Материалы и методы

diaendo

Сахарный диабет

Diabetes mellitus

2072-03512072-0378

Endocrinology research centre

10.14341/2072-0351-5449

diaendo-5449

Research Article

Статьи

Articles

Диабетогенные маркеры HLA класса II в удмуртской популяции: генотип-зависимость, роль DQ трансгетеродимеров

Class II HLA diabetogenic markers in an Udmurtian population: genotype dependence, the role of DQ trans-heterodimers

Иванова

Ольга Николавна

Ivanova

Olga Nikolavna

Прокофьев

Сергей Александрович

Prokof'ev

Sergey Alexandrovich

genetics1@yandex.ru

Зверева

Яна Станиславовна

Zvereva

Yana Stanislavovna

Коваленко

Татьяна Викторовна

Kovalenko

Tatiana Viktorovna

Блинов

Андрей Владимирович

Blinov

Andrey Vladimirovich

Петеркова

Валентина Александровна

Peterkova

Valentina Alexandrovna

ФГУ Эндокринологический научный центр, МоскваEndocrinological Research Centre, Moscow

ГОУ ВПО Ижевская государственная медицинская академия, ИжевскIzhevsk State Medical Academy, Izhevsk

2009

15092009

123

№3 (2009)

3336

2009

Иванова О.Н., Прокофьев С.А., Зверева Я.С., Коваленко Т.В., Блинов А.В., Петеркова В.А.

Ivanova O.N., Prokof'ev S.A., Zvereva Y.S., Kovalenko T.V., Blinov A.V., Peterkova V.A.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://www.dia-endojournals.ru/jour/article/view/5449

сахарный диабет 1 типагены DRB1DQB1 HLA класса IIроль DQ гетеродимеровудмуртская популяция

DQA1type 1 diabetes mellitusclass II HLA DRB1DQA1DQB1 genesrole of DQ heterodimersUdmurtian population

Поиск ассоциаций – один из подходов, позволяющих приблизиться к пониманию патогенеза и оценить риск возникновения мультифакториальных заболеваний. Сегодня прогноз развития сахарного диабета первого типа (СД1) у индивида основан на данных не только семейного анамнеза, наличия аутоантител и результатов метаболических тестов, но и на определении генетических маркеров, ассоциированных с СД1. Давно установлена и общепризнана доминирующая роль генов главного комплекса гистосовместимости (в частности, HLA – human leukocyte antigen – класса II: DRB1, DQA1, DQB1) в генетической предрасположенности к развитию СД1; определены характерные для европеоидов и ориентов наиболее диабетогенные HLA класса II аллели и гаплотипы [1]. При этом наблюдается существенная межэтническая и даже межпопуляционная разница как спектров диабетогенных специфичностей, так и степеней их ассоциации с заболеванием, что отражается на уровне заболеваемости и распространенности СД1 в популяции. В различных странах уровень заболеваемости СД1 колеблется от менее 3 до 20 и более на 100 тысяч населения. В Финляндии (страна с компактным проживанием финно-угоров) зарегистрирован самый высокий уровень заболеваемости детского населения СД1 – 43,9/100 тысяч в год. К финно-угорской группе народов относится и Удмуртская этническая группа, проживающая на территории Российской Федерации. В 2004 г. распространенность СД1 среди детей удмуртской национальности составляла 35,51 на 100 тысяч детского населения, заболеваемость – 8,45 на 100 тысяч детского населения в год [2].

В этой популяции была показана [3] (табл. 1) статистически достоверная ассоциация СД1 с единственным гаплотипом HLA класса II – DRB1*04-DQA*0301-DQB1*0302 (т.н. «классический» предрасполагающий гаплотип). Этот гаплотип сообщает наибольший риск развития СД1 не только на индивидуальном уровне (OR=12; рс=3×10-5), но и на популяционном (EF=0,22), т.е. является наиболее предрасполагающим, как и в других европеоидных популяциях. Разница частот второго «классического» предрасполагающего гаплотипа (DRB1*17(03)-DQA*0501-DQB1*0201) достигает 12%, но не достоверна (OR=4,9, р=0,003, но рс=0,075, EF=0,12), что может быть связано, во-первых, с величиной выборки, во-вторых, с генетическими особенностями удмуртской популяции. Возможно, что в удмуртской популяции (1) локусы вне HLA оказывают бо`льшее влияние на чувствительность к СД1 или/и (2) внутри локуса HLA бо`льшее значение имеет генотип-опосредованная модуляция чувствительности к СД1.

Цель данной работы – выявление генотип-зависимости ассоциации гаплотипов HLA класса II (DRB1*-DQA1*-DQB1*) с СД1 в популяции удмуртов, проживающих в Удмуртской Республике, а также поиск наиболее выраженных HLA класса II маркеров заболевания.

Материалы и методы

Методом случай-контроль исследовано 126 детей удмуртской национальности (удмурты в третьем поколении), 29 из которых имели СД1 (средний возраст манифестации 8,5 лет) и 97 являлись практически здоровыми. Родственники из анализа исключались. Геномную ДНК выделяли из лимфоцитов периферической крови фенольно-хлороформной экстракцией после обработки протеиназой К. Образцы крови предоставлены эндокринологами ГОУ ВПО Ижевская государственная медицинская академия. Идентификацию аллелей генов HLA проводили методом мультипраймерной аллель-специфической полимеразной цепной реакции, используя наборы ЗАО «НПФ ДНК-Технология» (Россия). Обозначение специфичностей генов HLA соответствует общепринятой номенклатуре.

Частоты трехлокусных гаплотипов HLA класса II определяли, используя EM (Exdivectation – Maximization) алгоритм. Вне семейного анализа этот метод высокоэффективен для определения частот гаплотипов генов, находящихся в тесном сцеплении [4], в частности DRB1*, DQA1* и DQB1*[5]. Полученные данные подтверждались сравнением с известными группами сцепления HLA класса II в европеоидных популяциях. Частоты гаплотипов, соответствие распределения равновесию Харди-Вайнберга, достоверность неравновесного сцепления между мультиаллельными локусами вычисляли с помощью программы Arlequin ver 3.01 [6].

Степень ассоциации признака с заболеванием определялась величиной показателя отношения шансов (OR-odd`s ratio) [7]. Приведены 95% доверительные интервалы для OR (95% CI-confidence intervals). Точный двусторонний критерий Фишера или χ2-тест с поправкой Йетса на непрерывность использовали для оценки достоверности различий (р) в распределении частот гаплотипов/генотипов. Для множественных сравнений вводилась поправка Бонферрони (рс). Значимыми считались отличия, для которых рс<0,05. Степень ассоциации признака с заболеванием на популяционном уровне EF (etiologic fraction) и PF (divreventive fraction) определялась по формулам [8]. Расчеты выполняли при помощи компьютерных программ StatSoft, Inc. (2001). STATISTICA (data analysis software system), version 6.www.statsoft.com; Microsoft Office Excel-2003.

Результаты и обсуждение

Надо отметить, что в большинстве европеоидных популяций частоты «классических» предрасполагающих гаплотипов заметно выше, чем в удмуртской популяции (табл. 2): частота DRB1*04-DQA*0301-DQB1*0302 варьирует от 8 до15% против 2,6%, частота DRB1*17(03)-DQA*0501-DQB1*0201 находится в пределах 9±3%, достигая 22% в Словении [9 – 14] против 3,6%. В финской популяции частоты этих гаплотипов составляют 16% и 12,9% соответственно (NCBI`s db MHC).

В то же время в удмуртской популяции обнаружилась чрезвычайно высокая частота протективных гаплотипов DRB1*07-DQA*0201-DQB1*0201 (24,23%) и DRB1*07-DQA*0201-DQB1*0303 (8,76%) по сравнению с другими популяциями (табл. 2). Например, в финской популяции частота первого гаплотипа по разным источникам составляет 1,4–4,1%, у русских из семи разных регионов европейской части России – 7,4% – 14% [14], у американцев европейского происхождения – 11,08% [10], у бурят – 7,4% [15], у якутов – 7,8% и лишь в популяциях башкир и татар достигает 19,3% (наши данные неопубл.) и 20% [9] соответственно. Гаплотип DRB1*07-DQA*0201-DQB1*0303 не встречается в группе больных удмуртов, тогда как в контрольной группе частота его достигает 8,76% против 0,7–5,4% в десяти разных популяциях европейской части России [9]. В финской популяции частота этого гаплотипа составляет 1,4–2,5%. Этот гаплотип в работе [16] описан как высокопротективный.

Учитывая, что локус HLA класса II является основным в наследовании чувствительности к развитию СД1 и приняв во внимание работы свидетельствующие о том, что существенная часть межэтнических различий в заболеваемости СД1 связана с различной популяционной частотой протективных и предрасполагающих гаплотипов [11, 12, 17], можно предположить, что дети-удмурты подвержены заболеванию меньше, чем европеоиды, так как мы отмечаем существенно более высокую частоту двух протективных гаплотипов (DRB1*07-DQA*0201-DQB1*0201 и DRB1*07-DQA*0201-DQB1*0303) и более низкую частоту предрасполагающих гаплотипов (DRB1*04-DQA*0301-DQB1*0302 и DRB1*17(03)-DQA*0501-DQB1*0201) в удмуртской популяции по сравнению с другими европеоидами.

Однако распространенность СД1 у детей удмуртской и русской национальностей в Удмуртской Республике отличается незначительно (35,51 против 37,66 на 100 тыс. детского населения), а заболеваемость у русских даже ниже (5,47 против 8,45 на 100 тысяч детского населения в год) [2]. Вновь возникает предположение о генетических особенностях удмуртской популяции: (1) локусы вне HLA оказывают большее влияние на чувствительность к СД1 или/и (2) внутри локуса HLA большее значение имеет генотип-опосредованная модуляция чувствительности к СД1.

Известно, что во многих европеоидных популяциях индивидумы, имеющие генотип DRB1*04-DQA1*0301-DQB1*0302 / DRB1*17(03)-DQA1*0501-DQB1*0201, подвержены значительно более высокому риску заболеть СД1. Самый высокий из известных HLA-DQ – опосредованных рисков сообщает гетерозиготная комбинация DQA*03-DQB1*0302 и DQA1*05- DQB1*0201, что говорит о возможной роли транскомплементации в чувствительности к СД1 [18]. При транскомплементации DQα цепь, кодируемая DQA1 одной хромосомы, и DQβ цепь, кодируемая DQB1 другой хромосомы, формируют гибридные молекулы, экспрессируемые на поверхности клеток. Было продемонстрировано, что транс-кодируемые гетеродимеры HLA экспрессируются и узнаются Т-клетками [19–21].

Ряд работ предоставляют прямые доказательства [22] и косвенные свидетельства [18, 23] ассоциации гетеродимеров DQA1*03 DQB1*02 с СД1 в различных популяциях. В цис-положении аллели DQA*03 и DQB1*02 встречаются крайне редко (0,3–1%), но на выборке из 4461 человек методом случай-контроль было показано, что этот гаплотип ассоциирован с СД1 (OR=12,2; рс=0,005) [22]. В этой же работе была продемонстрирована роль транскодируемых гетеродимеров DQA*03 и DQB1*02 в чувствительности к СД1 среди белых европеоидов и северных африканцев (бельгийский регистр). Результаты, полученные на различных популяциях Европы и США (1421 ядерная семья), показали, что формирование DQA*0301-DQB1*0201 трансгетеродимеров является важным фактором в ассоциации HLA с СД1 [18]. Было также замечено, что генотип DRB1*17-DQA1*0501-DQB1*0201 / DRB1*09-DQA1*0301-DQB1*0303 является высокопредрасполагающим к СД1 в азиатских популяциях (RR=10, div<0,01) [23] , что тоже может быть связано с образованием DQA*0301-DQB1*0201 трансгетеродимеров.

В европеоидных популяциях фенотип DQA1*0301+ DQB1*0201+ чаще всего является результатом гетерозиготной комбинации гаплотипов DRB1*04-DQA1*0301- DQB1*0302 и DRB1*17(03)-DQA1*0501-DQB1*0201. Примерно 35% больных СД1 в США являются такими гетерозиготами (против 2,4% в популяции в целом) [16], а в финской популяции 23% больных СД1 являются такими гетерозиготами [24]. В удмуртской популяции лишь 7% (2 из 29) больных СД1 имеют генотип DRB1*04-DQA1*0301-DQB1*0302/DRB1*17(03)-DQA1*0501- DQB1*0201. В контрольной группе таких генотипов не выявлено. В 126 генотипах цис-кодируемых DQA1*0301-DQB1*0201 выявлено 1,2% (0,5% в группе контроля и 3,5% в группе пациентов). В 69% случаев (9 из 13) фенотип DQA1*0301+DQB1*0201+ представлен генотипами DRB1*04-DQA1*0301-DQB1*0302/DRB1*07-DQA1*0201-DQB1*0201 и DRB1*09-DQA1*0301-DQB1*0303/DRB1*07-DQA1*0201-DQB1*0201. Частота фенотипа DQA1*0301+ DQB1*0201+ (включая как цис-, так и транскодируемые DQ гетеродимеры; табл. 3) вгруппе больных удмуртов достигает 27,6%, а в группе здоровых – 5,2% (OR=7,0; р=0,0017; EF=0,24).

Поскольку в европеоидных популяциях гаплотип DRB1*04-DQA*0301-DQB1*0302 является наиболее предрасполагающим к возникновению СД1, мы попытались оценить ассоциацию фенотипа DQA1*0301+DQB1*0302+ (аллели DQA1*0301 и DQB1*0302 как цис-, так и транскодируемые) с СД1. Оказалось, что этот фенотип ассоциирован с СД1 заметно больше (табл. 3: OR=18,2; рс=2×10-5; EF=0,55), чем гаплотип DRB1*04-DQA*0301-DQB1*0302 (табл. 1: OR=12; рс=3×10-5; EF=0,22).

Интересно отметить, что наличие в генотипе протективного гаплотипа DRB1*07-DQA1*0201-DQB1*0201 (табл. 1: OR=0,36; р=0,036; PF=0,16) обеспечивает протекцию лишь в случае отсутствия в генотипе аллеля DQA1*0301 (табл. 4: генотип DRB1*07-DQA1*0201-DQB1*0201/DQA1*0301-; OR=0,2; р=0,012; PF=0,29). Разница частот генотипа DRB1*07- DQA1*0201-DQB1*0201 / DQA1*0301+ (10,3% в группе СД1 против 4,1% в группе контроля) недостоверна, но обращает на себя внимание инверсия ассоциации (OR= 2,68), что косвенно тоже подтверждает существенную роль DQA1*0301 DQB1*0201 трансгетеродимеров в чувствительности к СД1. Увеличение выборки, конечно, позволит более категорично судить об этом явлении.

Однако данные представленного пилотного исследования удмуртской популяции позволяют говорить о заметной роли как DQA*0301-DQB1*0302, так и DQA1*0301-DQB1*0201 трансгетеродимеров в чувствительности к СД1. И можно предположить, что при низкой частоте «классических» высокопредрасполагающих гаплотипов относительно высокая заболеваемость и распространенность СД1 в удмуртской популяции обеспечивается модулирующим действием DQ трансгетеродимеров. Имея в виду возможность практического применения результатов, надо сказать, что в удмуртской популяции первичный скрининг групп риска на генетическую предрасположенность к СД1 рационально начинать с определения фенотипа HLA класса II DQ локуса. Фенотип DQA1*0301-DQB1*0302 или/и *0201 обнаружен у 62% больных против 10% в контрольной группе (табл. 3: OR=14,2; EF=0,58; рс=6×10-5).

Представленный материал подтверждает наблюдения о том, что DQ локус (и/или гены, находящиеся в тесном сцеплении с ним) оказывает наиболее существенный эффект на риск возникновения СД1 [25].

References1

Ikegami H., Kawabata Y., Noso S. et al. Genetics of type 1 diabetes in Asian and Caucasian populations //Diab. Res. Clin. Pract. 2007. V. 77. Suppl 1. P. S116-121.

Коваленко Т.В., Блинов А.В., Кураева Т.Л. Эпидемиология сахарного диабета 1 типа у детей и подростков в Удмуртской Республике //Сахарный диабет. 2006. №2. С. 8-10.

Коваленко Т.В., Кураева Т.Л., Блинов А.В. и др. Исследование ассоциации сахарного диабета 1 типа с полиморфными аллелями и гаплотипами HLA класса II в удмуртской популяции //Сахарный диабет. - 2009. - №4.

Long J.C., Williams R.C., Urbanek M. An E-M algorithm and testing strategy for multiplelocus haplotypes //Am.J.Hum.Genet. 1995. V. 56. P. 799-810.

Begovich A.B., McClure G.R., Suraj V.C. et al. Polymorphism, recombination and linkage disequilibrium within the HLA class II region. //J. Immunol. 1992. V. 148. P. 249-58.

Excoffier L., Schneider S. Arlequin ver. 3.0: An integrated software package for population genetics data analysis //Evolutionary Bioinformatics Online. 2005. V. 1. P. 47-50.

Woolf B. On estimating the relation between blood group and disease //Am. Hum. Genet. 1955. V.9. P. 251-253.

Bengtsson B.O., Thomson G. Measuring the strength of associations between HLA antigens and diseases //Tissue Antigens. 1981. V. 17. P. 356-363.

Болдырева М.Н., Гуськова И.А., Богатова О.В. и др. HLA- генетическое разнообразие населения России и СНГ. II. Народы европейской части //Иммунология. -2006.- №4.- С. 198-202.

Klitz W., Maiers M., Spellman S. et al. New HLA haplotype frequency reference standards: High-resolution and large sample typing of HLA DR-DQ haplotypes in a sample of European Americans //Tissue antigens. 2003. V. 62. P. 296-307.

Petrone A., Battelino T., Krzisnik C. et al. Similar incidence of type 1 diabetes in two ethnically different populations (Italy and Slovenia) is sustained by similar HLA susceptible/protective haplotype frequencies //Tissue Antigens. 2002. V. 60. №3. P. 244-53.

Petrone A., Bugawan T.L., Mesturino C.A. et al. The distribution of HLA class II susceptible/protective haplotypes could partially explain the low incidence of type 1 diabetes in continental Italy (Lazio region) //Tissue Antigens. 2001. V. 58. P. 385-394.

Guerin V., Leniaud L., Pedron B. et al. HLA-associated genetic resistance and susceptibility to type I diabetes in French North Africans and French natives //Tissue Antigens. 2007. V. 70. №3. P. 214-218.

Болдырева М.Н., Алексеев Л.П., Хаитов Р.М. и др. HLA- генетическое разнообразие населения России и СНГ. I. Русские //Иммунология. - 2005. №5. - С. 260-263.

Дедов И.И., Колесникова Л.И., Иванова О.Н. и др. Полиморфизм генов HLA класса II и CTLA4 здоровых бурят и больных сахарным диабетом 1 типа в Бурятской Республике //Сахарный диабет.- 2006. №1. - С. 2-8.

Redondo M.J., Fain P.R., Eisenbarth G.S. Genetics of Type 1A Diabetes //Recent Prog.Horm.Res. 2001. V. 56. P. 69-89.

Ronningen K.S., Keidinq N., Green A.; EURODIAB ACE Study Group. Europe and Diabetes. Correlations between the incidence of childhood-onset type I diabetes in Europe and HLA genotypes //Diabetologia. 2001. V. 44. Suppl 3. P. B51-В59.

Koeleman B.P., Lie B.A., Undlien D.E. et al. Genotype effects and epistasis in type 1 diabetes and HLA-DQ trans dimmer associations with disease //Genes and Immunity. 2004. V. 5. P. 381-388.

Kwok W.W., Schwarz D., Nepom B.S. et al. HLA-DQ molecules form alpha-beta heterodimers of mixed allotype //J.Immunol. 1988. V. 141. №9. P. 3123-127.

Nepom B.S., Schwarz D., Palmer J.P., Nepom G.T. Transcomplementation of HLA genes in IDDM. HLA-DQ alpha- and beta-chains produce hybrid molecules in DR3/4 heterozygotes //Diabetes. 1987. V. 36. №1. P. 114-117.

Gjertsen H.A., Lundin K.E., Ronningen K.S. et al. T cells recognizing an HLA-DQ alpha beta heterodimer encoded in cis by the DR4DQw4 haplotype and in trans by DR4DQw8/DRw8DQw4 heterozygous cells //Hum. Immunol. 1991. V. 30. №3. P. 226-232.

Autreve J.E., Weets I., Gulbis B. et al. and the Belgian Diabetes Registry. The Rare HLA-DQA1*03-DQB1*02 Haplotype Confers Susceptibility to Type 1 Diabetes in Whites and Is Preferentially Associated With Early Clinical Disease Onset in Male Subjects //Human Immunology. 2004. V. 65. P. 729-736.

Sang Y., Yan C., Zhu C., Ni G. Relationship between HLA-DRB1 and DQ alleles and the genetic susceptibility to type 1diabetes //Chin.Med.J.(Engl.) 2001. V. 114. №4. P. 407-409.

Hermann R., Turpeinen H., Laine A.P. et al. HLA DR-DQ encoded genetic determinants of childhood-onset type 1 diabetes in Finland: an analysis of 622 nuclear families //Tissue Antigens. 2003. V. 26. №2. P. 162-169.

Thorsby E., Ronningen K.S. Particular HLA-DQ molecules play a dominant role in determining susceptibility or resistance to type-1 (insulin- dependent) diabetes-mellitus //Diabetologia. 1993. V. 36. №5. P. 371-377.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.