1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Генетика
  4. T. 56, № 12, 2020

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

Полный текст (PDF)

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.

Продолжительность жизни (ПЖ) человека, характер возрастных изменений организма имеют многофакторную природу, т.е. зависят от условий окружающей среды, индивидуальной генетической предрасположенности и особенностей их взаимодействия. Существует понятие успешного старения, при котором человек способен максимально адаптироваться к функциональным возрастным изменениям своего организма [1]. Ярким примером благополучия в отношении протекания онтогенеза и успешной адаптации является долгожительство – способность отдельных индивидов достигать продолжительности жизни, превосходящей средний популяционный показатель.

За адаптацию организма к факторам окружающей среды и соответственно изменяющемуся состоянию внутренней среды отвечает целый ряд эндогенных процессов, значимое место среди которых занимает система антиоксидантной защиты (АОЗ). Известно, что активные формы кислорода (АФК) играют важную роль в сложной системе регуляции многообразных функций клетки, протекающих в физиологических условиях и при воздействии на клетку патогенных факторов. Окислительный стресс рассматривается как один из патофизиологических механизмов, принимающих участие в развитии множества возраст-ассоциированных заболеваний – атеросклероза, нарушения мозгового кровообращения, ишемической болезни сердца (ИБС), сахарного диабета второго типа (СД2Т), онкологических и нейродегенеративных патологий и т.д. [2]. С другой стороны, АФК за счет своих реакционных способностей стимулируют иммунную систему, активируют ионный транспорт, запускают апоптоз, участвуя тем самым в регуляции основных функций клетки. Таким образом, АФК можно расценивать как индукторы адаптационного процесса [3]. Скорость и эффективность работы системы АОЗ в связи с этим может выступать одним из факторов, детерминирующих ПЖ и долголетие.

Важнейшими компонентами системы АОЗ являются супероксиддисмутазы (СОД, англ. SOD) – ферменты класса оксидоредуктаз, катализирующие окислительно-восстановительную реакцию, в ходе которой супероксид-анионы диспропорционируют в молекулярный кислород и пероксид водорода. В экспериментах с модельными объектами было показано, что повышенный уровень экспрессии генов ферментов АОЗ, в том числе и SOD, коррелирует с большей ПЖ [4, 5]. В генах SOD проводится поиск полиморфных маркеров возраст-ассоциированных патологий, при этом обнаруживаются ассоциации с заболеваниями, в развитии которых задействованы иммунные, воспалительные, апоптотические процессы [6]. Таким образом, полиморфные локусы, расположенные в генах SOD, могут рассматриваться как молекулярно-генетические предикторы возраст-зависимых патологий, ограничивающих ПЖ, либо как наследственные факторы долголетия.

Цель нашего исследования заключалась в анализе ассоциаций полиморфных маркеров генов SOD1, SOD2 и SOD3, кодирующих ферменты антиоксидантной защиты с долголетием в разных этнических группах жителей Республики Башкортостан.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Выборка включала 2511 человек в возрасте от 16 до 109 лет, жителей Республики Башкортостан (РБ), принадлежащих к этническим группам русских (n = 490), башкир (n = 492) и татар (n = 1529). Участники исследования были отнесены к определенному этносу в соответствии с анкетными данными, включающими сведения об этнической принадлежности предков в трех поколениях. Критерием отбора для формирования выборки выступило отсутствие в анамнезе у исследуемых лиц сердечно-сосудистых, нейродегенеративных и онкологических заболеваний. Анкетирование и забор биологического материала (8 мл крови из локтевой вены) проводили на основе письменного информированного согласия обследуемых лиц на участие в исследовании.

Образцы геномной ДНК были выделены из лимфоцитов периферической венозной крови путем фенольно-хлороформного экстрагирования [7]. Аллельные варианты изучаемых полиморфных сайтов генов SOD1 (rs2070424) и SOD2 (rs4880) определяли методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) с использованием аллель-специфичных праймеров. Условия проведения эксперимента, олигонуклеотидные последовательности для идентификации полиморфных локусов генов были подобраны с помощью приложения PrimerSelect 5.05 из пакета программы DNAStar Inc и базы данных NCBI (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/). Фрагменты ДНК электрофоретически разделяли в 7%-ном полиакриламидном геле, окрашивали в 1%-ном растворе этидия бромистого и визуализировали в ультрафиолетовом свете на гель-документирующей системе Mega-Bioprint 1100 (Vilber Lourmat, Франция). Идентификацию аллелей гена SOD3 (rs1799895) проводили методом ПЦР с детекцией результатов в режиме реального времени с использованием коммерческих наборов реагентов (“Евроген”, http://evrogen.ru) и комплементарных полиморфному участку ДНК флуоресцентных TaqMan-зондов в соответствии с протоколом фирмы-изготовителя (“ДНК-синтез”, http:// www.oligos.ru/).

Соответствие наблюдаемых частот генотипов теоретически ожидаемому равновесному распределению Харди–Вайнберга и анализ популяционной гетерогенности тестировали в программе Arlequin (V.3.0). Общую выборку дифференцировали на возрастные группы в соответствии с антропометрическими, физиологическими и биохимическими особенностями онтогенеза [8]. Возрастная динамика частот генотипов была изучена с помощью логистического регрессионного анализа (SPSS V.21.0). При этом функцией уравнения бинарной логистической регрессии являлась вероятность наблюдения генотипа, а в качестве независимой переменной выступал возраст. Возрастные интервалы определяли с использованием ROC-анализа. Поиск комбинаций исследуемых полиморфных маркеров, ассоциированных с долголетием, осуществляли в программе APSampler (V.3.6.1) [9]. В качестве поправки на множественность сравнений использовался FDR-коэффициент (WinPepi V.11.39); различия считали значимыми при PFDR < 0.05.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Охарактеризовано распределение частот аллелей и генотипов по полиморфному маркеру rs2070424 гена SOD1 в популяциях жителей РБ (табл. 1). Эмпирически наблюдаемое распределение частот генотипов во всех этнических группах соответствовало теоретически ожидаемому равновесному распределению Харди–Вайнберга (P > 0.05). По частотам генотипов и аллелей выборки мужчин и женщин также не отличались между собой.

Таблица 1.  

Распределение частот аллелей и генотипов (%) по полиморфным маркерам генов супероксиддисмутаз в трех этнических группах

Аллель/генотип Этническая группа
русские татары башкиры
rs2070424*SOD1
*A 92.35 91.27 88.82
*G 7.65 8.73 11.18
*A/A 84.9 83.33 79.88
*A/G 14.9 15.87 17.89
*G/G 0.2 0.8 2.24
rs4880*SOD2
*A 44.97 43.23 44.79
*V 55.03 56.77 55.21
*A/A 16.84 19.56 18.20
*A/V 56.26 47.35 53.17
*V/V 26.90 33.09 28.63
rs1799895*SOD3
*C 98.46 98.51 98.25
*G 1.54 1.49 1.75
*C/C 96.93 97.02 96.51
*C/G 3.07 2.98 3.49
*G/G 0.00 0.00 0.00

Обнаружены межэтнические различия в соотношении частот аллелей и генотипов (табл. 2). Согласно результатам проведенного нами исследования, этническая группа башкир отличается от этнической группы русских (P = 0.003) и на уровне тенденции – от группы татар (P = 0.061). Также в данной группе наблюдается повышение частоты генотипа SOD1*G/G при уровне значимости P, равном 0.006, в сравнении с русскими и P, равном 0.044, в сравнении с татарами.

Таблица 2.

Анализ гетерогенности этнических групп по распределению частот аллелей и генотипов полиморфных маркеров генов супероксиддисмутаз

Этническая группа Русские Башкиры Татары
rs2070424*SOD1
Русские – 0.009 0.349
Башкиры 0.003 – 0.042
Татары 0.226 0.061 –
rs4880*SOD2
Русские – 0.963 0.354
Башкиры 0.388 – 0.395
Татары <0.001 0.035 –
rs1799895*SOD3
Русские – 0.726 1.000
Башкиры 0.578 – 0.629
Татары 1.000 0.545 –

Примечание. Степень гетерогенности представлена в показателях P – значения точного теста Фишера: Р, размещенные под диагональю, получены при сравнении частот генотипов; размещенные над диагональю, – при сопоставлении частот аллелей.

С помощью логистического регрессионного анализа мы установили, что в возрастном диапазоне от 36 до 98 лет среди русских возрастают шансы обнаружения генотипа SOD1*А/А (OR = = 1.025, Р = 0.001) и снижаются шансы обнаружения генотипа SOD1*А/G (OR = 0.975, Р = 0.001) (табл. 3).

Таблица 3.

Ассоциации полиморфных маркеров генов супероксиддисмутаз с возрастом, полученные с помощью метода логистической регрессии

Генотип Этническая группа Возрастной диапазон AUC P OR CIOR
Выборка, недифференцированная по полу
SOD1*А/А Русские 36–98 0.371 0.001 1.025 1.010–1.041
SOD1*А/G 0.631 0.001 0.975 0.960–0.990
SOD2*A/A 16–98 0.406 0.002 0.985 0.976–0.995
Мужчины
SOD2*A/A Татары 22–89 0.428 0.029 0.989 0.980–0.999
SOD2*V/V 0.414 <0.001 0.985 0.977–0.993
SOD2*A/V 0.631 <0.001 1.023 1.015–1.032

Примечание. AUC – area under ROC curve (площадь под ROC-кривой), P – уровень значимости, OR – показатель соотношения шансов наступления события, CIOR – 95%-ный доверительный интервал OR.

Проведен анализ распределения частот аллелей и генотипов по полиморфному локусу rs4880 гена SOD2 в трех этнических группах жителей РБ (табл. 1). Эмпирически наблюдаемое распределение частот генотипов соответствует теоретически ожидаемому равновесному распределению (P > > 0.05). По распределению частот генотипов этническая группа татар отличается от русских (Р < < 0.001) и башкир (Р = 0.035) (табл. 2). В целом русские, татары и башкиры по распределению частот генотипов полиморфного локуса rs4880 гена SOD2 не отличаются от представителей европейских популяций (http://grch37.ensembl.org/).

Согласно анализу данных с использованием бинарной логистической регрессии (табл. 3), в недифференцированной на мужчин и женщин выборке этнических русских шансы обнаружения генотипа SOD2*A/A на протяжении всего возрастного континуума (от 16 до 98 лет) снижаются (OR = 0.985, Р = 0.002). Мы выявили, что изменения в частотах происходят на рубеже 60 лет: между группами 16–60 лет и 61–98 лет меняется частота аллеля SOD2*А (49.59 и 40.41% соответственно, Р = 0.005, PFDR = 0.012) и генотипа SOD2*A/A (22.73 и 11.02% соответственно, Р = = 0.0007, PFDR = 0.008).

Среди этнических татар обнаружили межполовые различия в распределении частот генотипов (Р = 0.001) за счет существенного снижения частоты гетерозиготного генотипа у мужчин – 42.45% против 51.91% у женщин (Р = 0.00015). При дальнейшем анализе возраст-зависимого изменения частот генотипов и аллелей по данному локусу с учетом пола было установлено снижение частоты гомозиготных генотипов SOD2*A/A (OR = 0.989, Р = 0.029) и SOD2*V/V (OR = 0.985, Р < 0.001) и повышение частоты генотипа SOD2*A/V (OR = 1.023, Р < 0.001) на протяжении 22–89 лет среди мужчин татар. В выборке женщин не обнаружено статистически значимых возраст-зависимых различий по частотам аллелей и генотипов.

Согласно результатам проведенного исследования полиморфного маркера rs1799895 гена SOD3, распределение частот аллелей и генотипов во всех трех этнических группах не отличалось от соответствующего закону Харди–Вайнберга нормального распределения (табл. 1). Этнические выборки жителей РБ оказались схожи как между собой (табл. 2), так и с другими популяциями Европы (http://grch37.ensembl.org/).

По данному полиморфному локусу не было выявлено статистически значимого возраст-зависимого изменения в частотах аллелей и генотипов ни в одной из проанализированных этнических групп.

С помощью алгоритма APSampler выявлено 12 сочетаний генотипов и аллелей, ассоциированных с долголетием в этнической группе татар (табл. 4). Закономерными элементами выявленных комбинаций являются аллель SOD1*А и SOD3*С. SOD1*А/A входит в состав комбинации, ассоциированной с повышенной вероятностью достижения долголетия (OR = 1.91, P = 0.0026, PFDR = 0.009), SOD3*С/C включен в сочетание, связанное с пониженными шансами на долгожительство (OR = 0.4, P = 2.05 × 10–5, PFDR = 0.0002). Полиморфный маркер rs4880*SOD2 вносит преимущественный вклад в формирование различных комбинаций, а его аллельное состояние, по-видимому, является определяющим для достижения долголетия. Так, все четыре комбинации, ассоциированные с низкими шансами достижения долголетия, включают аллель SOD2*V в гомозиготном состоянии. Самые высокие показатели OR с наименьшей вероятностью ошибки первого рода показали сочетания, включающие генотип SOD2*A/V (OR ≥ 2.92, P ≤ 5.65 × 10–8, PFDR ≤ 1.24 × × 10–6).

Таблица 4.

Сочетания аллелей/генотипов, ассоциированные с долголетием в этнической группе татар, полученные с помощью алгоритма APSampler

Сочетания р, % P PFDR OR CIOR
rs2070424*SOD1 rs4880*SOD2 rs1799895*SOD3 долгожители
(90–109 лет) 		юношеский и средний возраст
(16–60 лет)
A A/V C 55.73 23.71 2.23 × 10–10 1.47 × 10–8 4.05 2.59–6.33
  A/V C 54.44 23.62 5.11 × 10–10 1.69 × 10–8 3.87 2.49–5.99
A A/V   54.01 28.68 5.65 × 10–8 1.24 × 10–6 2.92 1.97–4.33
A A C 71.84 50.52 2.09 × 10–5 0.0002 2.50 1.62–3.86
  A C 70.95 50.25 4.03 × 10–5 0.0003 2.37 1.62–3.86
A A   71.12 52.36 4.24 × 10–5 0.0003 2.24 1.51–3.35
A V C 83.33 72.17 0.007 0.023 1.93 1.16–3.20
A/A V C 73.56 52.28 0.0026 0.009 1.91 1.23–2.97
  V/V C/C 27.78 48.74 2.05 × 10–5 0.0002 0.40 0.26–0.62
A V/V C 27.59 48.45 2.88 × 10–5 0.0002 0.41 0.26–0.63
  V/V C 29.61 49.75 4.03 × 10–5 0.0003 0.42 0.28–0.64
A V/V   28.34 46.90 4.94 × 10–5 0.0003 0.45 0.30–0.67

Примечание. р – частота найденных сочетаний в возрастных группах, P – уровень значимости, PFDR – уровень значимости после введения поправки на множественность сравнений, OR – показатель соотношения шансов наступления события, CIOR – 95%‑ный доверительный интервал OR.

ОБСУЖДЕНИЕ

Впервые в распространенных популяциях жителей РБ проведено исследование генетических факторов долголетия. Достижение возраста, превышающего средний популяционный показатель, мы позиционируем как пример успешной адаптации организма. Одним из проявлений адаптации организма к действию повреждающих факторов внешней среды считается активация окислительных процессов. Группа ферментов SOD выступает первым звеном в цепи реакций превращения АФК.

Проводятся исследования роли ферментов SOD в патогенезе различных заболеваний, а также старческих процессов. Подавляющее число работ свидетельствует о снижении супероксидазной активности при сопровождающихся развитием окислительного стресса патологиях [2, 6]. Участие SOD в детерминации ПЖ и долголетия изучается, в частности, на модельных объектах, что позволяет расширить представления о характере влияния данного фермента на структуры клеток различных тканей. Показано, что сверхэкспрессия ферментов SOD2 и SOD1 способствует увеличению выживаемости клеток дрожжей на 30% [10]. Повышенная экспрессия гена SOD2 приводила к уменьшению содержания АФК в митохондриях нейронов гиппокампа и увеличивала ПЖ у мышей [11]. Обнаружена связь изменения активности SOD2, особенностей питания, риска развития СД2Т и ПЖ у крыс [12]. Увеличение ПЖ и улучшение жизненных показателей у нематод было ассоциировано с повышенной экспрессией гена SOD3 [13].

В гене SOD1 (21q22.1) идентифицировано более трех тысяч полиморфных сайтов. Для некоторых из них найдены ассоциации с многофакторными заболеваниями: сердечно-сосудистыми, нейродегенеративными, онкологическими, болезнями обмена веществ [14–18].

Полиморфный мaркер rs2070424, обусловленный заменой аденина на гуанин (251A>G), локализован в 3-м интроне гена SOD1. Хотя функциональная роль полиморфного варианта 251A>G гена SOD1 окончательно не выявлена, была найдена ассоциация редкого аллеля SOD1*G с повышенным уровнем экспрессии гена [19]. Для частот аллелей и генотипов данного полиморфного сайта показана межэтническая и межрасовая вариабельность, с ярко выраженным градиентом повышения частоты редкого аллеля SOD1*G с севера на юг и особенно с запада на восток (http://grch37.ensembl.org/). У жителей РБ частоты генотипов по полиморфному маркеру rs2070424 гена SOD1 варьируют в пределах значений, установленных для жителей Европы. В то же время вероятность встречаемости аллеля SOD1*G и генотипа SOD1*G/G возрастает в ряду “русские–татары–башкиры”. Обнаруженные межэтнические различия в частотах аллелей и генотипов можно объяснить вероятным присутствием большей доли азиатского компонента в этнической группе башкир. Высокая частота редкого аллеля SOD1*G у представителей южных и азиатских регионов планеты согласуется с результатами исследования активности фермента – в условиях высокого уровня инсоляции и фонового риска вирусных и паразитарных инфекций усиленная активность ферментов АОЗ является адаптационно выгодной [19].

По полиморфному маркеру rs2070424 гена SOD1 не было обнаружено статистической значимости для долголетия среди лиц европейского происхождения – датчан [20] и немцев [21]. В то же время показаны ассоциации аллелей SOD1*А и SOD1*G с рядом заболеваний, в том числе онкологических и патологий обмена веществ [16–18, 22]. В исследованных нами трех этнических группах жителей РБ наблюдается повышение среди долгожителей частоты протективного в отношении ряда возраст-зависимых заболеваний генотипа SOD1*А/А. По результатам анализа сочетаний аллелей и/или генотипов с применением алгоритма APSampler аллель SOD1*А чаще встречается в паттернах, ассоциированных с повышением шанса достижения долголетия, причем в одном из них он представлен в гомозиготном состоянии.

Согласно базе данных https://www.genecards.org/, ген SOD2 (6q25.3) имеет более 24 тыс. полиморфных вариантов. Результатом одной из миссенс-мутаций гена является замена валина на аланин в 16-м звене белковой цепочки SOD2 (16V>A, rs4880). Изменяя вторичную структуру сигнального пептида и тем самым дестабилизируя его альфа-спиральный участок, данный полиморфизм влияет на скорость переноса фермента из цитоплазмы в митохондрии, что может приводить к абсолютному или относительному локальному дефициту фермента [23]. Показано, что активность SOD2 была на 40% выше у носителей аллеля SOD2*А [24].

Различные варианты генотипов по полиморфному маркеру rs4880 гена SOD2 могут быть ассоциированы с онкологическими заболеваниями, но, по данным разных исследований, в сочетании с теми или иными факторами среды [25]. Генотип SOD2*V/V ассоциирован с ИБС у женщин [26], а аллель SOD2*V – с болезнью Паркинсона [27]. Показано защитное действие аллеля SOD2*А в отношении риска развития СД2Т и его осложнений [28]. С другой стороны, в более ранних исследованиях аллель SOD2*А был ассоциирован с рядом нейродегенеративных заболеваний [29, 30]. Также генотип SOD2*А/А был определен как генетический маркер преждевременного старения мозга у здоровых индивидов [31].

В литературе представлены сведения о снижении уровня активности фермента SOD2 у долгожителей (100–105 лет) по сравнению с лицами в возрасте от 60 до 79 лет [32]. Не было выявлено ассоциаций с долголетием полиморфного маркера rs4880 гена SOD2 у жителей Италии [33] и среди немцев [21]. Однако в недавнем исследовании [34] продемонстрировано повышение экспрессии гена SOD2 в натуральных киллерах (NK-клетках) у лиц старше 80 лет. Это позволило авторам сделать вывод о роли данного фермента в гомеостазе NK-клеток, что важно для здорового старения. Среди носителей аллеля SOD2*А смертность после 90 лет была ниже [35]. Также среди женщин Дании установлена ассоциация полиморфного маркера rs4880 гена SOD2 с выживаемостью [20].

Противоречивость результатов исследований взаимосвязи структурной и функциональной особенности SOD2 и кодирующего данный фермент гена с возраст-ассоциированными заболеваниями, ПЖ и долголетием отражается и в настоящей работе. Полиморфный маркер rs4880 гена SOD2 ассоциирован с ПЖ у русских и татар, причем в обеих этнических группах происходит снижение частоты гомозиготных генотипов с возрастом. При этом анализ сочетаний аллелей и генотипов показал, что со снижением шансов достижения долголетия в этнической группе татар ассоциирован генотип SOD2*V/V. Предполагается, что белок, кодируемый данным аллельным вариантом гена, гораздо медленнее импортируется в митохондрии и поэтому с большей вероятностью подвергается протеасомному расщеплению в клетке; кроме того, он может быть связан со сниженной стабильностью мРНК [24]. Включение гетерозиготного генотипа SOD2*A/V в паттерны, ассоциированные с наибольшими показателями шансов достижения возраста долголетия, вероятно происходит за счет аллеля SOD2*A, который также входит в состав комбинаций, положительно коррелирующих с долголетием (табл. 4). Таким образом, закономерно, что именно аллель SOD2*A, реализующий вариант фермента с высокой эффективностью в отношении защиты клетки от АФК, по нашим данным, ассоциирован с долголетием у татар.

Ген SOD3 (4p15.3-p15.1) кодирует внеклеточную форму SOD, содержание которой в большинстве тканей очень небольшое. Однако ткани, непосредственно контактирующие с атмосферным кислородом, растворенным в крови (легкие, кровеносные сосуды, сердце), отличаются повышенной концентрацией данного фермента. В сосудистой системе SOD3 закрепляется за гепарансульфат-протеогликаны эпителия. Полиморфный маркер rs1799895 обусловлен трансверсией в 691-м положении (C>G) экзона 3. Он приводит к изменению в структуре гепарин-связывающего домена белка (231R>G), вследствие чего нарушается способность фермента прикрепляться к внешней поверхности эндотелиальных клеток. Таким образом, не меняя транскрипционной активности гена, мутация в данном полиморфном локусе вызывает многократное (примерно в 10 раз) повышение концентрации SOD3 в плазме и соответственно снижение активности фермента в тканях [36].

Частота встречаемости мутантного аллеля SOD3*G полиморфного маркера rs1799895 в популяциях мира низка (MAF (minor allele frequency – частота минорного аллеля) составляет 0.02) (http://grch37.ensembl.org/). Распределение частот генотипов по данному полиморфному варианту в исследуемых нами этнических группах оказалось сходным с таковым у европейцев.

В доступной для анализа литературе нам не удалось обнаружить работ по изучению ассоциаций полиморфного маркера rs1799895 гена SOD3 с долголетием. Однако результаты ассоциативных исследований возраст-зависимых заболеваний свидетельствуют о вкладе мутантного аллеля ДНК-маркера rs1799895 в формирование ряда патологий, развивающихся с возрастом. Среди пациентов с диабетом, которые были носителями гетерозиготного генотипа, повышен риск сердечно-сосудистой недостаточности [37]. Гомозиготное носительство редкого аллеля SOD3*G ассоциировано с повышенным риском ИБС, ишемического инсульта, некоторыми формами рака и в целом со смертностью [38]. По нашим данным, генотип SOD3*С/C в сочетании с генотипом SOD2*V/V оказался ассоциирован с пониженными шансами достижения долголетия среди татар.

Таким образом, в данном исследовании трех этнических групп населения РБ мы выявили этноспецифический характер представленности частот аллелей и генотипов по генам ферментов АОЗ, отвечающих за адаптационные возможности организма. Установлена ассоциация полиморфных маркеров rs2070424*SOD1 и rs4880*SOD2 с долголетием. Это может свидетельствовать об участии генов ферментов, отвечающих за метаболизм АФК, в старении, развитии сопутствующих ему возраст-ассоциированных заболеваний и формировании фенотипа долгожителя.

Исследование выполнено при частичной финансовой поддержке РФФИ и АНА (грант № 19-54-40007) и НИР (№ госрегистрации АААА-А16-116020350032-1); образцы ДНК для исследования взяты из коллекции биологических материалов человека ИБГ УФИЦ РАН, поддержанной программой биоресурсных коллекций ФАНО России (соглашение № 007-030164/2). Работа проведена с использованием оборудования ЦКП “Биомика” и УНУ “КОДИНК” (ИБГ УФИЦ РАН).

Настоящая статья не содержит каких-либо исследований с использованием в качестве объекта животных.

Настоящая статья не содержит каких-либо исследований с участием в качестве объекта людей.

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

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.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Генетика

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал