ВКР: Аллельные варианты генов-кандидатов подверженности туберкулезу у русского населения Западной Сибири

Содержание

• Важнейший этап патогенеза туберкулеза - персистенция возбудителя в фагосомах макрофагов [Авербах М.М. и др., 1982; Литвинов В.И. и др., 1983]. Макрофаги поглощают патоген в очагах воспаления, но часто теряют способность элиминировать его в лизосомах, что в итоге приводит к их массированному размножению и последующему выходу из погибших клеток [Myrvik Q. et al., 1984]. В связи с этим в число генов-кандидатов туберкулеза входят гены, продукты которых участвуют в процессе фагоцитоза микобактерий. Современные характеристики туберкулезной инфекции диктуют необходимость контроля прохождения микобактерии по эндосомально – лизосомальному пути.
• 1.2 Молекулярные механизмы патогенеза туберкулеза у человека
• Туберкулез – хроническое инфекционное заболевание, протекающее с внутриклеточным (в макрофагах) паразитированием микобактерий [Myrvik Q. N. et al., 1984]. Несмотря на самую современную химиотерапию, лечение туберкулеза, как правило, бывает длительным и не всегда эффективным. Одной из причин безуспешного лечения данной инфекции по общепринятому мнению является недостаточная эффективность защитных механизмов макроорганизма, в значительной мере генетически обусловленных. Сведения об участии иммунной системы, складывающихся межклеточных взаимодействиях, накопленные за последние десятилетия, изменили (уточнили) представления о патогенезе туберкулеза.
• Туберкулез чаще всего развивается в результате заражения МБТ, которые выделяет в окружающую среду больной человек. Респираторный тракт, а так же кишечник являются входными воротами инфекции. Таким образом, основной путь проникновения патогена – аэрогенный, но возможен и алиментарный. Определенную роль при аэрогенном заражении играет система мукоцилиарного клиренса, позволяющая вывести попавшие в бронхи частицы пыли, капельки слизи, слюны, мокроты, содержащие микроорганизмы. Аналогичным образом, при алиментарном пути проникновения микобактерий защитную роль играет переваривающая функция желудочно-кишечного тракта.
• После проникновения патогена в легкие важную роль в защите от инфекции играют альвеолярные макрофаги. Эти клетки непосредственно подавляют рост бактерий, фагоцитируя их, а также они участвуют в реакциях клеточного противотуберкулезного иммунитетах [Авербах М.М. и др., 1982; Литвинов В.И. и др., 1983; Myrvik Q. N. et al., 1984].
• Процесс фагоцитоза можно разделить на несколько следующих друг за другом этапов. В первую очередь бактерия прикрепляется к фагоциту, затем следует фаза поглощения микроорганизма, и как следствие ингибиция роста или уничтожение инфекта.
• Процесс прикрепления микобактерий к фагоцитам осуществляется посредством рецепторов комплемента, маннозных рецепторов и других рецепторов клеточной поверхности макрофага. Взаимодействие между маннозными рецепторами и инфектом происходит при помощи гликопротеина клеточной стенки микобактерий, имеющего маннозный остаток на обращенной во внешнюю среду части молекулы [Schlesinger L. S., 1996].
• Мутации генов, белковые продукты которых вовлечены в механизмы иммунологической защиты, определяют степень резистентности к инфекциям. Маннозо-связывающий белок (МВР) является Са-зависимым белком плазмы крови. Выявлено, что у человека этот белок осуществляет функцию активатора системы комплемента, кроме того, он действует непосредственно как опсонин, взаимодействуя с рецепторами макрофагов [Hill A.V.S., 1998].
• Исследовали взаимосвязь полиморфизма гена МВР с чувствительностью к легочному туберкулезу в Индии. Анализ показал, что с туберкулезом ассоциированы три точечных замены в исследуемом гене [Selvaraj P. et al., 1999]. Аналогичное исследование, проведенное в Гамбии, выявило связь полиморфных вариантов данного гена с развитием легочной формы туберкулеза [Bellamy R. et al., 2000].
• Фагоцитирующая клетка выбрасывает окружающие микроорганизм псевдоподии, которые затем сливаются на периферии, образуя окруженную мембраной вакуоль [Ерохин В.В., 1974; Leake E.S., Myrvik Q.N., 1971]. Микобактерии, находящиеся в фагосоме попадают под воздействие целого ряда неблагоприятных факторов, направленных на их уничтожение. К таким факторам можно отнести слияние фагосомы с лизосомами, содержащими литические ферменты [Jeckett P. S. et al., 1978]. Так же макрофаг способен производить реактивные радикалы кислорода и азота, играющие, вероятно, основную роль в уничтожении инфекта внутри макрофага [Nelson N., 1999]. Установлено, что "нокаутированные" по гену индуцибельной синтазы оксида азота (NOS2) мыши не способны противостоять туберкулезной инфекции, у них наблюдался усиленный рост M. tuberculosis в легких, селезенке и печени. Макрофаги этих мышей не производили NO и инфекция распространялась [Jackett P. S. et al., 1978; Walker L., Lowrie D. B., 1981].
• Если макроорганизм не в состоянии устранить внутриклеточно размножающихся микобактерий, то в результате хронического воспаления в месте освобождения антигенов происходит скопление большого числа макрофагов, которые выделяют фиброгенные факторы и стимулируют образование грануляционной ткани и фиброза. Возникшая гранулома представляет собой попытку организма ограничить распространение персистирующей инфекции. Однако при интенсивном размножении микобактерий в организме человека и малоэффективном фагоцитозе выделяется большое количество токсичных веществ и индуцируется гиперчувствительность замедленного типа (ГЗТ), которая способствует выраженному экссудативному компоненту воспаления с развитием казеозного некроза. В процессе разжижения казеозных масс микобактерии получают возможность бурного внеклеточного размножения, что обусловливает прогрессирование туберкулеза [Ройт А., 1991, 2000].
• Важнейший этап патогенеза туберкулеза - персистенция возбудителя в фагосомах макрофагов. Макрофаги поглощают патоген в очагах воспаления, но часто теряют способность элиминировать его в лизосомах, что в итоге приводит к их массированному внутриклеточному размножению и последующему выходу из погибших клеток. Получены данные, свидетельствующие о том, что имеются существенные различия в судьбе фагосом, содержащих вирулентные и авирулентные микобактерии, поскольку только первые препятствуют их слиянию с лизосомами [Myrvik Q. et al., 1984; Frenkel G. et al., 1986].
• С точки зрения развития новых подходов к лечению туберкулеза очевидна необходимость контроля прохождения микобактерий по эндосомально-лизосомальному пути: от ранней эндосомы - к поздней, от поздней эндосомы – к лизосоме.
• 1.3 Физиологические функции белковых продуктов генов-кандидатов подверженности туберкулезу, их роль в патогенезе заболевания
• Белок входит в семейство функционально связанных мембранных белков (к этому семейству относят также Nramp2), ответственных за транспорт двухвалентных катионов, таких как Fe2+, Mn2+, Zn2+, Cu2+ [Jabado N. et al., 2000; Cellier M. et al., 2001].
• Известно, что ионы металлов являются жизненно важными элементами, участвующими во многих метаболических реакциях, происходящих в каждой живой клетке. Следовательно, недостаток, избыток или отсутствие данных элементов может привести к развитию какого-либо патологического состояния или даже к гибели клетки. Постоянство ионов металлов в организме обеспечивается регуляцией их потребления, хранения и выведения. Для того чтобы поддерживалась необходимая концентрация ионов, каждая клетка обладает определенной системой, обеспечивающей транспорт веществ через мембрану. Сбой этой системы или ее части может повлечь за собой потерю равновесия между выведением и поступлением веществ, что приведет к изменению внутриклеточной концентрации ионов. Недостаточный транспорт ионов может оказаться причиной нехватки жизненно важных метаболических элементов, а чрезмерное их накопление может вызвать токсическое воздействие этих же веществ, ведущее к гибели клетки. Возможно, что антибактериальная функция Nramp1 заключается в создании неблагоприятной для бактерии окружающей среды внутри фагосомы [Gruenheid S. et al., 2000; Barton C.H. et al, 1999].
• Во время фагоцитоза микроба макрофаг продуцирует активные кислородные метаболиты, которые являются токсичными для бактерии. Выживание патогена во время кислородозависимой перестройки метаболизма фагоцита обеспечивается микробными ферментами, большинство из которых содержат ионы металлов в своих активных центрах [Cellier M. et al., 1994].
• В свою очередь истощение запаса ионов металлов в фагосоме, вызванное транспортной деятельностью макрофагального белка ассоциированного с естественной резистентностью, приводит к снижению продукции металлосодержещих ферментов поглощенной бактерией.
• Следовательно, дефекты продукции или функции Nramp1 могут приводить к нарушению его транспортной функции и, как следствие, к повышению чувствительности к внутриклеточным патогенам, таким как микобактерии (рис. 1) [Barton C.H. et al., 1999].
• Опыты, проведенные на инбредных мышах, показали, что уровень естественной резистентности к внутривенному заражению низкими дозами M. bovis (BCG) контролируется одним геном, локализованным в проксимальном регионе мышиной хромосомы 1. Этот локус обозначили как Bcg (также он известен как Lsh или Ity). Два различных фенотипа Bcg были ассоциированны с чувствительностью (Bcg-s) и с резистентностью (Bcg-r) на ранней стадии инфекции, вызванной M. bovis, M. avium, M. lepraemurium, Leishmania donovani, Salmonella typhimurium [Bredley D.J., 1977; Forget A. et al., 1981].
• Популяция
• Количество пациентов с ТБ
• Количество здоровых лиц
• Исследованные полиморфизмы
• Ассоциации с ТБ
• Авторы
• Дания
• 104
• Морокко
• 116 семей
• Интерлейкин 12 имеет 2 цепи, массой 35 kD (р35), кодируемая IL12А и массой 40 kD (р40), кодируемая IL12В. Тогда как IL12р40 главным образом взаимодействует с рецептором IL121 на поверхности Т-хелпера, IL12р35 в первую очередь сцепляется с IL122. Используя иммунопреципитацию, Oppmann B. и соавторы (2000) определили, что IL12В и р19 формируют растворимый комплекс, который они назвали IL23. Анализ установил, что IL23, подобно IL12, связывается с рецептором IL121. Не так давно были выявлены цитокины IL18 и IL29 имеющие сходство в функции с IL12 и IL23.
• Ген NKSF2 (от англ. Natural Killer Cell Stimulatory Factor 2 – альтернативное название IL12) был картирован в дистальной области длинного плеча 5 хромосомы [Warrington J.A. et al., 1992]. В дальнейшем при помощи ПЦР анализа ДНК клеток гибридов был определен участок на хромосоме 5q31-33, где локализован IL12В [Sieburth D. et al., 1992]. J. A Warrington. и U Bengtsson. (1994) используя методы физического картирования, определили порядок расположения и относительное расстояние между 12 генами в 5q31-33 регионе. Ген IL12В был одним из них.
• Группа исследователей картировала ген IL12в на 11 хромосоме мыши [Noben-Trauth N. et al., 1996]. Используя модель животного, были получены экспериментальные данные о роли гена IL12В в защите от туберкулезной инфекции. Элиминация функции IL12в у "нокаутированных" мышей (IL12р40-/-) при условии их инфицирования вирулентным штаммом М. tuberculosis приводила к распространенной туберкулезной инфекции и гибели животного. Однако мыши с генотипом IL12р35-/- не проявляли повышенной чувствительности к туберкулезу. Данное наблюдение наводит на мысль о значительной роли субъединицы р40 интерлейкина-12 в развитии резистентности к туберкулезу [Cooper A. M. et al., 2002].
• Генетический дефицит IL12 или IL12R приводит к частичной или полной недостаточности выработки IFN-. Как правило, вакцина BCG и непатогенные микобактерии не вызывают у человека заболевания, однако известны случаи, когда они приводили к развитию тяжелой распространенной инфекции. Так было описано несколько пациентов с генетическим дефектом выработки IL12р40 и IL12р70 (комплекс судъединиц р40 и р70), большинство из которых страдали от диссеминированной инфекции М. bovis BCG. Недавно был обнаружен мононуклеотидный полиморфизм гена IL12В в 3`-UTR, обусловленный заменой А на С [Cervino A.C.L. et al., 2000]. Эта информация дает возможность оценить роль изменчивости гена IL12В в формировании полигенной подверженности к туберкулезу.
• Если рассмотреть патогенез туберкулеза, возникает множество привлекательных кандидатов на роль "причинного" гена. Одним из таких генов, предположительно влияющих на исход отношений между человеком и микобактерией, является ген рецептора к витамину Д (VDR) [Uitterlinden A.G. et al., 2004]. Витамин Д – это группа родственных стероидов, одним из важнейших среди которых является так называемый Д3 (холекальциферол). Главный эффект активированного витамина Д3 (1,25(ОН)2Д3) или кальцитриола – стимуляция активной адсорбции кальция и фосфата из кишечника. К тому же кальцитриол оказывает влияние на клетки крови – модулирует пролиферацию и дифференциацию лимфоцитов, а также способствует конверсии циркулирующих моноцитов в макрофаги [Rigby W. F., 1988; Bellamy R., Hill A. V. S., 1998].
• Активизированные макрофаги в свою очередь также способны к образованию кальцитриола. При туберкулезе этот локально продуцируемый кальцитриол может активизировать "проглатывание" и элиминацию МБТ макрофагами и минимизировать тканевую деструкцию [Davies P.D.O., 1985; Cadranel J. et al., 1988]. Исследования in vitro показали, что метаболиты витамина Д могут усиливать способность моноцитов человека ограничивать размножение внутриклеточно расположенных микобактерий туберкулеза. В то время как добавление одного рекомбинантного человеческого IFN- к пулированным моноцитам человека не оказывало влияния на их туберкулостатическую активность, введение в данную систему дополнительно кальцитриола приводило к полной остановке роста микобактерий [Rook G.A.W. et al., 1986; Denis M., 1991].
• IL12B
• 1188А/С
• VDR
• F/f
• IL1B
• +3953A1/A2
• IL1RN
• Таблица 5 Характеристики исследованных полиморфизмов
• Ген
• Полимор-физм
• Структура праймеров
• tо
• отжига прай-меров, оС
• Фермент рестрик-ции
• Продукты гидролиза, п. н.
• Литература
• Liu J. et al., 1995
• Ген
• Поли-морфизм
• Гено-типы
• N.O.
• N.E.
• Частота аллеля
• χ2
• (df)
• Hobs
• Hexp
• D
• IL12B
• 1188
• A/C
• AA
• AC
• CC
• 85
• 43
• 1
• 87,92
• 37,15
• 3,92
• A=
• 0,826
• 2,75
• (1)
• 0,333
• 0,288
• +0,157
• VDR
• B/b
• BB
• Bb
• bb
• 19
• 63
• 26
• 23,61
• 53,77
• 30,61
• b=
• 0,532
• 2,93
• (1)
• 0,583
• 0,498
• +0,172
• F/f
• FF
• Ff
• ff
• 42
• 54
• 17
• 42,13
• 53,73
• 17,13
• F=
• 0,611
• 0,00
• (1)
• 0,478
• 0,476
• +0,005
• IL1B
• +3953
• A1/A2
• A1A1
• A1A2
• A2A2
• 90
• 44
• 5
• 90,24
• 43,51
• 5,24
• A1=
• 0,806
• 0,00
• (1)
• 0,317
• 0,313
• +0,011
• Ген
• Полимор-физм
• Генотип / аллель
• NRAMP1
• 469+14 G/C
• GG
• GC
• CC
• 97 (70,8)
• 38 (27,7)
• 2 (1,5)
• 224 (85,2)
• G
• 0,847
• 0,920
• 0,002
• D543N
• DD
• DN
• NN
• 127 (91,4)
• 12 (8,6)
• 0 (0)
• 198 (75,3)
• 57 (21,7)
• 8 (3)
• 0,000
• D
• 0,957
• 0,861
• 0,000
• 1465-85 G/A
• GG
• GA
• AA
• 73 (54,1)
• 47 (34,8)
• 15 (11,1)
• 162 (61,6)
• 88 (33,5)
• 13 (4,9)
• 0,057
• G
• 0,715
• 0,783
• 0,040
• 274 C/T
• CC
• CT
• TT
• 80 (69)
• 34 (29,3)
• 2 (1,7)
• 207 (78,7)
• 49 (18,6)
• 7 (2,7)
• 0,072
• C
• 0,836
• 0,880
• 0,127
• NRAMP1 / D543N
• VDR / F/f
• Ирландцы
• А=0,789
• VNTR
• IL12B
• 1188
• A/C
• AA
• AC
• CC
• 162
• 100
• 17
• 161,09
• 101,82
• 16,09
• A=
• 0,760
• 0,05
• (1)
• 0,358
• 0,365
• -0,018
• VDR
• B/b
• BB
• Bb
• bb
• 49
• 168
• 76
• 60,37
• 145,26
• 87,37
• b=
• 0,546
• 6,95*
• (1)
• 0,573
• 0,496
• +0,157
• F/f
• FF
• Ff
• ff
• 124
• 134
• 40
• 122,42
• 137,16
• 38,42
• F=
• 0,641
• 0,12
• (1)
• 0,450
• 0,460
• -0,023
• IL1B
• +3953
• A1/A2
• A1A1
• A1A2
• A2A2
• 169
• 108
• 24
• 165,21
• 115,57
• 20,22
• A1
• 0,741
• 1,16
• (1)
• 0,359
• 0,384
• -0,066
• IL1RN
• другие