Comparative analysis of the association of polymorphism rs9939609 of the FTO gene in patients with type 2 diabetes mellitus in the Tatar and Yakut populations

Full Text

Введение

В настоящее время сахарный диабет 2-го типа (СД 2) является важнейшей проблемой XXI в., что обусловлено нарастающим развитием тяжелых сердечно-сосудистых осложнений, которые нередко приводят к фатальным событиям в молодом возрасте.

Согласно данным регистра больных СД в Российской Федерации, на 1 января 2021 г. на диспансерном учете состоят 4,8 млн человек (3,3% населения), из них 92% (4,43 млн) – это пациенты с СД 2. По данным на 2017 г., общая численность пациентов с СД в Республике Саха (Якутия) составляет 21 677 (2,2%) человек, из них 20 508 (94,6%) страдают СД 2 [1]. В Республике Татарстан (РТ) по состоянию на 01.01.2022 зарегистрированы 132 429 пациентов с СД (3,4%), из которых 124 226 составляют лица с СД 2 (93,8%) [2].

СД 2 по своей природе является генетически детерминированным заболеванием с полигенным типом наследования и развивается в результате сложного взаимодействия неблагоприятных факторов окружающей среды и определенных генетических факторов [3, 4]. В настоящее время известно уже более 700 полиморфизмов генов, которые ассоциированы с развитием различных нарушений углеводного обмена, в том числе СД 2 [5]. В настоящее время отсутствует единая классификация генетических маркеров, предрасполагающих к развитию СД 2, учеными активно изучаются гены, которые отвечают за ключевые патогенетические звенья – инсулинорезистентность и дисфункцию β-клеток поджелудочной железы. Один из важнейших полиморфизмов генов, который может быть связан с инсулинорезистентностью, – полиморфизм rs9939609 гена FTO [6].

Ген FTO локализован на хромосоме 16 в области 16q12.2 и связан с накоплением жировой массы и развитием ожирения. Экспрессия гена описана в различных тканях, включая адипоциты, мышечную ткань, печень, β-клетки поджелудочной железы, однако наибольшая активность приходится на гипоталамус [7]. Ген FTO контролирует дифференцировку адипоцитов, энергетический гомеостаз, кодирует один из регуляторов липолиза, осуществляет лептин-независимый контроль аппетита.

В полногеномных исследованиях обнаружены многочисленные ассоциации разных полиморфных вариантов гена FTO (rs8050136, rs9939609, rs17817449, rs1785735, rs11642841, rs14210850 и т.д.) с компонентами метаболического синдрома [8]. Наиболее изученным однонуклеотидным полиморфизмом гена FTO является rs9939609, при котором происходит замена нуклеотида Т (тиамина) на А (аденин). Наличие протективного аллеля Т приводит к повышению липолитической активности адипоцитов, что приводит к уменьшению жировой массы [9].

Результаты международного проекта «1000 геномов» показали, что частота встречаемости рискового аллеля А rs9939609 гена FTO в разных популяциях варьирует от 8 до 49%. По данным сравнительного анализа распределения частот аллелей и генотипов rs9939609 гена FTO в различных популяциях без нарушений углеводного обмена (табл. 1), в большинстве популяций наблюдается преобладание аллеля Т, однако имеются отличия в распространении аллеля А. Частота встречаемости рискового аллеля среди жителей Африки составляет 45–56%, в Китае – 14%, а в Перу – лишь 8% [10, 11].

 

Таблица 1. Распределение частот аллелей и генотипов полиморфизма rs9939609 гена FTO в разных популяциях без нарушения углеводного обмена

Популяция	Генотипы, %			Аллель риска А, %
	ТТ	ТА	АА
Африканцы	25,6	50,1	24,4	49,4
Вьетнамцы	59,6	35,4	5,1	22,7
Европейцы	37,2	42,9	19,9	41,4
Индийцы	49,0	41,2	9,8	30,4
Китайцы	76,2	20,0	3,8	13,8
Колумбийцы	43,6	44,7	11,7	34,0
Мексиканцы	57,8	39,1	3,1	22,7
Перуанцы	85,9	11,8	2,4	8,2
Пуэрториканцы	37,5	52,9	9,6	36,1
Финны	41,4	38,4	20,2	39,4
Японцы	68,3	28,8	2,8	17,3

 

Однако некоторые популяции в базе данных представлены неравномерно. В частности, российская популяция, несмотря на свою многочисленность и многонациональность, практически не представлена в связи с тем, что российские институты не участвовали в проекте. Также выявленные различия частоты встречаемости аллелей и генотипов представителей одной этнической группы, проживающих в различных регионах РФ, свидетельствуют о том, что для прогноза популяционных рисков необходимо учитывать не только этническую принадлежность, но и регион проживания [12].

Впервые ассоциация между однонуклеотидным полиморфизмом rs9939609 гена FTO и СД 2 установлена в 2007 г., а в дальнейшем одновременно продемонстрирована в трех независимых исследованиях, проведенных на европейских популяциях, с применением методов полногеномного поиска ассоциаций [13, 14]. Однако для азиатов результаты оказались неоднозначными. Это может быть связано с особенностями дизайнов исследований, размерами выборок или этническими различиями [15]. Учитывая данные более поздних исследований, такая взаимосвязь может быть обусловлена влиянием на индекс массы тела [16], при этом выявлена ассоциация аллеля А гена FTO с нарушением контроля аппетита, отсутствием сытости после приема пищи, снижением активности липолиза в жировой ткани.

Среди российских исследований также есть работы, продемонстрировавшие ассоциацию полиморфизма rs9939609 гена FTO с индексом массы тела. Так, согласно результатам, полученным А.К. Батуриным и соавт. в Свердловской области, генотип АА чаще встречался у лиц с ожирением [17]. Такие же данные получены в работе М.А. Бояриновой и соавт., изучавшей жителей Санкт-Петербурга [18]. Однако, несмотря на большое количество проведенных исследований по идентификации полиморфных генетических маркеров СД 2 в РФ, исследований полиморфизма rs9939609 гена FTO практически нет [19]. В результате исследования, проведенного в рамках НИР «Анализ генетической структуры и наследственных патологий популяций Республики Саха (Якутия)», продемонстрировано, что аллель А оказывает влияние только на вероятность развития ожирения, но не СД 2 [20]. Существуют данные, указывающие на связь полиморфизма rs9939609 гена FTO не только с повышенным риском развития ожирения во взрослой [21] и детской [22] популяции РТ, но и с различными нарушениями углеводного обмена [23].

В то же время показано, что аллель А rs9939609 гена FTO у жителей Арктики встречается значительно реже, чем у населения, проживающего в центральных регионах России, европейцев и американцев европейского происхождения, но чаще, чем у представителей Аляски [24]. По сравнению с европейскими популяциями среди жителей Аляски аллель А обнаруживается значительно реже, и его частота аналогична показателям в Китае и Японии [25, 26].

Так, полногеномные исследования ассоциации (GWAS) обнаружили, что СД имеет генетическую гетерогенность и среди различных этнических групп есть те, у которых более высокие шансы развития СД 2 [27]. По этой причине некорректно экстраполировать полученные результаты на другую выборку.

Учитывая популяционно-генетическое российское разнообразие, необходимо изучение полиморфных вариантов, которые могут ассоциироваться с развитием многофакторных заболеваний у российского населения, а также поиск новых полиморфизмов, характерных для определенных российских этнических и региональных групп.

По результатам ранее проведенных генетических исследований, региональные группы татар (сибирские, поволжские и крымские) существенно отличаются друг от друга. В масштабе генетических различий Северной Евразии они даже не образовали единый кластер. Таким образом, формирование региональных групп татар происходило автономно, и единого «общетатарского» генофонда не существует. Кроме того, внутри региональных групп татар отмечается значительное генетическое многообразие. Это может быть обусловлено тем, что каждая группа имеет несколько генетических пластов, т.е. формирование каждой из групп происходило из нескольких источников. Однако показано, что преобладающим в генофонде поволжских татар (в исследование включены собственно татары, мишари и кряшены) является компонент, унаследованный от дотюркского коренного населения Восточной Европы и Приуралья, на «южный» компонент приходится небольшая часть, предположительно связанная с миграцией с Кавказа, при этом наименьший вклад вносит центральноазиатский компонент [28]. У казанских татар «южный» компонент составляет 15%, и его особенностью является наличие гаплогрупп, распространенных в Восточной Европе и Средиземноморье. У мишарей на долю «южного» компонента приходится 23%, и он состоит из гаплогрупп, которые распространены в Южной Европе, Малой Азии и Средиземноморье. У кряшен «южный» компонент занимает 29% и характеризуется гаплогруппами Западного и Восточного Кавказа. Центральноазиатский компонент у кряшен составляет 6%, у мишарей на него приходится 3%, а у казанских татар – всего 1%.

По данным исследования с участием пяти субэтносов сибирских татар, генетическое происхождение каждого субэтноса различное. Таким образом, пути этногенеза искеро-тобольских татар (произошли из сибирского субстрата и притока из Северо-Восточной Европы), татар-бухарцев (происходят от народов Западного Кавказа), заболотных татар (близки по происхождению к самодийцам Северного Урала и уграм Западной Сибири), ялуторовских татар (переднеазиатское происхождение), иштякско-токузских татар (палеосибирское происхождение) отличаются друг от друга.

Учитывая развитие в условиях длительной генетической изоляции, генофонд коренных популяций Сибири уникален, что вызывает большой научный интерес у многих исследователей. Являясь одним из самых многочисленных коренных этносов Сибири, якуты (саха) представляют большинство коренного населения Республики Саха [29].

Анализ источников XIII в. демонстрирует, что происхождение усть-талькинцев и этнического ядра саха связано с племенем татар [30]. По мнению В.В. Ушницкого, кангаласцы – этническое ядро саха, которые являлись частью объединения татар. Возможно, найманы и кереиты выступали в качестве тюркского компонента в составе канглов, которые вплоть до XIII в. жили на территории Центральной Азии [31].

Таким образом, вопрос о том, можно ли воспроизвести ассоциацию полиморфного маркера rs9939609 гена FTO с СД 2 в разных этнических популяциях РФ, остается открытым.

Цель – выполнить молекулярно-генетический анализ распределения частот аллелей и генотипов полиморфизма rs9939609 гена FTO, ассоциированного с риском развития СД 2, у пациентов с СД 2 в якутской и татарской популяциях.

Материалы и методы

В исследовании приняли участие лица из популяции якутской национальности Республики Саха (Якутия) ФГБНУ ЯНЦ КМП, г. Якутск (n=132) и татарской популяции – жители РТ (n=134). У всех пациентов выявлен СД 2.

Генотипирование полиморфизма rs9939609 гена FTO проведено на базе центральной научно-исследовательской лаборатории ФГБОУ ВО «Казанский ГМУ» и в лаборатории наследственной патологии отдела молекулярной генетики ФГБНУ ЯНЦ КМП. Для генетического исследования использовали ДНК из ранее выделенных лейкоцитов крови сорбентным методом с применением набора реагентов «АмплиПрайм ДНК-сорб-В» («ИнтерЛабСервис», Россия). Молекулярно-генетический анализ для образцов татарской популяции проводили с использованием аллель-специфичной полимеразной цепной реакции в режиме реального времени на амплификаторе CFX-96 (Bio-Rad Laboratories, США) с помощью коммерческих наборов реагентов («Тестген», Россия). Для генотипирования образцов ДНК якутской популяции применен метод полимеразной цепной реакции (ПЦР) полиморфизма длин рестрикционных фрагментов с использованием специфичных праймеров (форвард праймер: 5’-AACTGGCTCTTGAATGAAATAGGATTCAGA-3’ и реверс праймер: 5’-AGAGTAACAGAGACTATCCAAGTGCAGTAC-3’; ООО «Биотех-Индустрия», г. Москва). Температурные условия ПЦР являлись следующими: 95°C – 4 мин, затем 35 циклов при 94°C – 30 с, 58°C – 30 с и 72°C – 1 мин и заключительная элонгация при 72°C – 10 мин. После ПЦР амплификат rs9939609 гена FTO подвергался рестрикции с применением эндонуклеазы ZrmI (ООО «СибЭнзим», г. Новосибирск) в течение 3 ч при 37°С. Разрезанные ПЦР-продукты подвергали горизонтальному электрофорезу в 4% агарозных гелях, окрашенных этидиум бромидом, в буфере 1хTBE при 120 В в течение 1 ч и визуализировали с использованием гель-документирующей системы (Vilber Lourmat, Франция). Результаты генотипирования интерпретировались на основе различных шаблонов бэндов: ТТ генотип 182 пар нуклеотидов (п.н.), АТ генотип 182, 154 и 28 п.н., АА генотип 154 и 28 п.н.

Распределение генотипов и аллелей пациентов по rs9939609 гена FTO сравнивали с условно здоровыми жителями РТ (n=832) и с базой данных 1000GENOME, европейская популяция (n=503) для татарской популяции, а также с условно здоровыми людьми популяций Республики Саха (Якутия; n=70) и с базой данных 1000GENOME, восточно- азиатская популяция (n=504) для жителей Якутии.

Статистическая обработка данных проведена с использованием программ GraphPad InStat, Microsoft Excel 2007. Анализ значимости различий в распределении частот аллелей и генотипов исследуемых выборок и проверка соответствия равновесию Харди–Вайнберга осуществлены с использованием критерия χ². Показатель «отношение шансов» (ОШ) служил для оценки относительного риска развития заболевания.

Результаты

Изучение частот генотипов показало, что для исследуемого генетического маркера rs9939609 гена FTO распределение генотипов в контрольных группах и выборках пациентов с СД 2 в обеих популяциях соответствовало равновесию Харди–Вайнберга (p>0,05).

Нами проведен анализ частоты встречаемости всех генотипов и аллелей у пациентов с СД 2, проведено сравнение с результатами собственной контрольной группы и с базой данных 1000GENOME.

Анализ ассоциации полиморфизмов rs9939609 гена FTO с риском развития СД 2 в татарской популяции продемонстрирован в табл. 2. Частота генотипа АА полиморфизма rs9939609 гена FTO в группе СД 2 отличалась от собственной контрольной выборки: 30,1% против 14,1% (p=0,00000006), а также от европейской группы контроля из базы данных 1000GENOME: 30,1% против 19,9% (p=0,0006). Риск развития СД 2 при оценке доминантной модели наследования увеличивается у носителей аллеля риска А (ОШ 2,91, доверительный интервал – ДИ 1,86–4,53; p=0,000001). При этом носительство генотипа ТТ связано с пониженным риском развития заболевания (ОШ 0,34, ДИ 0,22–0,54).

 

Таблица 2. Ассоциация полиморфизма rs9939609 гена FTO с развитием СД 2 у жителей РТ

Аллель/генотип полиморфизма rs9939609 гена FTO	СД 2 (n=133), абс. (%)	Группа контроля (n=832), абс. (%)	Группа европейского контроля 1000GENOME (n=503), абс. (%)	ОШ (95% ДИ)*	χ2*	р*	ОШ (95% ДИ)**	χ2**	р**
T	120 (45,1)	1069 (64,2)	590 (58,6)	0,46 (0,35–0,59)	35,48	0,000000003	0,58 (0,44–0,76)	15,63	0,00008
A	146 (54,9)	595 (35,8)	416 (41,4)	2,19 (1,66–2,84)			1,73 (1,31–2,27)
TT	27 (20,3)	354 (42,5)	187 (37,2)	0,37 (0,24–0,57)	33,45	0,00000006	0,33 (0,22–0,54)	14,93	0,0006
TA	66 (49,6)	361 (43,4)	216 (42,9)	1,23 (0,86–1,75)			1,29 (0,89–1,85)
AA	40 (30,1)	117 (14,1)	100 (19,9)	2,55 (1,71–3,79)			2,63 (1,73–4,00)
Примечание. Здесь и далее в табл. 3: ОШ (95% ДИ) – ОШ с границами 95% ДИ, *сравнительный анализ частот аллелей и генотипов полиморфизма rs9939609 гена FTO у пациентов с СД 2 и собственной группы контроля, **сравнительный анализ частот аллелей и генотипов полиморфизма rs9939609 гена FTO у пациентов с СД 2 и группы контроля из базы данных 1000GENOME.

 

Анализ распределения частот аллелей и генотипов полиморфного маркера rs9939609 гена FTO в группе с СД 2 в якутской популяции и собственной здоровой группой контроля не выявил достоверных отличий (табл. 3), однако в группе с СД 2 частота аллеля риска оказалась выше на 3,4%, чем в контрольной группе.

 

Таблица 3. Ассоциация полиморфизма rs9939609 гена FTO с развитием СД 2 у жителей Якутии

Аллель/генотип полиморфизма rs9939609 гена FTO	СД 2 (n=132), абс. (%)	Группа контроля (n=70), абс. (%)	Группа восточноазиатского контроля 1000GENOME (n=504), абс. (%)	ОШ (95% ДИ)*	χ2*	р*	ОШ (95% ДИ)**	χ2**	р**
T	191 (72,3)	106 (75,7)	838 (83,1)	0,48 (0,52–1,34)	0,53	0,47	0,53 (0,39–0,73)	15,75	0,00007
A	73 (27,7)	34 (24,3)	170 (16,9)	1,19 (0,74–1,91)			1,88 (1,37–2,58)
TT	68 (51,5)	38 (54,2)	353 (70,0)	0,89 (0,50–1,60)	1,40	0,5	0,45 (0,31–0,67)	16,15	0,0003
TA	55 (41,7)	30 (42,9)	132 (26,2)	0,95 (0,53–1,71)			2,01 (1,35–3,00)
AA	9 (6,8)	2 (2,9)	19 (3,8)	2,49 (0,52–11,85)			1,87 (0,82–4,23)

 

При оценке распределения частот генотипов и аллелей полиморфизма rs9939609 гена FTO относительно восточноазиатской контрольной группы из базы данных 1000GENOME обнаружены статистически значимые различия. Частота рискового аллеля в группе СД 2 оказалась статистически значимо выше, чем в группе контроля (27,7% против 16,9%; p=0,00007). Распределение генотипов в группе СД 2 (TT – 51,5%, TA – 41,7%, АА – 6,8%) значимо отличается от распределения в группе контроля (TT – 70,0%, TA – 26,2%, AA – 3,8%; p=0,0003). Носители хотя бы одного аллеля риска А имеют практически в 2,5 раза выше риск развития СД 2 (ОШ 2,20, ДИ 1,49–3,25; p=0,00006). Анализ доминантной модели наследования также показал, что гомозиготный генотип ТТ обладает протективным действием (ОШ 0,45, ДИ 0,31–0,67; p=0,00006).

Обсуждение

Согласно данным о вариабельности частот аллелей полиморфных вариантов гена FTO, ассоциированных с заболеваниями и патогенетически значимыми признаками в различных этно-территориальных группах, известно, что значительная часть населения являются носителями неблагоприятных аллелей [8]. По мнению А.К. Батурина и соавт., характер и степень взаимосвязи полиморфизма гена FTO, а также частота встречаемости аллеля А существенно зависят от расово-этнического происхождения [32]. Генетические исследования поволжских татар выявили преобладание в их митохондриальной ДНК западно-евразийского компонента (84%) по сравнению с восточноазиатским (16%). Нами выявлено, что у жителей РТ без нарушений углеводного обмена распространение рискового аллеля А составило 36%, что сопоставимо с данными европейской популяции (37–46%) [11], что подтверждает анализ генофонда татар [33]. В якутской популяции аллель А встречается значительно реже и составляет 24%. Мы предполагаем, что татарская популяция более предрасположена к СД 2, чем якутская. Так, в популяции якутов чаще встречается протективный генотип TT (рис. 1).

 

Рис. 1. Частота встречаемости Т-аллеля полиморфизма rs9939609 гена FTO в разных популяциях.

 

Наше исследование продемонстрировало ассоциацию носительства аллеля риска А полиморфизма rs9939609 гена FTO с СД 2 в татарской популяции, в якутской популяции обнаружена лишь слабая тенденция. Данная особенность может быть обусловлена маленькой выборкой, что требует дальнейшего изучения при условии увеличения выборки.

S. Doaei и соавт. объединили данные коэффициентов шансов 8 исследований и продемонстрировали ассоциацию между полиморфизмом rs9939506 гена FTO с ожирением в европейской популяции, в то время как в азиатской популяции статистически значимой взаимосвязи не обнаружено [34, 35].

Носительство защитного аллеля Т приводит к увеличению липолиза, что способствует снижению объема жировой ткани. У коренных жителей арктических территорий обнаруживается более низкий уровень общего холестерина и триглицеридов, при этом значения липопротеидов высокой плотности более высокие. Предположительно, это может обусловливаться усилением процесса липолиза липопротеидов, насыщенных триглицеридами, за счет повышенной активности липопротеидлипазы [36, 37].

Заключение

Таким образом, чем больше азиатского компонента в геноме популяции, тем в меньшей степени она предрасположена к ожирению и СД 2. Полиморфизм rs9939609 гена FTO ассоциирован с риском развития СД 2 в популяции татар, в якутской популяции взаимосвязи не обнаружено.

Раскрытие интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Disclosure of interest. The authors declare that they have no competing interests.

Вклад авторов. Авторы декларируют соответствие своего авторства международным критериям ICMJE. Все авторы в равной степени участвовали в подготовке публикации: разработка концепции статьи, получение и анализ фактических данных, написание и редактирование текста статьи, проверка и утверждение текста статьи.

Authors’ contribution. The authors declare the compliance of their authorship according to the international ICMJE criteria. All authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work.

Источник финансирования. Авторы декларируют отсутствие внешнего финансирования для проведения исследования и публикации статьи.

Funding source. The authors declare that there is no external funding for the exploration and analysis work.

Информированное согласие на публикацию. Пациенты подписали форму добровольного информированного согласия на публикацию медицинской информации.

Consent for publication. Written consent was obtained from the patient for publication of relevant medical information and all of accompanying images within the manuscript.

Соответствие принципам этики. Протокол исследования был одобрен локальным этическим комитетом ФГБОУ ВО «Казанский ГМУ» (протокол заседания №10 от 22.12.2015), локальным этическим комитетом ФГАОУ ВО «СВФУ им. М.К. Аммосова» (протокол заседания №17 от 10.04.2019, решение №2). Одобрение и процедуру проведения протокола получали по принципам Хельсинкской конвенции.

Ethics approval. The study was approved by the local ethics committee of Kazan State Medical University (minutes of meeting №10 of December 22, 2015), by the local ethics committee of Ammosov North-Eastern Federal University (minutes of meeting №17 of April 10, 2019, decision №2). The approval and procedure for the protocol were obtained in accordance with the principles of the Helsinki Convention.

About the authors

Farida V. Valeeva

Kazan State Medical University

Email: val_farida@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6000-8002

D. Sci. (Med.), Prof.

Russian Federation, Kazan

Nadezhda I. Pavlova

Yakut Science Center of Complex Medical Problems

Email: solnishko_84@inbox.ru
ORCID iD: 0000-0001-7862-1876

Cand. Sci. (Biol.)

Russian Federation, Yakutsk

Alexey A. Bochurov

Yakut Science Center of Complex Medical Problems

Email: binbaher@mail.ru
ORCID iD: 0009-0008-5414-4102

Res. Assist.

Russian Federation, Yakutsk

Alexey V. Krylov

Yakut Science Center of Complex Medical Problems

Email: alexkrulovwork@gmail.com
ORCID iD: 0009-0005-5977-5518

Res. Assist.

Yakutsk

Lyubov A. Sydykova

Ammosov North-Eastern Federal University

Email: sydlub@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8377-7012

Cand. Sci. (Med.), Assoc. Prof.

Yakutsk

Vladislav A. Alekseev

Yakut Science Center of Complex Medical Problems

Email: vldslvalekseev@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-6751-6210

Res. Assist.

Russian Federation, Yakutsk

Kamilya B. Khasanova

Kazan State Medical University

Email: kamilya_khasanova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1825-487X

Assistant of Professor

Russian Federation, Kazan

Ildus I. Ahmetov

Kazan State Medical University

Email: genoterra@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6335-4020

D. Sci. (Med.)

Russian Federation, Kazan

Tatyana А. Kiseleva

Kazan State Medical University

Author for correspondence.
Email: tattiana@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8959-093X

Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, Kazan

References

Supplementary files