Содержание | Следующая статья
Журнал 'Цитокины и воспаление', 2005, № 2
ПОЛИМОРФИЗМ ГЕНОВ СЕМЕЙСТВА IL-1 ЧЕЛОВЕКА
А.Ю. Громова, А.С. Симбирцев
Согласно данным последних лет, полиморфизм генов цитокинов, включая семейство IL-1, оказывает существенное влияние на предрасположенность к ряду заболеваний и способы лечения, в частности на цитокиновую и антицитокиновую терапию. По всей видимости, в зависимости от индивидуального ансамбля высоко- и низкопродуцируюших вариантов генов про- и противовоспалительных цитокинов характер воспалительного ответа может значительно различаться между индивидуумами с полярными ("провоспалительным" и "противовоспалительным") генотипами. Такая поляризация может быть ответственна за выраженную дисрегуляцию воспаления и оказывать существенное влияние на общие особенности протекания воспалительного ответа - остроту, хронизацию, уровень лихорадки и др., проявляющиеся при заболеваниях с воспалительным генезом у конкретного больного в анамнезе, а также являться неблагоприятным фактором при инфицировании беременности. Анализ литературы заставляет предположить, что для пациентов с "противовоспалительным" генотипом иммунокоррекция путем введения аналогов провоспалительных цитокинов или блокирование продукции противовоспалительных цитокинов высокоэффективны, а для лиц с "провоспалительным" генотипом - низкоэффективны и могут сопровождаться выраженным побочным эффектом; верно и обратное - при "провоспалительном" генотипе пациента. Выявление ассоциации той или иной патологии с определенным генотипом, в конечном итоге, может дать возможность для создания базы данных, позволяющей сделать долгосрочный индивидуальный прогноз для конкретного лица и провести необходимые терапевтические мероприятия для предотвращения развития заболевания или снижения тяжести его протекания. (Цитокины и воспаление. 2005. Т. 4, № 2. С. 3-12.)
Благодаря достижениям программы "Геном человека" идентифицированы гены, мутации которых приводят к наследственным болезням или увеличивают риск многофакторных заболеваний. Это повлекло за собой разработку новой стратегии в лечении, направленной на выявление индивидуальной предрасположенности к конкретной патологии и исправление функций дефектного гена, в том числе с помощью методов иммунокоррекции. Согласно данным последних лет, различия в генах, контролирующих защитные реакции организма, могут влиять на уровень продукции кодируемых белков и, тем самым, на характер протекания иммунного ответа. В связи с этим функциональный полиморфизм генов цитокинов представляет значительный интерес, т. к. именно эти белки вносят наибольший вклад в регуляцию иммунитета. В данном обзоре рассмотрен полиморфизм генов, кодирующих белки семейства IL-1, его влияние на характер протекания воспалительного ответа, предрасположенность к ряду заболеваний и способы иммунокоррекции.
Наиболее частой причиной различий в структуре генов являются точечные мутации, тандемные повторы частей гена, а также делеции нуклеотидов или небольших фрагментов гена. Несущие мутации участки одного или нескольких генов, расположенные очень близко друг к другу, могут наследоваться совместно (сцепленно) в результате селективных преимуществ или, что более типично, из-за нерегулярности мейотической рекомбинации в данной области хромосомы. В результате: ряд мутаций либо присутствуют в одном гаплотипе (набор генов, получаемый от одного из родителей), либо отсутствуют вообще. Во втором случае события регулярной рекомбинации между областями хромосомы, несущими определенные мутации, приводят к их расхождению на разные хромосомы - это т. н. явление расщепленного или равновесного наследования. Выявляемая статистическая корреляция между заболеванием и мутацией не обязательно указывает на то, что тот или иной полиморфный маркер является его непосредственной причиной. Ассоциированный с болезнью полиморфизм может быть сцеплен с вызывающей дисрегуляцию мутацией и поэтому являться достоверным диагностическим маркером.
Гены семейства IL-1
IL-1 - цитокин с широким диапазоном биологических и физиологических эффектов, включая генерацию лихорадки, синтез простагландинов, активацию T-лимфоцитов и продукцию IL-2. В семейство IL-1 принято включать IL-1a, IL-1b, рецепторный антагонист IL-1 (IL-Ra), рецепторы IL-1R и IL-18. Это семейство - член суперсемейства, в которое также входят гены, связывающих гепарин ростовых факторов (HBGF), ингибиторов трипсина (STI) и гистактофилина. Все они имеют подобные структуры, семейства генов IL-1 и HBGF имеют приблизительно 25%-ное сходство последовательности, с факторами STI общего меньше. Подобие последовательности в пределах подсемейств, кодирующих IL-1a и IL-1b, достаточно высоко - приблизительно 70 %, но между подсемействами сходства меньше: на уровне ДНК степень гомологии между IL-1a и IL-1b составляет 45 %, тогда как на аминокислотном уровне - только 26 %. Процессинг функционально неактивного белка-предшественника IL-1b (31 кДа) в активную форму (17 кДа) осуществляется высокоспецифичной цистеиновой протеазой из семейства каспаз - каспазой-1. Другое название этого фермента - IL-1 бета-конвертаза, в зарубежных источниках общепринятым является обозначение ICE (interleukin-1 beta converting enzyme). Напротив, IL-1a синтезируется сразу в активной форме. Биологические эффекты IL-1b реализуются после связывания со специфическим мембранным рецептором IL-1RI. IL-1Ra также может связываться с этим рецептором, блокируя эффекты IL-1. Рецептор IL-1RII является рецептором-ловушкой и вместе с IL-1Ra выполняет функции подавления активности IL-1b. На основании анализа структуры генов высказано предположение, что ген IL1B произошел из гена IL1A путем дупликации ДНК в результате обратной транскрипции около 350 млн лет назад. При сравнении последовательностей этих генов и гена IL1RN, кодирующего IL-1Ra, возникла гипотеза, что ген IL1RN образован дублированием гена-предшественника прежде, чем образовались гены, кодирующие IL-1a и IL-1b. Гены семейства IL-1 локализованы на 2-й хромосоме. При изучении структуры этих генов было выяснено, что число и распределение экзонов свидетельствует о поразительной консервативности их структурной организации. Ген IL1A содержит 7 экзонов и 6 интронов. Ген IL1B содержит 22 экзона, 20 из которых альтернативные (т. е. имеют структурные варианты) и 9 интронов, из которых альтернативных 8. Оба гена имеют нетранслируемые области на 3ў и 5ў концах. Более того, для них характерна высокая степень гомологии интронных последовательностей, что, как предполагается, играет важную регуляторную роль в экспрессии этих генов. Так, например, интрон 5 содержит последовательность, "чувствительную" к действию глюкокортикоидов, которые являются одними из самых мощных ингибиторов транскрипции IL-1. С другой стороны, в регуляторной области гена IL1B содержится последовательность ТАТА-box, характерная для многих индуцибельных белков. Однако ее нет у гена IL1A [5, 13, 52].
Равновесие между продукцией, экспрессией и ингибицией синтеза белков семейства IL-1 играет одну из ключевых ролей в развитии, регуляции и исходе воспалительного процесса [7]. До выявления ассоциаций повышенной выработки IL-1 с определенными аллелями было известно, что некоторые люди производят более высокие уровни IL-1. Причем склонность к более высокой выработке этого цитокина, выявленная в первом исследовании, сохраняется и в более поздних измерениях, а также имеет тенденцию передаваться по наследству. Исследования последних лет показали, что за измененный характер экспрессии и продукции соответствующих белков ответственны некоторые аллельные ассоциации генов семейства IL-1. Аллель гена IL1A, несущий точечную замену в области промотора в позиции (-889), ассоциируется с повышенной продукцией этого цитокина [20, 22]. В гене IL18 выявлены замены нуклеотидов в позициях (-656, -607, -137, +113 и +127). Анализ транскрипционной активности выявил, что функциональную значимость имеют замены в позициях (-137)GRC и (-607)CRA, т. к. они связаны с более низкой продукцией белка [18]. Чаще встречающийся аллель гена IL1RN*1 содержит четыре тандемных повтора по 86 п.о. (VNTR - variable number tandem repeat), наиболее значимым из мутантных вариантов является аллель IL1RN*2, несущий два повтора, остальные варианты этого гена (3, 5 и 6 повторов) встречаются редко. Носительство аллеля IL1RN*2 связано с повышенным уровнем циркулирующего IL-1Ra и уровнем экспрессии мРНК в ходе воспаления [23, 54]. Выявлен ряд точечных маркеров высокопродуцирующего варианта гена IL1B, наследуемых чаще сцепленно (+3953, -3737, -1469, -999) [22]. У лиц, гомо- или гетерозиготных по высокопродуцирующему аллелю IL1B(+3953)CRT, продуцируется, соответственно, в 4 и 2 раза большее количество этого цитокина, чем у лиц, гомозиготных по не мутантному варианту этого гена (IL1B*1) [37]. Присутствие в геноме полярных сочетаний (знак "+" - вариант гена присутствует, знак "-" - отсутствует) IL1B(+3953)+/IL1RN*2-, IL1B(+3953)-/IL1RN*2+ и сочетанного носительства IL1B(+3953)+/IL1RN*2+ может оказывать существенное влияние на соотношение экспрессии и продукции этих белков и являться одной из главных причин дисрегуляции воспалительного ответа [23].
Причинами разницы в продукции могут быть обусловленные мутацией измененные: скорость транскрипции, стабильность мРНК или качество и активность продуцируемого белка [54]. Описаны два относительно часто встречающихся гаплотипа, ассоциированные с рядом заболеваний, где варианты аллелей генов семейства IL-1 передаются чаще сцепленно (табл. 1) [37, 45, 53].
Таким образом, аллель IL1RN*2 чаще встречается в ассоциации с нормальным (низкопродуцирующим) аллелем IL1B*1 и редко присутствует совместно с высокопродуцирующим аллелем - IL1B*2 (маркер - одна из замен нуклеотидов, перечисленных выше). Феномен такого наследования объясняется тем, что эти варианты генов, расположенных близко друг к другу, наследуются, как правило, сцепленно. У лиц, гетерозиготных по этим генам, одна из хромосом несет гаплотип IL1B*1/IL1RN*2, вторая - IL1B*2/IL1RN*1, в результате давая сочетание "1/2"IL1B + "1/2"IL1RN. Очень редко (1-2 % популяции) встречается гаплотип IL1B*2/IL1RN*2, который, по всей видимости, является результатом мейотической рекомбинации на участке хромосомы, несущей эти мутации [2, 54]. Данные о носительстве двух одинаковых гаплотипов IL1B*2/IL1RN*2 (сочетание "2/2"IL1B + "2/2"IL1RN) в литературе отсутствуют. В наших исследованиях (n = 600) не встречались прошедшие генотипирование взрослые пациенты и доноры, являющиеся носителями сочетаний "2/2"IL1B + "2/2"IL1RN. Сочетание генов "2/2"IL1B + "1/2"IL1RN (гаплотипы IL1B*2/IL1RN*2 и IL1B*2/IL1RN*1) среди больных и доноров также не выявлялось [2, 3]. Однако, согласно статистическим подсчетам, исходя из встречаемости гаплотипов IL1B*2 + IL1RN*1 и IL1B*1 + IL1RN*2 (30-50 %), ожидаемая частота совместного носительства гаплотипов IL1B*2 + IL1RN*2 и IL1B*2 + IL1RN*1 составляет около 2-2,5 %, а двух гаплотипов IL1B*2 + IL1RN*2 - 0,5 %. Исходя из частоты гетерозиготных вариантов 1/2 (30-50 %), число гомозигот по аллелям 1 и 2 ("1/1" и "2/2") не должно значительно различаться. Однако среди доноров гомозиготные варианты по аллелям 1 генов IL1B и IL1RN ("1/1") встречаются в 5-10 раз чаще, чем гомозиготные по высокопродуцирующим вариантам гены ("2/2") (табл. 2). Возможно, носители указанных сочетаний, в связи с их редкой частотой встречаемости, не попали в число лиц, прошедших генотипирование. Тем не менее, эти положения позволяют высказать гипотезу, что сочетание гаплотипов, не обнаруженных при генотипировании, может быть неблагоприятным для развития беременности вследствие выраженной дисрегуляции воспалительного ответа при внутриматочной инфекции или элиминироваться в детском возрасте. Вследствие этого, совместное носительство высокопродуцирующих аллелей IL1B(+3953) и IL1RN*2 (редкий гаплотип) скорее элиминируется, поэтому функциональная мутация в одном из этих генов чаще встречается в сочетании с не мутантным аллелем другого из них. Однако этот вопрос требует дальнейшего прояснения.
Полиморфизм генов семейства IL-1 и характер протекания воспалительного ответа
Из клинических наблюдений известно, что реализация воспалительного ответа у разных лиц может существенно различаться по интенсивности и продолжительности, у одного больного протекать более остро, агрессивно и сопровождаться высокими значениями лихорадки; у другого иметь затяжной характер и протекать хронически, не сопровождаясь выраженным повышением температуры тела. Причем общие особенности воспалительного ответа (острота, хронизация, уровень лихорадки и т. д.) у конкретного больного могут проявляться постоянно в течение жизни, независимо от типа воспалительного заболевания. Очевидно, индивидуальный ансамбль аллельных вариантов генов цитокинов может отчасти определять характер воспалительного ответа. По всей видимости, в зависимости от индивидуального ансамбля высоко- или низкопродуцируюших вариантов генов цитокинов, участвующих в реализации воспаления, характер воспалительного ответа может значительно различаться между индивидуумами с полярными генотипами: например, ряд генов провоспалительных цитокинов являются высокопродуцирующими, а противовоспалительных цитокинов - низкопродуцирующими - "провоспалительный генотип"; или обратная ситуация - "противовоспалительный генотип".
В целом, влияние полиморфизма генов IL1B и IL1RN на характер воспаления, вероятно, можно описать в виде следующих тенденций: носительство немутантных вариантов этих генов определяет адекватную продукцию соответствующих белков и регуляцию функционирования системы IL-1; у носителей генетически обусловленного перевеса в сторону продукции IL-1b воспаление протекает более остро, у носителей генетически обусловленного перевеса в сторону выработки IL-1Ra воспалительный ответ более продолжителен, что может являться причиной хронизации воспаления.
Кроме того, по-видимому, соотношение продукции IL-1b/IL-1Ra у носителей "полярных" генотипов неодинаково на разных стадиях воспалительного ответа. Вследствие этого в литературе имеются конфликтные результаты, в частности, об уровне продукции IL-1Ra у носителей варианта IL1RN*2 или IL-1b у лиц с IL1B(-511). Так, например, в нескольких более ранних источниках сообщается о сниженном или неизмененном уровне выработки этого белка при воспалении у носителей IL1RN*2 [49]. Однако в большинстве исследований убедительно доказывается, что этот вариант гена отвечает за повышенную выработку IL-1Ra [14, 23, 36, 54]. Причем носительство аллеля IL1RN*2 связано не только с повышенным уровнем экспрессии этого гена в ходе воспаления, но и с повышенным уровнем циркулирующего IL-1Ra у здоровых лиц, а также редуцированной продукцией IL-1a [14, 36].
С одной стороны, носительство высокопродуцирующего варианта гена IL1B(+3953) и немутантного (по маркеру VNTR) гена IL1RN связано с повышенной продукцией кодируемого IL-1b и сниженным содержанием IL-1Ra при остром воспалении [12]. У здоровых носителей высокопродуцирующего варианта гена IL1B(+3953) в 2-3 раза выше ЛПС-индуцированная продукция этого цитокина [37]. С другой стороны, по нашим данным, при хронизации воспалительного ответа у носителей такого гена уровень продукции IL-1b ниже, чем у лиц с гомозиготным высокопродуцирующим геном IL1RN*2 и низкопродуцирующим геном IL1B*1 [2, 3].
Такая разница в соотношении продукции IL-1b/IL-1Ra при остром и хроническом воспалении согласуется с положением, высказанным M. Hurme et al.: уровень IL-1Ra в плазме крови скоординированно и совместно регулируется генами IL1B и IL1RN, а носительство IL1RN*2 ответственно за повышенный уровень как циркулирующего IL-1Ra, так и IL-1b, увеличенная активация экспрессии и продукции которого является следствием сверхвыработки IL-1Ra [23]. Согласно этой версии, при реализации воспалительного ответа у носителей генетически обусловленного перевеса в сторону выработки IL-1Ra количество этого белка больше, чем необходимо для адекватной реализации воспаления, что вызывает компенсаторное образование еще большего количества IL-1b. При этом и IL-1Ra в ответ вырабатывается тоже больше. Таким образом, носительство сочетаний генов IL1B и IL1RN, определяющих перевес в сторону выработки IL-1Ra, приводит к более продолжительному воспалительному ответу [23, 54]. В целом, также следует учитывать, что в процессе воспаления соотношение продукции IL-1b и IL-1Ra и, соответственно, способности клеток к их выработке, зависит как от степени и протяженности воспалительного ответа, обусловленных, в том числе, генетически, так и от влияния многих других факторов: иммунного статуса, возраста, факторов среды и др., что существенно усложняет исследование.
Кроме того, согласно концепции M. Hurme et al., у носителей генотипов "1/2"IL1B + "2/2"IL1RN воспаление, по всей видимости, должно быть не только более продолжительным, но и более интенсивным, что подтверждается полученными результатами тестирования спонтанной и индуцированной продукции IL-1b клетками крови у больных хроническим гнойным риносинуситом, являющихся носителями таких генотипов. У этих пациентов отмечались наиболее высокие показатели продукции IL-1b и содержания в сыворотке IL-1Ra на фоне обострения заболевания. Следует отметить, что обладатели таких генотипов болеют этой патологией с детства, имея 5-10 рецидивов заболевания в год [3]. Однако, исходя из этих данных, у лиц, гипотетически имеющих два одинаковых гаплотипа IL1B*2 + IL1RN*2 (сочетание "2/2"IL1B + "2/2"IL1RN), воспаление должно протекать еще более интенсивно и продолжительно, что, в частности, может являться негативным фактором для эмбриогенеза.
Частотное распределение аллельных вариантов генов семейства IL-1 в популяциях
Выявлены расовые различия в аллельной ассоциации этих генов. Однако данные разных авторов даже по одинаковым, с точки зрения расовой принадлежности и близости территории проживания, группам, несколько отличаются (см. табл. 2). Например, частота аллеля IL1RN*2 у доноров-африканцев ниже, чем у белых, однако аллель IL1RN*1, напротив, чаще обнаруживается у чернокожих в сравнении с европейцами. Любопытно, что частотные распределения аллелей IL1B(+3953) и IL1RN*2 различаются у европеоидов Америки и Европы, а также у жителей разных регионов России. С другой стороны, интересно, что частотные распределения этих мутаций у доноров Санкт-Петербурга схожи с данными по финской популяции и у здоровых жителей Башкирии (финно-угорская группа).
Различия в частоте встречаемости аллелей генов семейства IL-1 свидетельствуют, что принадлежность к разным расам и даже проживание на разных территориях оказывает существенное влияние на характер их распределения. Однако данные, демонстрирующие эти различия, пока немногочисленны, т. к. требуют проведения генетического скрининга больших групп населения. По всей видимости, исследования в данном направлении в конечном итоге позволят понять историю возникновения и распределения различных аллелей этих генов.
Если Вы хотите прочесть статью целиком, заказывайте компакт-диск,
на котором Вы найдете ВСЕ статьи ВСЕХ номеров журнала за 2005 и 2006 годы!
Содержание | Следующая статья
|
Подпишитесь на журнал "Цитокины и Воспаление" он-лайн!
Обновление на книжной полке: компакт-диск Цитокины и воспаление, 2006 год.
Обновление на книжной полке: компакт-диск Цитокины и воспаление, 2007 год.
|
![[О компании] Издательство 'Цитокины и воспаление' - Журнал 'Цитокины и Воспаление'](/images/Logo.gif){kind=logo}
