Оцінка різноманіття гаплотипів мітохондріальної ДНК населення України - Автореферат

Використання сучасних філогеографічного та філогенетичного підходів дозволяє з високим ступенем достовірності визначати структуру генофонду популяції, досліджувати стародавні міграції, вивчати геногеографічні особливості поширення захворювань у популяції (Wallace D.C., 2005). Визначення популяційних характеристик поліморфізму ГВС І (гіперваріабельний сегмент І) контрольного регіону МТДНК у поєднанні з рестрикційним і філогенетичним аналізом індивідуальних геномів МТДНК пробандів з високим ризиком мітохондріальної патології представляється єдиним обґрунтованим підходом для ефективної інтеграції параметрів мітохондріальних гаплотипів у практику прогнозування, діагностики й адекватного лікування мітохондріальних хвороб. Визначити мітохондріальні гаплотипи населення України для оцінки різноманіття й ступеня спорідненості популяцій та впливу генетичного фону на прояв мітохондріальних захворювань. Результати є першими систематизованими даними з етногенезу населення України, отриманими на підставі вивчення поліморфізму ГВС І контрольного регіону й кодуючої області МТДНК, які доводять існування генетичних особливостей МТДНК у сучасних українських популяціях і обгрунтовують потребу їх врахування для ефективного прогнозування, діагностики й профілактики моногенної та мультифакторної патології, асоційованої з функціональною недостатністю мітохондрій. Основні результати досліджень, які включені в роботу, були представлені: на конференції з геному людини (Human Genome meeting, 2001, Единбург); І робочій нараді із застосування інформаційних технологій в проблемах біорізноманіття й динаміки екосистем у Північній Євразії (BDENE: WITA, Новосибірськ, 2001); І Міжнародній студентській конференції з медичної генетики (Харків, 2001); 8 Європейському Конгресі з вроджених порушень метаболізму AEWIEM (Литва, 2002); конференції молодих вчених ХДМУ "Медицина третього тисячоліття" (Харків, 2002, 2007); ІІІ зїзді медичних генетиків в Україні (Львів, 2002); 7 школі - конференції молодих вчених "Біологія - наука 21 століття" (Пущино, 2003); І та ІІ Українському конгресах із клінічної генетики з міжнародною участю "Метаболічні спадкові захворювання" (Харків, 2003, 2005); 56 щорічній конференції з генетики людини ASHG (США, 2006); міжнародній конференції з медичної генетики "Плід як частина родини" (Харків, 2007); V Європейському Конгресі з неонатального скринінгу ISNS (Рейкявік, Ісландія, 2007); науково-практичній конференції з міжнародною участю "Актуальні питання медичної генетики" (Київ, 2007); V Конференції з молекулярної антропології ISABS (Сплит, Хорватія, 2007).Визначено поліморфізм індивідуальних геномів МТДНК пробандів із клінічно встановленою мітохондріальною патологією для оцінки впливу генетичного фону на прояв мітохондріальних захворювань у обстеженій популяції. Визначено 102 поліморфних позиції ГВС I МТДНК у популяційній вибірці, серед яких виявилися найбільш варіабельними: 16093, 16189, 16311, 16362. У вибірці пацієнтів із клінічно встановленою мітохондріальною патологією визначено 55 поліморфних позиції з найбільш варіабельними - 16189 і 16294. Розраховані показники генетичної різноманітності (D і ир) в обстежених вибірках, що склали 0.992±0.0019 і 5.19; 0.990±0.007 і 6.13, відповідно. Рівні показників свідчать про високу генетичну гетерогенність та присутність фіно-угорського й германського субстратів у сучасній популяції українців, що ймовірно обумовлена істотною роллю процесів метисації та асиміляції.

У дисертаційній роботі проведена оцінка генетичної різноманітності й ступеню споріднення мітохондріальних гаплотипів населення України. Визначено поліморфізм індивідуальних геномів МТДНК пробандів із клінічно встановленою мітохондріальною патологією для оцінки впливу генетичного фону на прояв мітохондріальних захворювань у обстеженій популяції.

1. Визначено 102 поліморфних позиції ГВС I МТДНК у популяційній вибірці, серед яких виявилися найбільш варіабельними: 16093, 16189, 16311, 16362. У вибірці пацієнтів із клінічно встановленою мітохондріальною патологією визначено 55 поліморфних позиції з найбільш варіабельними - 16189 і 16294.

2. Розраховані показники генетичної різноманітності (D і ир) в обстежених вибірках, що склали 0.992±0.0019 і 5.19; 0.990±0.007 і 6.13, відповідно. Рівні показників свідчать про високу генетичну гетерогенність та присутність фіно-угорського й германського субстратів у сучасній популяції українців, що ймовірно обумовлена істотною роллю процесів метисації та асиміляції. Визначена подібність із генофондами західних та південних словян, а серед східних словян - з росіянами обумовлена спільністю їх походження.

3. Визначений поліморфізм у генах TPHKLYS і TPHKLEU кодуючого регіону МТДНК у вибірці пацієнтів із клінічно встановленою мітохондріальною патологією. Виявлена 21 гомоплазмічна позиція (13 синонімічних і 8 несинонімічних). Знайдені мутації в пацієнтів з типами ГВС I МТДНК, які визначають гаплогрупи Н (14553С/Т Val>ile ND6) і Х (12706C Phe>leu ND5). Результати, які отримали, дозволяють припустити вплив популяційного генетичного фону на інтенсивність мутаційних процесів і фенотипову експресію захворювання.

4. Розраховані частоти гаплотипів у популяційній вибірці, які вказують на наявність виразного європеоїдного компоненту, що був представлений відповідними гаплогрупами (H, pre-V, V, HV, J, T, U, K, I, W, X, N). Їх сумарна частота склала 95.6%. Найбільшу поширеність мають гаплогрупи H, U, J, T (72.8%). Також виявлені азійські гаплогрупи A, B, C, D і Z із частотою 2.0%.

5. Розрахунок частот гаплотипів у вибірці пацієнтів із клінічно встановленою мітохондріальною патологією продемонстрував наявність євроспецифічних гаплогруп: H, pre-V, V, J, T, U, I, W та X, сумарна частота яких склала 86.0%. Азійські гаплогрупи (А і C) виявлені із частотою 4.0%. Показана висока частота гаплогруп U5 (14.0%), Т (16.0%) і Х (8.0%) в досліджуваній вибірці, у порівнянні із контрольною, яка, найімовірніше, обумовлена гіперваріабельністю позицій 16189 і 16294, що утримуються в основних нуклеотидних мотивах даних гаплогруп.

6. Детальний філогенетичний аналіз гаплотипів у популяції українців продемонстрував подібність із генофондами європейських популяцій. Наявність спільних типів МТДНК із фіно-угорськими та германськими популяціями обумовлена істотною роллю процесів асиміляції і метисації в етногенезі українців.

7. Філогенетичний аналіз гаплотипів у вибірці пацієнтів виявив додаткові популяційні поліморфізми (генетичний фон) у гаплогрупах U5, Т та Х, які в поєднанні з їх основними мотивами, можуть відігравати певну роль у прояві мітохондріальних захворювань.

ПРАКТИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ

З огляду на отримані результати, запропоновано долучити до алгоритму медико-генетичного консультування пацієнтів з мітохондріальною патологією проведення рестрикційного аналізу кодуючого регіону МТДНК (скринінг поліморфних сайтів) на відповідні гаплогрупи U5, T та X.

1. Гусар В.А. Мінливість та поліморфізм мітохондріальної ДНК української популяції // Журнал АМН України. - 2006. - Т.12, №4. - С.739-749.

2. Жаданов С.И., Гречанина Е.Я., Гречанина Ю.Б., Гусар В.А., Федосеева Н.П., Шурр Т. Изучение митохондриальных заболеваний в Украине: случай мутации ND5 de novo, значение патогенетических механизмов генных дефектов МТДНК ND5 // Журнал АМН України. - 2006. -Т.12, №3. - С.443-456.

3. Гусар В.А., Григоров С.Н. Характеристика гаплотипов митохондриальной ДНК украинской популяции //Ультразвуковая перинатальная диагностика. - 2002. - №15. - С. 39-44.

4. Гречаніна Ю.Б., Гусар В.А., Мінков А.І., Григоров С.М. Мітохондріальні хвороби: проблеми діагностики, лікування та профілактики // Ультразвуковая перинатальная диагностика. - 2002. - №15. - С. 44-71.

5. Zhadanov S.I., Grechanina E.Ya., Grechanina Yu.B., Gusar V.A., Fedoseeva N.P., Lebon S., Mьnnich A., Schurr T.G. Fatal manifestation of a de novo ND5 mutation: Insights into the pathogenic mechanisms of MTDNA ND5 gene defects // Mitochondrion. 2007. - №7. - P.260-266.

6. Loogvali E.L., Roostalu U., Malyarchuk B.A., Derenko M.V., Kivisild T., Metspalu E., Tambets K., Reidla M., Tolk H.-V., Parik J., Pennarun E., Laos S., Lunkina A., Golubenko M., Barac L., Pericic M., Balanovsky O.P., Gusar V., Khusnutdinova E.K., Stepanov V., Puzyrev V., Rudan P., Balanovska E.V., Grechanina E., Richard C., Moisan J.P., Chaventre A., Anagnou N.P., Pappa K.I., Michalodimitrakis E.N., Claustres M., Golge M., Mikerezi I., Usanga E., Villems R. Disuniting uniformity: a pied cladistic canvas of MTDNA haplogroup H in Eurasia // Mol. Biol. Evol. 2004. - V.21. - №11. - P.2012-2021.

7. Tambets K., Rootsi S., Kivisild T., Help H., Serk P., Loogvдli E.-L., Tolk H.-V., Reidla M., Metspalu E., Pliss L., Balanovsky O., Pshenichnov A., Balanovskaya E., Gubina M., Zhadanov S., Osipova L., Damba L., Voevoda M., Kutuev I., Bermisheva M., Khusnutdinova E., Gusar V., Grechanina E., Parik J., Pennarun E., Richard C., Chaventre A., Moisan J.-P., Barac L., Pericic M., Rudan P., Terzic R., Mikerezi I., Krumina A., Baumanis V., Koziel S., Rickards O., Stefano G. F., Anagnou N., Pappa K.I., Michalodimitrakis E., Ferбk V., Fьredi S., Komel R., Beckman L., Villems R. The western and eastern roots of the Saami - the story of genetic "outliers" told by mitochondrial DNA and Y-chromosome // Am. J. Hum. Genet. 2004. - V.74. - P.661-682.

8. Kharkov V.N., Stepanov V.A., Borinskaya S.A., Kozhekbaeva Zh.M., Gusar V.A., Grechanina E.Ya., Puzyrev V.P., Khusnutdinova E.K., Yankovsky N.K. Gene pool structure of eastern Ukrainians as inferred from the Y-chromosome haplogroups // Human genetics. 2004. - V.40. - № 3. - P.415-421.

9. Харьков В.Н., Степанов В.А, Боринская С.А., Кожекбаева Ж.М., Гусар В.А., Гречанина Е.Я., Пузырев В.П., Хуснутдинова Э.К., Янковский Н.К. Структура генофонда восточных украинцев по гаплогруппам Y-хромосомы // Генетика человека. - 2004. - Т.40. - №3. - С.1-6.

10. Reidla M., Kivisild T., Metspalu E., Kaldma K.,Tambets K., Tolk H.-V., Parik J., Loogvali E.-L., Derenko M., Malyarchuk B., Bermisheva M., Zhadanov S., Pennarun E., Gubina M., Golubenko M., Damba L., Fedorova S., Gusar V., Grechanina E., Mikerezi I., Moisan J.-P., Chaventre A., Khusnutdinova E., Osipova L., Stepanov V., Voevoda M., Achilli A., Rengo C., Rickards O., Stefano G. F., Papiha S., Beckman L., Janicijevic B., Rudan P., Anagnou N., Michalodimitrakis E., Koziel S., Usanga E., Geberhiwot T., Herrnstadt C., Howell N., Torroni A., Villems R. Origin and diffusion of MTDNA Haplogroup X // Am. J. Hum. Genet. 2003. -V.73. - P.1178-1190.

11. Пат. № 23577 Україна. Спосіб діагностики мітохондропатій / Гречаніна О.Я., Гречаніна Ю.Б., Гусар В.А., Здибська О.П., Васильєва О.В. (Україна) Опубл. 25.05.2007, Бюл. № 7.

12. Yankovsky N., Tambets K., Orekhov V., Rootsi S., Injutin A., Adojaan M., Kozhekbaeva J., Bermisheva M., Gusar V., Grechanina E., Kivisild T., PARIKY., Ivanov P., Khusnutdinova E., Villems R. MTDNA and Y chromosome diversity of eleven ethnic group from Eastern Europe // Human Genome meeting. Edinburgh, 2001. - P.1392.

13. Orekhov V., Tambets K., Rootsi S., Injutin A., Adojaan M., Kozhekbaeva J., Bermisheva M., Viktorova T., Gusar V., Grechanina E., Kivisild T., Parik Y., Ivanov P., Yankovsky N., Khusnutdinova E., Villems R. MTDNA lineage from European part of Russia: a clue to reveal prehistoric demographic and migration processes // BDENE: WITA. Novosibirsk, Russia, 2001. - P.316.

14. Гречанина Е.Я., Гусар В.А., Гречанина Ю.Б., Пронькина Н.В. Изучение гаплотипов для установления корреляции с митохондриальными заболеваниями // I Международная студенческая конференция по медицинской генетике: Тезисы докладов. - Харьков. - 2001. - С.30-33.

15. Grechanina O.Y., Novikova I.V., Moskalets N.V., Grechanina Y.B., Gusar V.A. Detection of inherited metabolic disorders in the region of Kharkov/Ukraine // Laboratorine Medicina: 8th AAEWIEM. - 2002. - P. 60.

16. Виллемс Р., Гусар В.А. Полиморфизм митохондриальной ДНК // Медицина третього тисячоліття: Тези доповідей Конференції молодих вчених ХДМУ, 17-18 січня 2002. - Харків. - 2002. - С.179.

17. Гречаніна Ю.Б., Гусар В.А., Гречанін Б.Є., Новікова І.В. Мітохондропатії в патології людини // III зїзд медичних генетиків в Україні: Тези доповідей, 2-4-жовтня 2002. - Львів. - 2002. - С. 28.

18. Гусар В.А., Виллемс Р., Гречанина Е.Я. Определение взаимоотношений украинцев и “генетической Евы” // III зїзд медичних генетиків в Україні: Тези доповідей, 2-4-жовтня 2002. - Львів. - 2002. - С. 32.

19. Гречанина Ю.Б., Гусар В.А. Современные аспекты митохондропатий // Биология - наука 21 века: Тезисы 7 Пущинской школы-конференции молодых ученых. - Пущино. - 2003. - С.17.

20. Гусар В.А., Гречанина Ю.Б., Гречанина Е.Я. Характеристика гаплотипов МТДНК украинской популяции // Биология - наука 21 века: Тезисы 7 Пущинской школы-конференции молодых ученых. - Пущино. - 2003. - С.325.

21. Кожекбаева Ж.М., Боринская С.А., Тяжелова Т., Спицин В.А., Гусар В.А., Гречанина Е.Я., Фещенко С.П., Янковский Н.К. Полиморфизм некоторых генов, связанных с общераспространенными заболеваниями, в трех восточнославянских популяциях // Проблеми клінічної генетики: Тези I Українського Конгресу з клінічної генетики з міжнародною участю. - Харків, 2003. - С.209-210.

22. Гусар В.А. Структура митохондриального генофонда украинской популяции // Медицина третього тисячоліття: Тези Міжвузівської конференції молодих вчених ХДМУ. - Харків. - 2007. - С.89.

23. Zhadanov S., Grechanina E., Grechanina Yu., Gusar V., Fedoseeva N., Lebon S., Mьnnich A., Schurr T. MTDNA mutations in Leigh syndrome expression: recurrent incidence of the ND5 genetic defect // 56th Annual Meeting Am. Soc. Hum. Genet. USA, 2006. - P. 269.

24. Гречанина Е.Я., Здыбская Е.П., Гусар В.А. Митохондриальная болезнь в сочетании с опухолью надпочечника: описание случая // Ультразвуковая перинатальная диагностика. - 2006. - №21. - С. 39-41.

25. Grechanina E.Ya., Gusar V.A. The structure of mitochondrial genofound of Ukrainian population // 5th European Congress in Newborn Screening. - Reykjavik, 2007. - P. 19.

26. Гречанина Е.Я., Гусар В.А. Спектр и частота гаплотипов митохондриальной ДНК у пациентов с митохондриальными заболеваниями // Актуальні питання медичної генетики: Матеріали науково-практичної конференції з міжнародною участю. - Київ. - 2007. - С.36-38.

27. Grechanina E.Y., Gusar V.A., Villems R. The mitochondrial DNA polymorphism in Ukrainian population // 5th Conference in forensic genetics and molecular anthropology. Croatia, 2007. - P.135.