноспецифический характер распределения частот генотипов между группами башкир и русских (rs2070424 гена SOD1, Р = 0.003), а также между татарами и группами русских и башкир (rs4880 гена SOD2, Р < 0.001 и 0.035 соответственно). Обнаружены ассоциации полиморфных маркеров генов SOD с возрастом. Среди русских шансы достижения возраста долголетия выше у носителей генотипа SOD1*А/А (OR = 1.025, Р = 0.001) и ниже у носителей генотипов SOD1*А/G (OR = 0.975, Р = 0.001) и SOD2*А/А (OR = 0.985, Р = 0.002). У татар, мужчин в возрасте от 22 до 89 лет, снижается вероятность встречаемости генотипов SOD2*A/A (OR = 0.989, Р = 0.029) и SOD2*V/V (OR = 0.985, Р < 0.001) и повышается вероятность встречаемости генотипа SOD2*A/V (OR = 1.023, Р < 0.001). Анализ сочетаний генотипов и/или аллелей исследуемых полиморфных локусов выявил 12 паттернов, ассоциированных с долголетием в этнической группе татар. Аллели SOD1*А и SOD3*С присутствуют в большинстве комбинаций. Полиморфный маркер rs4880*SOD2 оказался определяющим для достижения долголетия: комбинации, включающие генотип SOD2*V/V, ассоциированы с низкими (OR ≤ 0.45, PFDR ≤ 0.0003), а сочетания с генотипом SOD2*A/V – с высокими шансами достижения долголетия (OR ≥ 2.92, PFDR ≤ 1.24 × 10–6).

Ключевые слова: долголетие, популяция, адаптация, гены супероксиддисмутаз, антиоксидантная защита, полиморфный маркер, анализ ассоциаций.

DOI: 10.31857/S0016675820120061

Список литературы

  1. Ильницкий А.Н., Прощаев К.И., Матейовска-Кубешова Х. и др. Возрастная жизнеспособность в геронтологии и гериатрии (обзор) // Науч. результаты биомед. исследований. 2019. Т. 5. № 4. С. 102–116. https://doi.org/10.18413/2658-6533-2019-5-4-0-8

  2. Волыхина В.Е., Шафрановская Е.В. Супероксиддисмутазы: структура и свойства // Вестник Витебского гос. мед. ун-та. 2009. Т. 8. № 4. С. 1–18.

  3. Новиков В.Е., Левченкова О.С., Пожилова Е.В. Роль активных форм кислорода в физиологии и патологии клетки и их фармакологическая регуляция // Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. 2014. Т. 12. № 4. С. 13–21.

  4. Orr W.C., Sohal R.S. Extension of life-span by overexpression of superoxide dismutase and catalase in Drosophila melanogaster // Science. 1994. V. 263. № 5150. P. 1128–1130. https://doi.org/10.1126/science.8108730

  5. Parkes T.L., Elia A.J., Dickinson D. et al. Extension of Drosophila lifespan by overexpression of human SOD1 in motorneurons // Nat. Genet. 1998. V. 19. № 2. P. 171–174.

  6. Lewandowski Ł., Kepinska M., Milnerowicz H. The copper-zinc superoxide dismutase activity in selected diseases // Eur. J. Clin. Investigation. 2019. V. 49. № 1. P. e13036. https://doi.org/10.1111/eci.13036

  7. 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.

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

  9. Favorov A.V., Andreewski T.V., Sudomoina M.A. et al. A Markov chain Monte Carlo technique for identification of combinations of allelic variants underlying complex diseases in humans // Genetics. 2005. V. 171. № 4. P. 2113–2121. https://doi.org/10.1534/genetics.105.048090

  10. Fabrizio P., Liou L.L., Moy V.N. et al. SOD2 functions downstream of Sch9 to extend longevity in yeast // Genetics. 2003. V. 163. № 1. P. 35–46.

  11. Hu D., Cao P., Thiels E. et al. Hippocampal long-term potentiation, memory, and longevity in mice that overexpress mitochondrial superoxide dismutase // Neurobiol. Learning and Memory. 2007. V. 87. № 3. P. 372–384. https://doi.org/10.1016/j.nlm.2006.10.003

  12. Potukuchi A., Addepally U., Sindhu K., Manchala R. Increased total DNA damage and oxidative stress in brain are associated with decreased longevity in high sucrose diet fed WNIN/Gr-Ob obese rats // Nutritional Neurosci. 2018. V. 21. № 9. P. 648–656. https://doi.org/10.1080/1028415X.2017.1332509

  13. Lin C., Zhang X., Xiao J. et al. Effects on longevity extension and mechanism of action of carnosic acid in Caenorhabditis elegans // Food & Function. 2019. V. 10. № 3. P. 1398–1410. https://doi.org/10.1039/C8FO02371A

  14. Otaki Y., Watanabe T., Nishiyama S. et al. The impact of superoxide Dismutase-1 genetic variation on cardiovascular and all-cause mortality in a prospective cohort study: the Yamagata (Takahata) study // PLoS One. 2016. V. 11. № 10. P. e0164732. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0164732

  15. Spisak K., Klimkowicz-Mrowiec A., Pera J. et al. rs2070424 of the SOD1 gene is associated with risk of Alzheimer’s disease // Neurologia i Neurochirurgia Polska. 2014. V. 48. № 5. P. 342–345. https://doi.org/10.1016/j.pjnns.2014.09.002

  16. El-Kheshen G., Moeini M., Saadat M. Susceptibility to ulcerative colitis and genetic polymorphisms of A251G SOD1 and C-262T CAT // J. Med. Biochemistry. 2016. V. 35. № 3. P. 333–336. https://doi.org/10.1515/jomb-2016-0002

  17. Haldar S.R., Chakrabarty A., Chowdhury S. et al. Oxidative stress-related genes in type 2 diabetes: association analysis and their clinical impact // Biochem. Genet. 2015. V. 53. № 4–6. P. 93–119. https://doi.org/10.1007/s10528-015-9675-z

  18. Hernández-Guerrero C., Hernández-Chávez P., Romo-Palafox I. et al. Genetic polymorphisms in SOD (rs2070424, rs7880) and CAT (rs7943316, rs1001179) enzymes are associated with increased body fat percentage and visceral fat in an obese population from Central Mexico // Archives Med. Research. 2016. V. 47. № 5. P. 331–339. https://doi.org/10.1016/j.arcmed.2016.08.007

  19. Kase B.A., Northrup H., Morrison A.C. et al. Association of copper-zinc superoxide dismutase (SOD1) and manganese superoxide dismutase (SOD2) genes with nonsyndromic myelomeningocele // Birth Defects Research Part A: Clin. and Mol. Teratology. 2012. V. 94. № 10. P. 762–769. https://doi.org/10.1002/bdra.23065

  20. Dato S., Sørensen M., Lagani V. et al. Contribution of genetic polymorphisms on functional status at very old age: a gene-based analysis of 38 genes (311 SNPs) in the oxidative stress pathway // Exp. Gerontol. 2014. V. 52. P. 23–29. https://doi.org/10.1016/j.exger.2014.01.014

  21. Gentschew L., Flachsbart F., Kleindorp R. et al. Polymorphisms in the superoxidase dismutase genes reveal no association with human longevity in Germans: a case-control association study // Biogerontology. 2013. V. 14. № 6. P. 719–727. https://doi.org/10.1007/s10522-013-9470-3

  22. Ebrahimpour S., Saadat I. Association of CAT C-262T and SOD1 A251G single nucleotide polymorphisms susceptible to gastric cancer // Mol. Biol. Research Communications. 2014. V. 3. № 4. P. 223–229.

  23. Колесникова Л., Баирова Т.А., Первушина О.А. Гены ферментов антиоксидантной системы // Вестник Рос. акад. мед. наук. 2013. Т. 68. № 12. С. 83–88

  24. Sutton A., Imbert A., Igoudjil A. et al. The manganese superoxide dismutase Ala16Val dimorphism modulates both mitochondrial import and mRNA stability // Pharmacogenetics and Genomics. 2005. V. 15. № 5. P. 311–319.

  25. Blein S., Berndt S., Joshi A.D. et al. Factors associated with oxidative stress and cancer risk in the Breast and Prostate Cancer Cohort Consortium // Free Radical Res. 2014. V. 48. № 3. P. 380–386. https://doi.org/10.3109/10715762.2013.875168

  26. Jones D.A., Prior S.L., Tang T.S. et al. Association between the rs4880 superoxide dismutase 2 (C>T) gene variant and coronary heart disease in diabetes mellitus // Diabetes Res. and Clin. Practice. 2010. V. 90. № 2. P. 196–201. https://doi.org/10.1016/j.diabres.2010.07.009

  27. Liu C., Fang J., Liu W. Superoxide dismutase coding of gene polymorphisms associated with susceptibility to Parkinson’s disease // J. Integrative Neurosci. 2019. V. 18. № 3. P. 299–303. https://doi.org/10.31083/j.jin.2019.03.127

  28. Tian C., Fang S., Du X., Jia C. Association of the C47T polymorphism in SOD2 with diabetes mellitus and diabetic microvascular complications: a meta-analysis // Diabetologia. 2011. V. 54. № 4. P. 803–811. https://doi.org/10.1007/s00125-010-2004-5

  29. Wiener H.W., Perry R.T., Chen Z. et al. A polymorphism in SOD2 is associated with development of Alzheimer’s disease // Genes Brain Behav. 2007. V. 6. № 8. P. 770–776. https://doi.org/10.1111/j.1601-183X.2007.00308.x

  30. Shimoda-Matsubayashi S., Matsumine H., Kobayashi T. et al. Structural dimorphism in the mitochondrial targeting sequence in the human manganese superoxide dismutase gene: a predictive evidence for conformational change to influence mitochondrial transport and a study of allelic association in Parkinson’s disease // Biochem. Biophys. Res. Commun. 1996. V. 226. № 2. P. 561–565. https://doi.org/10.1006/bbrc.1996.1394

  31. Salminen L.E., Schofield P.R., Pierce K.D. et al. Vulnerability of white matter tracts and cognition to the SOD2 polymorphism: A preliminary study of antioxidant defense genes in brain aging // Behavioural Brain Res. 2017. V. 329. P. 111–119. https://doi.org/10.1016/j.bbr.2017.04.041

  32. Andersen H.R., Jeune B., Nybo H. et al. Low activity of superoxide dismutase and high activity of glutathione reductase in erythrocytes from centenarians // Age and Ageing. 1998. V. 27. № 5. P. 643–648. https://doi.org/10.1093/ageing/27.5.643

  33. De Benedictis G., Carotenuto L., Carrieri G. et al. Gene/longevity association studies at four autosomal loci (REN, THO, PARP, SOD2) // Eur. J. Hum. Genet. 1998. V. 6. № 6. P. 534–541.

  34. Kaszubowska L., Foerster J., Kaczor J.J. et al. Expression of cellular protective proteins SIRT1, HSP70 and SOD2 correlates with age and is significantly higher in NK cells of the oldest seniors // Immunity & Ageing. 2017. V. 14. № 1. P. 3–16. https://doi.org/10.1186/s12979-017-0085-4

  35. Soerensen M., Christensen K., Stevnsner T., Christiansen L. The Mn-superoxide dismutase single nucleotide polymorphism rs4880 and the glutathione peroxidase 1 single nucleotide polymorphism rs1050450 are associated with aging and longevity in the oldest old // Mechanisms Ageing and Development. 2009. V. 130. № 5. P. 308–314. https://doi.org/10.1016/j.mad.2009.01.005

  36. Sandström J., Nilsson P., Karlsson K., Marklund S.L. 10-Fold increase in human plasma extracellular superoxide dismutase content caused by a mutation in heparin-binding domain // J. Biol. Chemistry. 1994. V. 269. № 29. P. 19163–19166.

  37. Kobylecki C.J., Afzal S., Nordestgaard B.G. Genetically low antioxidant protection and risk of cardiovascular disease and heart failure in diabetic subjects // EBioMedicine. 2015. V. 2. № 12. P. 2010–2015. https://doi.org/10.1016/j.ebiom.2015.11.026

  38. Kobylecki C.J., Afzal S., Nordestgaard B.G. Does SOD3 R213G homozygosity influence morbidity, mortality, and lung function in the general population? // Antioxidants and Redox Signaling. 2016. V. 24. № 15. P. 884–891.https://doi.org/10.1089/ars.2016.6629

Дополнительные материалы отсутствуют.