Автореферат и диссертация по медицине (14.03.09) на тему:Иммуногенетический профиль популяций Челябинской области (русские, татары, башкиры, нагайбаки) в структуре мировых популяций

ДИССЕРТАЦИЯ
Иммуногенетический профиль популяций Челябинской области (русские, татары, башкиры, нагайбаки) в структуре мировых популяций - диссертация, тема по медицине
АВТОРЕФЕРАТ
Иммуногенетический профиль популяций Челябинской области (русские, татары, башкиры, нагайбаки) в структуре мировых популяций - тема автореферата по медицине
Чернова, Мария Сергеевна Челябинск 2014 г.
Ученая степень
кандидата биологических наук
ВАК РФ
14.03.09
 
 

Автореферат диссертации по медицине на тему Иммуногенетический профиль популяций Челябинской области (русские, татары, башкиры, нагайбаки) в структуре мировых популяций

На правах рукописи

Чернова Мария Сергеевна

ИММУНОГЕНЕТИЧЕСКИЙ ПРОФИЛЬ ПОПУЛЯЦИЙ ЧЕЛЯБИНСКОЙ ОБЛАСТИ (РУССКИЕ, ТАТАРЫ, БАШКИРЫ, НАГАЙБАКИ) В СТРУКТУРЕ МИРОВЫХ ПОПУЛЯЦИЙ

14.03.09 - Клиническая иммунология, аллергология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Челябинск - 2014

Работа выполнена на кафедре микробиологии, иммунологии и общей биологии федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Челябинский государственный университет»

Научный руководитель:

доктор медицинских наук, профессор

Бурмистрова Александра Леонидовна

Официальные оппоненты:

Гусев Евгений Юрьевич доктор медицинских наук, доцент, заведующий лабораторией воспаления Института иммунологии и физиологии Уральского отделения Российской Академии наук, г. Екатеринбург

Заморина Светлана Анатольевна доктор биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории иммунорегуляции Института экологии и генетики микроорганизмов Уральского отделения Российской академии наук, г. Пермь

Ведущая организация:

Федеральное государственное бюджетное учреждение «ГНЦ Институт иммунологии» Федерального медико-биологического агентства России, г. Москва

Защита диссертации состоится «У^» рссОихР 2014 года в_часов на

заседании Диссертационного совета Д 208.117.03 при Государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южно-Уральский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации, по адресу: 454092, г. Челябинск, ул. Воровского, 64.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южно-Уральский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации и на сайте chelsma.ru.

Автореферат разослан « /7 » а 0_2014 года.

Ученый секретарь Диссертационного совета, доктор медицинских наук

Юлия Сергеевна Шишкова

Общая характеристика работы

Актуальность темы исследования и степень ее разработанности

Открытие первого лейкоцитарного антигена человека Жаном Досе в 1958 году (Dausset J. Iso-lcuco-anticorps. Acta Haemal. 1958. V.20. P. 156-166) положило начало всестороннему изучению системы HLA (Human Leukocyte Antigen). Интенсивному развитию исследований в значительной мере способствовало тесное сотрудничество ученых из разных стран мира. Международные рабочие совещания, посвященные HLA и Иммуногенетике, сыграли важную роль в изучении главного комплекса гистосовместимости, разработке классификации и номенклатуры аллелей, а также помогли разработать стандарты для клинической практики.

На сегодняшний день система HLA представляет собой одну из самых изученных генетических систем организма человека. Это объясняется тем, что она является ключевым элементом в иммунной системе, позволяющим отличать «свое» от «чужого» (Amos D.B. Skin graft rejection between subjects genotyped for HL-A. Transplant. Proc. 1969. V.I, №1. P. 342-346; Ceppellini R. et al. Experimental allotransplantation in man. I. The role of the HL-A system in different genetic combinations. Proc. 1969. V.l, №1. P. 385-389; Knobloch C. et al. Self-nonself discrimination and repertoire selection of human T cells differentiated in an HLA-semiallogeneic environment following bone marrow transplantation for severe combined immunodeficiency. Eur. J. Immunol. 1991. V.21, №10. P. 2479-2487). По этой причине для успешной трансплантации органов и тканей необходимо максимальное совпадение донора и реципиента по антигенам HLA. Кроме этого, гены HLA играют важную роль в предрасположенности к ряду аутоиммунных и инфекционных заболеваний, определяя адекватность иммунного ответа (Amiel J. Study of the leucocyte phenotypes in Hodgkin's disease. Histocompatibility testing 1967: report of a conference and workshop. Baltimore: Williams and Wilkins. P. 79-81; Blackwell J.M. et al. HLA and Infectious Diseases. Clin. Microbiol. Rev. 2009. V.22, №2. P. 370-385; HLA and disease - the molecular basis : Alfred Benzon Symposium 40 : proceedings of a symposium held at the Royal Danish Academy of Sciences and Letters, August 4-8, 1996. Copenhagen: Munksgaard, 1997.440 p.; Pereyra F. et al. The Major Genetic Determinants of HIV-1 Control Affect HLA Class I Peptide Presentation. Science. 2010. V.330, №6010, P. 1551-1557; Schlosstein L. High Association of an HL-A Antigen, W27, with Ankylosing Spondylitis. N. Engl. J. Med 1973. V. 288, №14. P. 704-706).

Помимо непосредственной практической значимости в медицине система HLA благодаря необычайному полиморфизму представляет большой интерес для антропологических исследований, изучения генетической истории человеческого вида и механизмов молекулярной эволюции (Meyer D. Signatures of Demographic History and Natural Selection in the Human Major Histocompatibility Complex Loci. Genetics. 2006. V.173, №4. P. 2121-2142; Panneerchelvam S. HLA Polymorphism in Anthropology. Abdel-Salam B. Histocompatibility. InTech, 2012. 196 p.; Sanchez-Mazas A. et al. Immunogenetics as a tool in anthropological studies. Immunology. 2011. V.133, №2. P. 143-164). Уже в 1980 году Жан Досе в своей нобелевской речи подчеркивал особую роль HLA в антропологических исследованиях (Dausset J. The Nobel Lectures in Immunology. The Nobel Prize for Physiology or Medicine, 1980. The major histocompatibility complex in man. Past, present, and future concepts. Scand. J.

Immunol. 1992. V.36, №2. P. 145-157). В настоящее время на ежегодных конференциях, посвященных иммуногенегтике, значительное внимание уделяется исследованию профилей HLA различных мировых популяций, а гены системы HLA, наряду с другими генетическими маркерами (мтДНК, Y-хромосома, микросателлитные локусы), используются для исследований демографической истории популяций.

На сегодняшний день Российская Федерация является одним из наименее изученных регионов мира в плане установления HLA-профиля популяций. Это связано как с её размерами, так и с чрезвычайно большим числом народностей, проживающих на её территории. В связи с этим, этническое разнообразие нашей страны не было использовано в полной мере для исследования полиморфизма генов HLA. Однако в последние годы, благодаря распространению в России методов ДНК-типирования, такая возможность появилась. (Хромова Н. А. Полиморфизм системы HLA у представителей разных славянских этнических групп: русской, белорусской и украинской автореф. дис. ... канд. мед. наук. Москва, 2006. 29 е.).

Южный Урал представляет собой один из наиболее многонациональных и поликонфессиональных регионов России. С глубокой древности на территории края сталкивались народы, пришедшие с Востока и с Запада. В результате их взаимодействия происходило не только взаимное проникновение культурных влияний, но также генетическое смешение и формирование новых этносов. На сегодняшний день Челябинская область насчитывает более 20 национальностей, из которых, согласно Всероссийской переписи населения 2010 г., 83,8 % составляют русские, 5,36% - татары и 4,81%- башкиры. Кроме того, на территории Челябинской области проживает 7679 нагайбаков, что составляет 90% от обшей численности этой популяции (Итоги Всероссийской переписи населения [Электронный ресурс]. — Москва, 2010. Режим доступа: http://www.gks.ru/). Неизбежный процесс глобализации, активно начавшийся в XX веке, неумолимо стирает границы между ранее обособленными популяциями. Свобода перемещения и исчезновение необходимости выбора брачного партнера в пределах своей популяции приводят к обмену генами между ранее изолированными народами, что в значительной мере затрудняет популяционно-генетические исследования. Эти обстоятельства объясняют необходимость проведения подобных исследований в настоящее время.

Цепь исследования

Установить иммуногенетический профиль популяций Челябинской области (русские, татары, башкиры и нагайбаки) по генам HI.A I класса (HLA-A и -В) и определить их место в структуре мировых популяций.

Задачи исследования

1. Охарактеризовать распределение генных частот локусов HLA-A и -В, а также их гаплотипических сочетаний в 4-х популяциях Челябинской области: русские, татары, башкиры, нагайбаки.

2. Исходя из полученных частот локусов HLA-A и -В рассчитать генетические расстояния между популяциями Челябинской области и другими мировыми популяциями, и на их основе построить дерево популяций.

3. На основе частот локусов HLA-A и -В провести анализ соответствий для последующего разделения популяций на группы и установления места популяций Челябинской области в структуре мировых популяций.

4. Рассмотреть корреляцию между генетическим и географическим расстояниями для популяций Челябинской области в сравнении с другими мировыми популяциями.

Методология в методы исследования

Исследование проведено в рамках научной проблемы «Популяционная иммуногенетика». Выборка представителей 4-х национальностей, проживающих на территории Челябинской области, проводилась среди доноров Челябинской областной станции переливания крови. Принадлежность к определенной этнической группе определялась согласно рекомендациям 8-го Международного Уоркшопа 1980 года.

В ходе экспериментальной части исследования установлено распределение генных частот локусов HLA А и В. Типирование проводилось при помощи полимеразной цепной реакции с сиквенс-специфическими праймерами.

Для проведения аналитической части исследования был произведен поиск данных о распределении генных частот HLA локусов А и В в мировых популяциях, в результате чего была сформирована выборка из 22-х популяций, проживающих на Евразийском континенте. При выборе популяций особое внимание уделялось тому, чтобы генные частоты были определены с помощью молекулярно-генетических методов. Матрица распределения генных частот, включающая 26 популяций, легла в основу расчета генетических расстояний по Нею, которые, в свою очередь, стали основой для построения популяционного дерева методом объединенных соседей.

Для визуализации информации, заключенной в генных частотах, проведен анализ соответствий, который позволяет представить взаимное положение популяций на графике, построенном по двум первым осям инерции. Исходя из расположения популяций на графике анализа соответствий, популяции были разделены на группы.

Расстояния между популяциями, рассчитанные на основе их координат на графике анализа соответствий, сопоставлены с физическими расстояниями между популяциями для определения корреляции между генетическим и географическим расстояниями.

Степень достоверности, апробация результатов, личное участие автора

Результаты молекулярно-генетического типирования получены при помощи праймеров, успешно проходящими ежегодный контроль на качество типирования ЕРТ (External Proficiency Testing), организованный Европейской Федерацией Иммуногенетики (EFI). Анализ результатов проводился методами, используемыми для обработки данных в популяционной иммуногенетике. Результаты, полученные на основе генов HLA, в целом согласуются с данными, представленным для мтДНК. В работе использованы современные методы получения и обработки исходной информации с использованием прикладных компьютерных программ: Arlequin 3.5, Phylip 3.68, R-статистика.

Основные результаты диссертации доложены и обсуждены на российских и зарубежных научных конференциях, посвященных HLA и иммуногенетике: конференция зональной лаборатории иммунологического типирования тканей

«Фундаментальное и прикладное значение оценки генов иммунного ответа» (г. Челябинск, 2008), Всероссийская конференция с международным участием «Главный комплекс гистосовместимости — к 50-летию открытия» (г. Санкт-Петербург, 2009), 5th East-West Immunogenetics Conference (Чехия, 2010), 25th European Immunogenetics and Histocompatibility Conference (Чехия, 2011), 8th East-West Immunogenetics Conference (Австрия, 2014).

Личный вклад соискателя состоит в непосредственном участии во всех этапах диссертационного исследования, в планировании научной работы, наборе популяционных выборок, проведении молекулярно-генетического типирования, углубленном анализе отечественной и зарубежной научной литературы, анализе и интерпретации экспериментальных данных, их систематизации, статистической обработке с описанием полученных результатов, написании и оформлении рукописи диссертации, основных публикаций по выполненной работе.

Положения, выносимые на защиту

1. Русские Челябинской области являются типично европеоидной популяцией, не демонстрирующей признаков монголоидного влияния. Русская популяция - единственная из рассмотренных нами мировых популяций, для которой отсутствует корреляция между генетическим и географическим расстояниями.

2. Башкиры Челябинской области примерно в равной степени включают в себя как европеоидные, так и монголоидные характеристики распределения генов HLA. Среди популяций Челябинской области они демонстрируют наибольшую корреляцию между генетическим и географическим расстояниями. По всей видимости, башкиры не только первыми из исследованных популяций, появились на Южном Урале, но и сформировались как этнос на его территории.

3. Татары и нагайбаки Челябинской области располагаются среди популяций Юго-Восточной Европы (хорватов, македонцев, болгар, турок), в непосредственной близости друг от друга. В то же время, в обеих популяциях обнаружено аллельное семейство В* 46, не встречающееся в европейских популяциях, а, следовательно, указывающее на присутствие монголоидного вклада в генофонд данных популяций.

4. Нагайбаки Челябинской области, несмотря на сходство с татарами, своими предполагаемыми предками, имеют ряд особенностей в распределении генов HLA. В нагайбакской популяции присутствует аллельное семейство В*45, не обнаруженное в других популяциях Челябинской области, и крайне редко встречающееся в других мировых популяциях. Кроме того, нагайбаки отличаются от других популяций Челябинской области наличием наибольшего количества уникальных гаплотипов HLA А-В, большинство из которых не характерно ни для одной другой мировой популяции.

Научная новизна

В ходе нашего исследования впервые методом молекулярного типирования получены данные о распределении частот генов HLA А и HLA В, а также их гаплотипов, в 4-х популяциях Челябинской области: русские, татары, башкиры, нагайбаки. Впервые, исходя из генных частот HLA I класса, рассчитаны генетические расстояния меяеду исследованными и мировыми популяциями, и на их основе построено неукорененное дерево объединенных соседей. Кроме того, впервые на основе генов HLA I класса проведен анализ соответствий для

популяций Челябинской области (русские, татары, башкиры, нагайбаки), благодаря чему установлено их место в структуре мировых популяций.

Проведенные исследования демонстрируют уникальные особенности HLA-профиля популяций, проживающих на территории Южного Урала. Полученные генные частоты вошли в международную базу данных The Allele Frequency Net Database и представлены на сайте www.allelefrequencies.net. Результаты работы помогают понять закономерности распределения генов HLA в мировых популяциях, представляют интерес для изучения генетической истории человеческого вида, а, кроме того, создают основу для развития клинической трансплантологии, позволяя составить более эффективные алгоритмы поиска совместимого неродственного донора стволовой клетки.

Теоретическая и практическая значимость работы

Данные о распределении частот генов HLA А и HLA В, а также их гаплотипов в 4-х популяциях Челябинской области имеют самостоятельное популяционно-генетическое значение. В 2011 году они были включены в международный проект Analysis of HLA Population Data (AHPD), результаты которого отражены в международной базе данных популяционной иммуногенстики The Allele Frequency Net Database www.allelefrequencies.net.

Полученные данные могут быть использованы в качестве контроля для исследований по проблеме «I1LA и болезни» в соответствующих популяциях, а также найти применение в оптимизации поиска неродственного донора гемопоэтических стволовых клеток.

Внедрение результатов исследования в практику

Результаты типировання представителей 4-х национальностей вошли в состав Регистра доноров стволовой клетки Челябинской областной станции переливания крови.

Данные о распределении генных частот HLA используются в качестве контроля при исследовании связи HLA с заболеваниями.

Результаты работы внедрены в учебный процесс: используются при преподавании отдельных тем курса иммунологии на биологическом факультете ФГБОУ ВПО «Челябинский государственный университет».

Публикации

Автор имеет 25 опубликованных работ, из них по теме диссертации опубликовано 16 научных работ общим объёмом 2,7 печатного листа, в том числе 5 публикаций в научных журналах и изданиях, которые включены в перечень российских рецензируемых научных журналов и изданий для опубликования основных научных результатов диссертаций, а также 6 работ в зарубежных научных изданиях. Соискателем опубликовано 5 работ в материалах всероссийских и международных конференций.

Структура и объем диссертации

Диссертация изложена на 101 странице машинописного текста. Состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов исследования, обсуждения полученных результатов, заключения, выводов, списка сокращений, списка литературы и приложения. Диссертация иллюстрирована 10 таблицами 7 рисунками. Список литературы содержит 175 источников, в том числе 31 работ отечественных и 142 зарубежных авторов.

Основное содержание работы

Материалы и методы исследования

Работа проводилась на базе федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Челябинский государственный университет» в рамках комплексной темы НИР «Популяционная иммуногенетика. Исследование полиморфизма генов иммунного ответа: генов гистосовместимости, генов стресса и генов цитокинов этнических групп Южного Урала» (№ государственной регистрации 01201257623).

Контингент обследуемых лиц

Иммуногенетическое типирование проведено среди представителей 4-х национальностей: русские (п=345), татары (п=154), башкиры (п=133) и нагайбаки (п=112). В исследование вошли случайно выбранные лица, постоянно проживающие на территории Челябинской области. Принадлежность к определенной этнической группе определялась по официальным документам и данным генеалогического анамнеза в трех поколениях согласно рекомендациям 8-го Международного Уоркшопа 1980 года (Histocompatibility Testing 1980 : report of the 8th International Histocompatibility Workshop, February 4-6, 1980, Los Angeles, California. Editor, P.I. Terasaki. Los Angeles, Calif.: UCLA Tissue Typing Laboratory, 1980. 1227 p.).

Для проведения сравнительного анализа популяций Челябинской области с мировыми популяциями было выбрано 22 популяции Евразийского континента. Название популяции, количество человек в выборке и данные о публикации приведены в таблице 1.

Таблица 1 — Мировые популяции, вошедшие в исследование.

Популяпна Количество человек Автор, год публикация

Чуваши 82 Amaiz-Villena et al., 2003

Поляки 200 Nowak et al., 2008

Чехи 106 Zahlavova et al ., 2004

Немцы 174 Ferencik and Grosse-Wilde, 2004

Французы 102 Bera et al., 2001

Бельгийцы 99 Andrien and Dupont, 2004

Валлийцы 1798 Darke et al., 1998

Южные ирланцы 250 Dunne et al., 2008

Финны 91 Sanchez-Mazas et al , 2007

Северные саамы 154 Evseeva et al., 2002

Южные саамы 130 Evsccva et al., 2002

Хорваты 100 Grubic, Z et al., 2000

Македонцы 172 Amaiz-Villena el al., 2001

Болгары 55 Ivanova et al., 2002

Турки 228 Amaiz-Villena et al., 2001

Тувинцы 169 Martinez-Laso et al., 2001

Монголы 200 Machulla et al.,2003

Уйгуры 92 Xu et al., 2008

Китайцы 618 Yang et al . 2006

Корейцы 510 Parketal., 1999

Японцы 165 Kitawaki, 2002

Парсы Пакистана 91 Mohyuddin and Mehdi, 2005

Иммуногенетическое типирование

В качестве материала для исследования использовалась венозная кровь, взятая в пробирки с этилендиаминтетрауксусной кислотой (ЭДТА). Выделение ДНК из представленных образцов проводили с использованием реагентов Axygen (Германия) согласно инструкции производителя. Генотипирование осуществляли методом полимеразной цепной реакции с сиквенс-специфическими праймерами (PCR-SSP). Из праймеров согласно методике описанной в статье (Downing J. et al. Five-Locus HLA Typing of Hematopoietic Stem Cell Donor Volunteers Using PCR Sequence Specific Primers. Genet. Test. 2004. V.8, №3. P. 301-312). Для проведения полимеразной цепной реакции использовались «Терцик», производитель НПФ «ДНК-Технология» и амплификатор GeneAmp 9700 Applied Biosystems (США). Детекцию результатов проводили в 2,5% агарозном геле.

Статистическая обработка

Генные частоты (gf) аллельных семейств локусов HLA А и В рассчитывались стандартным методом (Гланц С. Медико-биологическая статистика. Пер. с англ. Москва: Практика, 1998. 459 е.). Соответствие наблюдаемого распределения аллельных семейств равновесию Харди-Вайнберга определялось в компьютерной программе Arlequin 3.5 (Excoffier L. Et al. Maximum-likelihood estimation of molecular haplotype frequencies in a diploid population. Mol. Biol. Evol. 1995. V.12, №5. P. 921-927.).

Кроме того, в программе Arlequin 3.5 проводилась оценка частот двухфокусных гаплотипов HLA А-В и определение гаметной фазы методом максимизации ожидания (Expectation-Maximization algorithm). Данный алгоритм представляет собой многократно повторяющуюся процедуру, целью которой является установление ассоциации между аллелями двух локусов и определение наиболее вероятных частот двухлокусных гаплотипов. После определения гаметной фазы проводилась оценка неравновесного сцепления - неслучайной ассоциации двух аллелей в прилегающих локусах. На основе классического коэффициента, измеряющего отклонение частоты наблюдаемого гаплотипа от случайного сочетания аллелей разных локусов (D), было рассчитано его стандартизованное значение (D').

Сходства и различия в частотах встречаемости аллелей использовались для выяснения эволюционных взаимосвязей. Расчёт генетических расстояний и построение неукорененного дерева проводили при помощи компьютерной программы Phylip 3.68 (Felsenstein J. Phylogenies and the Comparative Method. Am. Nat. 1985. V.125, №1. P. 1-15). Среди множества мер генетического расстояния было выбрано наиболее широко используемое - генетическое расстояние по Нею:

IXlWl^ m

где т - количество локусов,

I - количество аллелей в локусе т,

Р1гы_ частота аллеля 4 в локусе т в первой популяции,

Р2ш1- частота аллеля 1 в локусе т во второй популяции.

В качестве метода конструирования деревьев был выбран метод объединенных соседей (NJ, Nieghbor-joining). Данный метод относится к методам матриц расстояний и зависит от измерения генетического расстояния между изучаемыми популяциями.

Для графического представления распределения локусов HLA А и В в популяциях Челябинской области в сравнении с другими мировыми популяциями был проведен анализ соответствий (Correspondence Analysis) Он представляет собой разведочно-описательный метод, позволяющий визуально и численно исследовать структуру таблиц сопряженности большой размерности. Основная цель анализа соответствий состоит в том, чтобы перейти от исходной матрицы данных к новой, более простой матрице, потеряв при этом как можно меньше информации. Получаемые двумерные карты представляют собой наилучшую возможную аппроксимацию исходного расположения профилей точек. Мерой качества полученного решения выступает процент инерции, объясненной двумя осями.

Эффективность анализа соответствий проявляется также в том, что данные о строках и столбцах матрицы накладываются на одну плоскость и могут интерпретироваться одинаковым способом (Шафир М.А. Простой и множественный анализ соответствий, как метод разведочного анализа данных: выпускная квалификационная работа. Москва, 2006. 119 е.).

После проведения анализа соответствий, популяции были разделены на группы. Для этого применялся наиболее популярный метод кластеризации -метод к-средних (k-means). Он разбивает множество элементов векторного пространства на заранее известное число кластеров к. Действие алгоритма таково, что он стремится минимизировать среднеквадратичное отклонение на точках каждого кластера.

Анализ соответствий и кластеризацию производили при помощи статистической программы R пакета ade4 (R Development Core Team. R: A language and environment for statistical computing [Электронный ресурс]. R Foundation for Statistical Computing. Vienna,Austria, 2008. Режим доступа: http://www.r-project.org ).

Корреляция между географическим и генетическим расстояниями. Коэффициент корреляции — параметр, который характеризует степень взаимосвязи между двумя выборками. В данном случае применен ранговый коэффициент корреляции Спирмана (Статистические методы исследования в медицине и здравоохранении. Под ред. Jl. Е. Полякова. Ленинград: Медицина, 1971. 200 е.), вычисляемый по формуле:

Г-1-Я& (2)

я(л —1)

где Zd' - сумма квадратов разностей рангов, а п - число парных наблюдений.

Это непараметрический метод, при котором определяется фактическая степень параллелизма между двумя количественными рядами изучаемых признаков и дается оценка тесноты установленной связи с помощью количественно выраженного коэффициента. Оценка значимости коэффициента корреляции проводилась при помощи критерия Стьюдента.

В качестве генетического расстояния использованы межпопуляционные расстояния, отображенные на графике, полученном в результате проведения анализа соответствий. Географические расстояния рассчитаны на основе координат, указанных для популяций на сайте allelefrequencies.net. Общая корреляция между двумя матрицами проведена при помощи теста Мантеля в статистической программе R.

Результаты исследования и их обсуждение

На первом этапе были установлены генные частоты локусов HLA А и В в 4-х популяциях Челябинской области, проведена оценка частот двухлокусных гаплотипов HLA А-В и определена степень их неравновесного сцепления.

Оценка полиморфизма генов ILLA-A и -В и их гаплотипов в исследуемых популяциях Челябинской области

Русские ЧО. В локусах HLA А и В в популяции русских ЧО обнаружено 15 и 26 аллельных семейств, соответственно. Популяция находится в состоянии равновесия, поскольку наблюдаемые частоты соответствуют ожидаемым согласно закону Харди-Вайнберга. Распределение аллельных групп в л оку ce HLA А и В с небольшими отклонениями соответствуют среднеевропейским частотам. Интересно, что в ряде случаев наблюдаемые значения не вписываются в западно-восточный градиент частот, и оказываются ближе к показателям для Западной, а не для Восточной Европы. Распределение частот генов и гаплотипов не позволяет выявить влияние монголоидных популяций на формирование генофонда русских Челябинской области. Данный факт подтверждает данные антропологии, согласно которым средние антропологические показатели русских или совпадают со средними западноевропейскими величинами, или отклоняются от них, оставаясь, однако, в пределах колебаний западных групп (Бунак В.В. Происхождение и этническая история русского народа по антропологическим данным. Москва: Наука, 1965. 416 е.). С появлением современных технологий исследования генома эти данные нашли свое подтверждение и на генетическом уровне (Балановская Е.В. и др. Генофонд Русского Севера: славяне? Финны? Палеоевропейцы? Вестник Московского университета. 2011. №3. С. 27-58). На основе данных мтДНК, с одной стороны, была показана высокая гетерогенность русской популяции, однако с другой стороны, «усредненный» русский генофонд находился в непосредственной близости от стран Центральной Европы (Германия, Австрия, Польша). Исследования профиля HLA в разных городах России, проведенные еще серологическим методом (Bubnova L.N. et al. A comparative study of HLA-A and HLA-B antigens and haplotype distribution among donors of hematopoietic stem cells from Russian and German regions. Cellular Therapy and Transplantation. 2008. V.l, №1. P. 28-34), также указывают на неоднородность русской популяции, но, как и в случае мтДНК, в целом полученные значения соответствуют показателям для Европейских популяций.

Татары ЧО. Для популяции татар в локусе HLA А обнаружено 15 аллельных семейств, в локусе HLA В - 24. Наблюдаемые частоты не имеют достоверных отклонений от ожидаемых согласно закону Харди-Вайнберга. Распределение генов HLA у татар во многом сходно с их распределением в русской популяции, а также в популяциях Западной и Восточной Европы. Однако, в отличие от русских, в татарской популяции наличие монголоидного вклада не оставляет сомнений. Основным его показателем служит присутствие аллельной

группы В*46, встречающейся только в монголоидных популяциях. В то же время, небольшие частоты данного гена, а также совокупные частоты других генов в локусах НЬА А и В указывают на то, что монголоидное влияние на татарский генофонд было незначительным.

Башкиры ЧО. В популяции башкир выявлено 14 аллельных семейств для локуса НЬА А и 26 аллельных семейств для локуса НЬА В. Распределение наблюдаемых частот соответствует ожидаемым согласно закону Харди-Вайнберга. Из исследованных популяций Челябинской области популяция башкир по распределению генов НЬА располагается ближе всех к монголоидам. Большинство наблюдаемых значений частот вписывается в западно-восточный градиент и представляет собой промежуточные значения между европейскими и азиатскими популяциями. Среди наиболее распространенных гаплотипов в башкирской популяции встречаются как типично европейские (А*01-В*08, А*03-В*07, А*02-В*44), так и более характерные для азиатских популяций (А*02-В*13, А*02-В*40, А*24-В*51). В то же время, популяция имеет особенности, не характерные ни для тех, ни для других, и сближающие ее, например, с популяцией парсов Пакистана (В* 13, В* 73) или популяцией российских ненцев (В*48).

Нагайбаки ЧО. В популяции нагайбаков в локусс НЬА А обнаружено 14 аллельных семейств, а в локусе НЬА В 25. Наблюдаемые частоты также соответствуют ожидаемым, согласно закону Харди-Вайнберга. Подобно татарам нагайбаки демонстрируют как азиатские, так и европейские черты с преобладанием последних. Нагайбаки, единственные из исследованных нами популяций, демонстрируют преобладание частоты В*08 (§£=0,089) над В*07 (§14),080). Это самое высокое значение для В*08 среди популяций ЧО, и характерно скорее для стран Западной Европы. При этом следует отметить, что типично монголоидный ген В*46 встречается у нагайбаков даже чаще, чем у башкир. Для нагайбаков характерно наибольшее число (п=6) относительно частых гаплотипов (ЬР>0,010), не встречающихся в других популяциях ЧО. Более того, большая часть этих гаплотипов не характерна ни для одной другой мировой популяции.

Анализ генетического родства между популяциями

С целью визуализации информации, заключенной в генных частотах рассматриваемых популяций, на втором этапе нашего исследования проведен анализ генетического родства между популяциями Челябинской области и другими мировыми популяциями.

Генетические расстояния по Нею. На основании частот генов НЬА А и В были рассчитаны генетические расстояния между исследованными популяциями Челябинской области и некоторыми другими мировыми популяциями. Результаты представлены в таблице 2. Интересно, что для русских ЧО наименьшее генетическое расстояние наблюдается по отношению к немцам (3,6) и бельгийцам (3,7). Далее следуют татары ЧО (4,2) и только затем популяции западных славян -поляков и чехов (4,5 и 4,7, соответственно).

Для татар ЧО наименьшее генетическое расстояние наблюдается по отношению к русским ЧО (4,2). С другими популяциями ЧО - нагайбаками и башкирами - оно также невелико (6,5 и 7,7, соответственно). По сравнению с русскими несколько увеличивается расстояние до популяций стран Западной Европы (южные ирландцы, валлийцы, французы, бельгийцы, немцы), а также популяций финнов и саамов. Одновременно с этим происходит уменьшение

генетического расстояния по отношению к популяциям Юго-Восточной Европы (турки, болгары, македонцы, хорваты) и стран Азии (монголы, японцы, корейцы, китайцы).

Таблица 2 - Генетические расстояния по Нею между популяциями Челябинской области (русские, татары, башкиры, натай баки) по отношению к другим мировым популяциям.______

Русские ЧО Татары ЧО Башкиры ЧО - Нагайбякн ЧО

Русские ЧО 0 4.2 12.2 10,9

Татары ЧО 4.2 0 7.7 6,5

Башкиры ЧО 12,2 7,7 0 13

Нагайбака ЧО 10,9 6,5 13 0

Чуваша 9,6 8,4 16.7 9,9

Поляка 4,5 6,2 17,6 8,5

Чеха 4,7 8,7 18,3 18

Немцы 3.6 8 14.9 14,5

Французы 10 15,1 22 18.3

Бельгийцы 3,7 8,6 18.1 15.5

Валлийцы 5,9 13,6 23,1 18,4

Южные ирландцы 10 18.5 32.1 21,4

Финны 4,9 9 17.3 17,6

Северные саамы 21 26,8 34,1 36.9

Южные саамы 7,7 14 23,1 23,1

Хорваты 7,3 5,9 11,6 10,1

Македонцы 12,2 8,9 17.7 9,8

Болгары 16.2 15,5 13.2 16.5

Турки 21,2 15,9 18,5 15.4

Тувввцы 20,3 19 14 21,8

Монголы 20,5 18,4 12,2 21,9

Уйгуры 19,4 11,9 19.7 11,8

Китайцы 28,8 26,2 18,7 33,2

Корейцы 34.2 32,6 22.7 30,7

Японцы 47,1 43,7 34,2 40,2

Парсы Пакистана 68.6 49,9 63,2 44,1

Башкиры среди популяций ЧО имеют наибольшие значения расстояний по отношению к другим популяциям Южного Урала: 7,7 с татарами, 12,2 с русскими и 13,0 с нагайбаками. По сравнению с другими популяциями Челябинской области они демонстрируют увеличение генетического расстояния до европейских популяций, и его уменьшение до популяций стан Азии.

Для нагайбаков ЧО наименьшее генетическое расстояние наблюдается по отношению к татарам ЧО (6,5). Расстояния до стран Европы больше, чем для русских и татар, однако меньше, чем для башкир. Показатели по отношению к азиатским странам сопоставимы с татарами.

Для всех четырех популяций Челябинской области наибольшее генетическое расстояние наблюдается по отношению к популяции парсов Пакистана.

Анализ дерева популяций. Дерево посгроенное на основе генных частот локусов НЬА А и В в целом отражает взаимное положение исследованных популяций на евразийском континенте (рисунок I). Можно выделить два полюса, один из которых образуют азиатские популяции, а другой - европейские. В группе европейских популяций сначала отделяются страны Юго-Восточной Европы, а затем северные европеоиды, к которым относятся финны и саамы. Интересно, что к последним примыкают чуваши, которые, по одной из версий, имеют финно-угорское происхождение. Русские 40 располагаются в европейской группе, между западными европейцами (немцы, французы, бельгийцы, южные ирландцы, валлийцы) и славянскими восточноевропейскими популяциями (чехи, поляки). Южные славяне (хорваты, македонцы, болгары) находятся на отдельной ветке, включающей также турок.

Рисунок 1 — Неукорененное филогенетическое дерево, построенное на основании генетических расстояний, рассчитанных исходя из частот НЬА-А и -В для 26 популяций России и мира

Чехи

Северные саамы

Хорваты

Три оставшиеся популяции ЧО, в отличие от русских, сложнее отнести к какой-либо определенной группе. Татары и нагайбаки располагаются в непосредственной близости от популяций Юго-Восточной Европы. При этом татары расположены ближе к европеоидным популяциям, а нагайбаки, напротив, к азиатским. На дереве видно, что башкир нельзя отнести ни к монголоидам, ни к европеоидам, они располагаются в центре, находясь примерно на одинаковом удалении от тех и от других. Такое положение полностью соответствует географическому расположению башкир, что, по всей видимости, отражает факт формирования башкирского этноса на территории Южного Урала.

Исследование популяций при помощи анализа соответствий. На основе генных частот локусов НЬА А и В в 26 рассматриваемых популяций выполнен анализ соответствий. Особенностью анализа соответствий является возможность представлять объекты и переменные на одном графике. В данном случае на рисунке 2 представлен график с нанесенными на него популяциями и аллельными группами. График построен по двум первым осям инерции. Первая ось (ось абсцисс) представляет 38% от общей инерции и соответствует направлению запад-восток, четко разделяя европейские и азиатские популяции. Вторая ось (ось ординат) описывает только 13% и в основном соответствует направлению с юга на север. Таким образом, первые две оси представляют более 50% информации.

* в*/з

Рисунок 2 - Анализ соответствий с одновременным представлением популяций и аллельных групп

вчи

1,7 Ос1|И*|

■а

А В'ЭД

1

Методом к-средних популяции были разделены на 5 группы. «Северная» группа включила популяции севера Европы - финнов, северных и южных саамов.

В «восточную» группу, отчетливо обособленную от остальных популяций, вошли типичные монголоиды (китайцы, японцы, корейцы, монголы, тувинцы). Парсы Пакистана оказались единственной популяцией в своей группе.

Русские Челябинской области вошли в состав «западной» группы, включившей также южных ирландцев, валлийцев, французов, бельгийцев, немцев, чехов, поляков и чувашей. Русские ЧО, как и в случае построения дерева, снова располагаются в группе европейских популяций, недалеко от чехов и поляков. Следует отметить, что согласно данным мтДНК европейские популяции удивительно похожи на «усредненный» русский генофонд. В то же время, отдельные группы русских часто демонстрируют значительные отличия от средних показателей. Гетерогенность русской популяции объясняется расселением русских на обширных территориях и смешением с коренным населением (Балановская Е.В. и др. Русский генофонд на Русской равнине. Москва: Луч, 2007. 416 е.). По результатам наших исследований, несмотря на то, что рассматривались данные только для одной русской популяции, на графике анализа соответствий абсолютно не отражается ее периферическое положение по отношению к странам Европы, которое могло бы указывать на смешение с народами, отличными от европейцев. Подобное расположение на графике одновременно свидетельствует как об относительно недавней миграции русской популяции на территорию Южного Урала, так и о сохранении ее этнической целостности в местах нового проживания.

Три оставшиеся популяции Челябинской области - татары, башкиры, нагайбаки - вошли в «южную» группу, включившую также хорватов, македонцев, болгар, турок и уйгуров. На графике более четко, в отличие от дерева, видно, что татары и нагайбаки располагаются в группе популяций Юго-Восточной Европы. Скорее всего, это является подтверждением теории о булгаро-татарском происхождении татарского этноса в составе Волжской Булгарии. Хотя эта теория не отвергает концепцию золотоордынского участия, она предполагает, что немногочисленные пришлые монголо-татары, не оказали существенного влияния на формирование татарского этноса ни с лингвистической, ни с генетической точки зрения (Закиев М.З. Происхождение тюрков и татар. Москва: Инсан, 2002. 496 е.). Интересно, что отнесению и татар, и нагайбаков к популяциям Юго-Восточной Европы не помешало наличие у тех и у других типично монголоидного В,|,46, не встречающегося среди других популяций этой группы (кроме уйгуров). Данный факт еще раз подтверждает незначительность монголоидного вклада, но в то же время, его присутствие. Данные мтДНК, полученные для поволжских татар, также указывают на преобладание западно-евразийских гаплогрупп в татарском генофонде, которые составляют около 80%. Оставшиеся 20% приходятся на долю восточно-евразийских гаплогрупп (Кравцова О.А. и Газимзянов И.Р. Генетический портрет поволжских татар: за гранью видимого, или что скрывает ДНК? Lambert Academic Publishing, 2011. 204 е.). Расположение нагайбаков в непосредственной близости от татар согласуется с общепринятой версией их происхождения от татарской популяции. Тем не менее, в ходе анализа распределения генов HLA в популяции нагайбаков были выявлены особенности, отличающие их от других популяций ЧО, в том числе и от татар. Были обнаружены редкие гаплотипы, не встречающиеся в других популяциях. Скорее всего, это связано с недавним прохождением данной популяции через бутылочное горлышко и последующим ростом ее численности. В результате этих событий сначала изменилось

соотношение некоторых генов, а впоследствии случайные гаплотипы, не характерные для изначальной популяиии, распространились во вновь образовавшейся. Башкиры, хоть и входят наряду с татарами и нагайбаками в «южную» группу, являются в ней самой монголоидной популяцией, и располагаются на графике посередине между монголоидами и европеоидами. Скорее всего, данный факт указывает на то, что образование этноса происходило на территории Южного Урала, и в нем постепенно смешивались народы, приходившие с востока и с запада. Это подтверждается и данными мтДНК, согласно которым доля азиатских гаплотипов в башкирской популяции составляет около 40%, а европейских и ближневосточных — 60% (Бермишева М.А.и др. Антропология башкир. Санкт Петербург: Алетейя, 2011. 495 е.). Данный факт привел к тому, что наблюдаемые частоты HLA отражают географическое положение данной популяиии.

Кроме популяций на графике присутствуют аплельные группы, которые внесли наибольший вклад в формирование первой и второй осей. Для первой оси это А*01, А*03 А* 11, А*24, В*08, В*46, В+54 и В*58. Именно эти аллельные группы демонстрируют наибольшее колебание частот между европейскими и азиатскими популяциями. Тот факт', что большая часть изменчивости профиля HLA объясняется долготой популяции, согласуется с данными полученными на основе мтДНК, которой на евразийском континенте характерен долготный тренд изменчивости (Балановская Е.В. и др. Русский генофонд на Русской равнине. Москва: Луч, 2007. 416 е.).

В образование второй оси наибольший вклад внесли следующие специфичности: В*13, В*15, В*18, В*35, ВМ0, В*50, В*51 и В*73. По этой оси идет основное разделение популяций внутри Европы. При этом наглядно видно отличительные особенности популяций Юго-Восточной Европы по сравнению с Центральной и Западной Европой: повышение частот таких аллельных групп как В* 18, В*35, В*50 и В*51. Обособленно от основной массы популяций находится В*73, а также популяция, для которой он наиболее характерен - парсы Пакистана. Таким образом, на графике отображается более половины информации, полученной из двух локусов HLA. В целом, подобное расположение популяций отражает их реальное географическое положение. Однако, популяции Челябинской области, за исключением башкир, расположены на значительном удалении от их реального местоположения. Так русские находятся среди популяций западной и центральной Европы, в то время как татары и нагайбаки расположены в непосредственной близости от популяций юго-восточной Европы.

Корреляция генетического и географического расстояний

Последним этапом работы стало определение корреляции между географическим и генетическим расстояниями. В ходе ранее проведенных исследований была обнаружена значительная корреляция между генетическими и географическими расстояниями для мировых популяций (Nowak J. et al. Allele and extended haplotype polymorphism of HLA-A, -С, -В, -DRBI and -DQB1 loci in Polish population and genetic affinities to other populations. Tissue Antigens. 2008. V.71, №3. P. 193-205; Simoni L. et al. Geographic patterns of mtDNA diversity in Europe. Am J Hum Genet. 2000. V.66, №1. - P. 262-278).

В нашем случае общий коэффициент корреляции для двух матриц расстояний составил 0,77 с высокой степенью достоверности р=0,001. Это свидетельствует о

том, что НЬА профиль популяции определяется, прежде всего, ее географическим положением. То есть, чем ближе популяции расположены друг относительно друга, тем выше их генетическое сходство. Для определения того, насколько сильна корреляция в каждом конкретном случае был выбран ранговый коэффициент корреляции Спирмена. Результаты расчетов коэффициента корреляции представлены на рисунке 3.

Популяция

Русские ЧО

Уйгуры

Нагайбакн ЧО

Татары ЧО

Болгары

Башкиры ЧО

Турки

Чуваши

Хорваты

Македонцы

Поляки

Парсы

Чехи

Ту МИНЦЫ

Корейцы

Монюлы

Финны

Немцы

Яцонцы

Французы

Китайцы

Северные саамы

Бельгийцы

Южные саамы

Валлийцы

Южные ирландцы

—Г

□ *

ггх

1—

I !' I

ГУ

и н

* I **

) П

3 **

«а и

Г......т т

г.ггл

1 л .1

I I I I Г I I I I

»11 >11 II* И«

1 ат 1/

«

1

Рисунок 3 - Коэффициент корреляции Спирмена для 26 популяций. * 0,01

0,12 0,44 0,46 0,47 0,49 0,56 0,59 0,59 0,59 0,65 0,65 0,71 0,73 0,76 0,77 0,79 0,80 0,81 0,81 0,82 0,82 0,83 0,86 0,86 0,89 0,90

р <0,05 ; ** - р <

Из рисунка видно, что русские Челябинской области представляют собой исключение из общей тенденции и не демонстрируют корреляции между географическим и генетическим расстоянием. Это неудивительно, поскольку данная популяция имеет наименьшие значения генетического расстояния с популяциями расположенными за 3000-4000 км. На графике анализа соответствий русские также расположены среди популяций Западной и Центральной Европы.

Подобная картина характерна для популяции, которая пришла на занимаемую ныне территорию относительно недавно и при этом практически не смешивалась с местным населением. Похожая ситуация наблюдается для татар и нагайбаков 40, которые, в свою очередь, находятся среди популяций Юго-Восточной Европы. Однако для этих популяций коэффициент корреляции выше и имеет статистическую значимость (г=0,46 и г=0,47, соответственно).

Единственная популяция Челябинской области, демонстрирующая уверенную корреляцию между генетическим и географическим расстояниями это башкиры. Данная популяция является наиболее древним народом Южного Урала, однако и она появилась на его территории только 4 тыс. лет назад. Племена, образовавшие башкирский этнос имели смешанное европейское и азиатское происхождение. В связи с этим становится понятно, почему, несмотря на автохтонность башкирской популяции, коэффициент корреляции географического и генетического расстояний остается относительно невысоким.

Заключение

В ходе исследования был проведен анализ распределения генов и гаплотипов локусов IILA А и В в 4-х популяциях Челябинской области. Применение современных методов оценки генетического родства между популяциями позволило установить их место в структуре мировых популяций. Полученные данные указывают на то, что 3 из 4-х исследованных популяций (русские, татары, нагайбаки) пришли на Южный Урал относительно недавно, в то время как башкиры, по всей видимости, сформировались как этнос на территории Южного Урала. Данное обстоятельство в дальнейшем может послужить основой для изучения влияния окружающей среды на изменение профиля HLA популяций, имеющих различное происхождение.

Полученные нами данные о распределении генных частот HLA в русской, татарской и башкирской популяциях включены в международный проект Анализа Популяционных Данных HLA (Analysis of HLA Population Data). Помимо самостоятельного популяционно-генетического значения они применяются в качестве контроля для исследований по проблеме «HLA и болезни» (туберкулез, ревматоидный артрит).

Важным результатом нашей работы стало включение данных о протипированных индивидуумах в базу данных Регистра потенциальных доноров стволовой клетки Челябинской областной станции переливания крови. Проведенные исследования демонстрируют уникальные особенности популяций, проживающих на территории Южного Урала, что делает крайне сложной задачу поиска подходящего донора в других странах. Нацеленный отбор доноров татарской и башкирской национальности позволяет расширить репрезентативность соответствующих популяций Регистре и способствует успешному подбору совместимого донора для гематологических пациентов.

Выводы

1. Распределение генов и гаплотипов HLA в популяции русских Челябинской области характеризует ее как типично европейскую популяцию. Присутствия монголоидной компоненты в русском генофонде не обнаружено.

Татарская популяция Челябинской области демонстрирует частоты генов и гаплотипов HLA схожие с популяцией русских, однако наличие В*46 говорит о присутствии монголоидного влияния на генофонд популяции.

В башкирской популяции Челябинской области присутствуют как монголоидные, так и европеоидные признаки распределения генов HLA.

Нагайбакская популяция проявляет наибольшую близость HLA-профиля с популяцией татар Челябинской области, однако имеет' ряд особенностей, не характерных ни для одной другой мировой популяции.

2. Наименьшее генетическое расстояние для популяции русских Челябинской области наблюдается с популяциями Европы, в результате чего на дереве популяций они располагаются на европейской ветке рядом с чехами и поляками. Татары и нагайбаки Челябинской области не находятся ни на одной оформленной ветке и располагаются недалеко от популяций Юго-Восточной Европы. Башкиры демонстрируют одинаковые генетические расстояния до стран Европы и Азии, и на дереве популяций располагаются на одинаковом удалении от гех и от других.

3. На основании анализа соответствий определено место 4-х популяций Челябинской области в структуре мировых популяций. Русские наряду с южными ирландцами, валлийцами, французами, бельгийцами, немцами, чехами, поляками и чувашами вошли в «западную» группу. Три другие популяции Челябинской области (татары, башкиры, нагайбаки) вместе с хорватами, македонцами, болгарами, турками и уйгурами были отнесены к «южной» группе.

4. Популяция русских Челябинской области - единственная из рассмотренных нами мировых популяций, демонстрирует отсутствие корреляции между генетическим и географическим расстояниями. Остальные популяции Челябинской области - татары, башкиры и нагайбаки — имеют достоверную корреляцию между генетическим и географическим расстояниями. Наибольшего значения данный показатель достигает в башкирской популяции, которая первой, из исследованных нами популяций, появилась на Южном Урале, и, по всей видимости, сформировалась как этнос на его территории.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Суслова, Т.А. Особенности распределения H LA пшлотипов (HLA A-B-DR) в популяции русских Челябинской области / ТА. Суслова, A JL Бурмнстрова, М.С. Чернова, М.Н. Вавилов, М.В. Кузина // Аллергология и иммунология. - 2008. - Т. 9, № 3. -С. 263-264.

2. Суслова, Т.А. Аллельные варианты MICB в составе анцестральных гаплотипов H LA русской этнической группы Челябинской области / Т. А. Суслова, АЛ. Бурмнстрова, М.Н. Вавилов, C.B. Тимофеева, М.С. Чернова // Аллергология и иммунология. - 2009. — Т. 10, № 2. — С. 180-181.

3. Суслова, Т.А. Опыт создания регионального регистра потенциальных доноров стволовой клетки на Челябинской областной станции переливания крови / Т.А. Суслова, Т.М. Завьялова, М.Н. Вавилов, М.С. Чернова, Е.Б. Хромова, О.В. Янина, A.J1. Бурмнстрова // Вестник Гематологии. - 2009. - T. V, № 4,- С. 53-54.

4. Суслова, Т.А. Распределение HLA-A в основных этнических группах Челябинской области: русские, башкиры, татары, нагайбаки / Т.А. Суслова, АЛ. Бурмнстрова, М.Н. Вавилов, М.С. Чернова, О.Н. Димчева,

О.В. Янина, Г.А. Скрябина // Вестник Уральской Медицинской Академической науки. -2009. -№ 2/1 (24).- С. 300-301.

5. Чернова, М.С. Генетические расстояния между основными этническими группами Челябинской области (русские, башкиры, татары) и некоторыми мировыми популяциями, рассчитанные по локусу HLA В / М.С. Чернова, С.Л. Суздалева, М.В. Кузина, Т.А. Суслова, А.Л. Бурмистрова // Вестник Гематологии. - 2009. - T. V, № 4.- С. 65-66.

6. Вавилов, М.Н. Двухлокусные гаплотипы HLA-B и MIC-B у русских и башкир, проживающих на территории Челябинской области / М.Н. Вавилов, М.С. Чернова, Н.П. Молодцов // Вестник Уральской медицинской академической науки. - 2010. - № 2/1 (29). - С. 22.

7. Чернова, М.С. Опенка двух методов статистического определения HLA (А-B-DRB1) гаплотипов / М.С. Чернова, Т.А. Суслова // Вестник Уральской медицинской академической науки. - 2010. - № 2/1 (29). - С. 80-81.

8. Burmistrova, A.L. Genetic polymorphism of small nationality - Nagaibaks living in Chelyabinsk region / A.L. Burmistrova, O.N. Zaripova, T.A. Suslova, S.V. Timopheeva, M.S. Chemova // Contributions to the Moscow International Conference "Molccular Phylogenetics". - Moscow, 2010. - P. 85.

9. Suslova, T.A. The establishment of a regional stem cell donor registry in Chelyabinsk, Russia / TA. Suslova, M.S. Chemova, T.M. Zavyalova, M.N. Vavilov. E.B. Khromova, S.V. Timofeeva, E.I. Lupar, O.V. Yanina, A.L.Burmistrova // Book of Abstracts & Scientific Program 5th East-west Immunogenetics Conference - Pilsen, Czech Republic, 2010. - P. 22-23.

10. Суслова, Т. А. Распределение генов, гаплотипов HLA в популяции башкир, проживающих в Челябинской области / Т. А. Суслова, A. JI. Бурмистрова, М.С. Чернова, M. Н. Вавилов, Е. Б. Хромова // Иммунология - 2011. - № 2. -С. 65-68.

11. Vavilov, M.N. HLA and MICB alleles in ancestral haplotypes in Russian and Bashkir populations of the Chelyabinsk Region of Russian South Urals / M.N. Vavilov, T.A. Suslova, A.L. Burmisrova, M.S. Chemova, E.I. Lupar, G. Tselischev, C. Darke // Tissue Antigens. -2012. - V. 79. - P. 530-531.

12. Suslova, T.A. HLA gene and haplotype frequencies in Nagaybaks and their comparison with other Chelyabinsk region populations / T.A.Suslova, A.L. Burmistorva, M.S. Chemova, O.N. Zaripova, E.B. Khromova, M.N. Vavilov, A. Gorelova, C. Darke.//Tissue Antigens.-2012. - V. 79.-P. 531-532.

13. Suslova, T. A. HLA gene and haplotype frequencies in Russians Bashkirs and Tatars, living in the Chelyabinsk region (Russian South Urals) / T.A. Suslova, A.L. Burmistrova, M.S. Chemova, E.B. Khromova, E.I. Lupar, S.V. Timofeeva, I.V. Dcvald, M.N Vavilov, C. Darke // International Journal of Immunogenetics. - 2012. -V. 39.-P. 394-408.

14. Suslova, T.A. HLA gene and Haplotype frequencies in Chelyabinsk region tatars and comparisons with other Eurasian populations/ T.A. Suslova, A.L. Burmistorva, E. Chromova, M.S. Chemova, S.V. Belyaeva. A. Gorelova, M.N. Vavilov, C. Darke// Tissue antigens. T2013. - V. 81. - P. 367.

15.Riccio, ME. 16(th) IHIW: Analysis of HLA Population Data, with updated results for 1996 to 2012 workshop data (AHPD project report) / M.E. Riccio, S. Buhler, J.M. Nunes, C. Vangenot, M. Cucnod, M. Currat, D. Di, M. Andreani, M. Boldyreva. G.

Chambers, M. Chemova, J. Chiaroni, C. Darke, J. Di Cristofero, V. Dubois, P. Dunn, H.A. Edinur, N. Elamin, J.F. Eliaou, Z. Grubic, T. Jaatincn, U. Kanga, B. Kervaire, L. Kolesar, W. Kunachiwa, M.L. Lokki, N. Mehra, G. Nicoloso, R. Paakkanen, D.P. Voniatis, C. Papasteriades, F. Poli, L. Richard, I. Romon Alonso, A. Slavtev, G. Sulcebe, T. Suslova, M. Testi, J.M. Tiercy, A. Vamavidou, B. Vidan-Jeras, A. WcnnerstrOm, A. Sanchez-Mazas II Int. J. Immunogenet. - 2013. - V. 40, № I. - P. 21-30.

16. Chemova M.S. HLA-C locus polymorphism and HLA B-C haplotypes in Nagaybak Population / M. S. Chemova, A. L. Burmistrova, S. V. Belyaeva, M. N. Vavilov, O. N. Zaripova, T. A. Suslova. Programme Book of Abstracts of the 8th East-west Immunogenetics Conference. - 2014. - Vienna, Austria. - P. 29.

Список используемых сокращений

ДНК дезоксирибонуклеиновая кислота

мтДНК митохондриальная ДНК

чо Челябинская область

AHPD Analysis of HLA Population Data / Анализ Популяционных

Данных HLA

EF1 European Federation for Immunogenetics / Европейская

ЕРТ External Proficiency Testing / внешнее профессиональное

HLA Human Leucocyte Antigens / лейкоцитарный антиген человека

На правах рукописи

Чернова Мария Сергеевна

ИММУНОГЕНЕТИЧЕСКИЙ ПРОФИЛЬ ПОПУЛЯЦИЙ ЧЕЛЯБИНСКОЙ ОБЛАСТИ (РУССКИЕ, ТАТАРЫ, БАШКИРЫ, НАГАЙБАКИ) В СТРУКТУРЕ МИРОВЫХ ПОПУЛЯЦИЙ

14.03.09 - Клиническая иммунология, аллергология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Челябинск - 2014

Подписано в печать 18.04.2014 Формат 60 х 84 1/16. Усл.печл. 1,4. Тираж 100 экз. Заказ № 352

Отпечатано в типографии «Сити Принт» (ТОТ Мякотин И.В.) г. Челябинск, ул. Энгельса, 61А тел.: (351)230-34-34

14-- 7677

 
 

Текст научной работы по медицине, диссертация 2014 года, Чернова, Мария Сергеевна

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Челябинский государственный университет»

На правах рукописи

04201459651

Чернова Мария Сергеевна ИММУНОГЕНЕТИЧЕСКИЙ ПРОФИЛЬ ПОПУЛЯЦИЙ ЧЕЛЯБИНСКОЙ ОБЛАСТИ (РУССКИЕ, ТАТАРЫ, БАШКИРЫ, НАГАЙБАКИ) В СТРУКТУРЕ МИРОВЫХ ПОПУЛЯЦИЙ

14.03.09 — Клиническая иммунология, аллергология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: Бурмистрова Александра Леонидовна доктор медицинских наук, профессор

Челябинск - 2014

Оглавление

Введение...............................................................................................................3

Глава 1. Обзор литературы..............................................................................11

1.1. Характеристика и эволюция системы НЬА...................................11

1.2. Значение НЬА в антропологии и популяционной генетике........20

1.3. Популяции Челябинской области..................................................25

Глава 2. Материалы и методы исследования.................................................30

2.1. Контингент обследуемых лиц.........................................................30

2.2. Иммуногенетическое типирование................................................31

2.3. Статистическая обработка..............................................................32

Глава 3. Результаты...........................................................................................38

3.1. Русские 40. Распределение частот генов НЬА-А и -В и их гаплотипов.........................................................................................................38

3.2. Татары ЧО. Распределение частот генов НЬА-А и -В и их гаплотипов.........................................................................................................39

3.3. Башкиры ЧО. Распределение частот генов НЬА-А и -В и их гаплотипов.........................................................................................................40

3.4. Нагайбаки ЧО. Распределение частот генов НЬА-А и -В и их гаплотипов.........................................................................................................41

3.5. Неравновесное сцепление между локусами НЬА А и В в популяциях Челябинской области...................................................................42

3.6. Генетические расстояния между популяциями ЧО и другими мировыми популяциями....................................................................................43

3.7. Дерево популяций.............................................................................45

3.8. Анализ соответствий.......................................................................46

3.9. Корреляция между географическим и генетическим

расстояниями.....................................................................................................49

Глава 4. Обсуждение.........................................................................................51

Заключение........................................................................................................71

Список сокращений..........................................................................................74

Список литературы...........................................................................................75

Приложение.......................................................................................................93

Введение

Актуальность темы исследования и степень ее разработанности

Открытие первого лейкоцитарного антигена человека Жаном Досе в 1958 году [65] положило начало всестороннему изучению системы HLA (Human Leukocyte Antigen). Интенсивному развитию исследований в значительной мере способствовало тесное сотрудничество ученых из разных стран мира. Международные рабочие совещания, посвященные HLA и Иммуногенетике, сыграли важную роль в изучении главного комплекса гистосовместимости, разработке классификации и номенклатуры аллелей, а также помогли разработать стандарты для клинической практики.

На сегодняшний день система HLA представляет собой одну из самых изученных генетических систем организма человека. Это объясняется тем, что она является ключевым элементом в иммунной системе, позволяющим отличать «свое» от «чужого» [35, 61, 113]. По этой причине для успешной трансплантации органов и тканей необходимо максимальное совпадение донора и реципиента по антигенам HLA. Помимо этого, гены HLA играют важную роль в предрасположенности к ряду аутоиммунных и инфекционных заболеваний, определяя адекватность иммунного ответа [34, 48, 98, 137, 153]. Тщательный молекулярный анализ этих генов ложится в основу эпидемиологических исследований. Статистические сравнения между группой больных и контролем, принадлежащими к одной популяции, позволяют установить предрасположенность или устойчивость, связанную с определенными аллелями HLA. Знание о повышенной частоте предрасполагающего аллеля в данной популяции является важным условием при оценке генетических рисков развития аутоиммунных и инфекционных заболеваний, определяя адекватность иммунного ответа [53, 58, 108].

Помимо непосредственной практической значимости в медицине система НЬА благодаря необычайному полиморфизму представляет большой интерес для антропологических исследований, изучения генетической истории человеческого вида и механизмов молекулярной эволюции [122, 133, 149]. Уже в 1980 году Жан Досе в своей нобелевской речи подчеркивал особую роль НЬА в антропологических исследованиях [66]. В настоящее время на ежегодных конференциях, посвященных иммуногенетике, значительное внимание уделяется исследованию профилей НЬА различных мировых популяций, а гены системы НЬА, наряду с другими генетическими маркерами (мтДНК, У-хромосома, микросателлитные локусы), используются для исследований демографической истории популяций.

Российская Федерация является одним из наименее изученных регионов мира в плане установления НЬА-профиля популяций. Это связано как с её размерами, так и с чрезвычайно большим числом народностей, проживающих на её территории. В связи с этим, этническое разнообразие нашей страны не было использовано в полной мере для исследования полиморфизма генов НЬА. Однако в последние годы, благодаря распространению в России методов ДНК-типирования, такая возможность появилась. [27].

Южный Урал представляет собой один из наиболее многонациональных и поликонфессиональных регионов России. С глубокой древности на территории края сталкивались народы, пришедшие с Востока и с Запада. В результате их взаимодействия происходило не только взаимное проникновение культурных влияний, но также генетическое смешение и формирование новых этносов. На сегодняшний день Челябинская область насчитывает более 20 национальностей, из которых, согласно Всероссийской переписи населения 2010 г., 83,8 % составляют русские, 5,36 % — татары и 4,81 % — башкиры. Кроме того, на территории Челябинской области проживает 7679 нагайбаков, что

составляет 90% от общей численности этой популяции [74]. Неизбежный процесс глобализации, активно начавшийся в XX веке, неумолимо стирает границы между ранее обособленными популяциями. Свобода перемещения и исчезновение необходимости выбора брачного партнера в пределах своей популяции приводят к обмену генами между ранее изолированными народами, что в значительной мере затрудняет популяционно-генетические исследования. Эти обстоятельства объясняют необходимость проведения подобных исследований в настоящее время.

Цель исследования

Установить иммуногенетический профиль популяций Челябинской области (русские, татары, башкиры и нагайбаки) по генам НЬА I класса (НЬА-А и -В) и определить их место в структуре мировых популяций.

Задачи исследования

1. Охарактеризовать распределение генных частот локусов НЬА-А и -В, а также их гаплотипических сочетаний в 4-х популяциях Челябинской области: русские, татары, башкиры, нагайбаки.

2. Исходя из полученных частот локусов НЬА-А и -В рассчитать генетические расстояния между популяциями Челябинской области и другими мировыми популяциями, и на их основе построить дерево популяций.

3. На основе частот локусов НЬА-А и -В провести анализ соответствий для последующего разделения популяций на группы и установления места популяций Челябинской области в структуре мировых популяций.

4. Рассмотреть корреляцию между генетическим и географическим расстояниями для популяций Челябинской области в сравнении с другими мировыми популяциями.

Методология и методы исследования

Исследование проведено в рамках научной проблемы «Популяционная иммуногенетика». Выборка представителей 4-х

национальностей, проживающих на территории Челябинской области, проводилась среди доноров Челябинской областной станции переливания крови. Принадлежность к определенной этнической группе определялась согласно рекомендациям 8-го Международного Уоркшопа 1980 года.

В ходе экспериментальной части исследования установлено распределение генных частот локусов НЬА А и В. Типирование проводилось при помощи полимеразной цепной реакции с сиквенс-специфическими праймерами.

Для проведения аналитической части исследования был произведен поиск данных о распределении генных частот НЬА локусов А и В в мировых популяциях, в результате чего была сформирована выборка из 22-х популяций, проживающих на Евразийском континенте. При выборе популяций особое внимание уделялось тому, чтобы генные частоты были определены с помощью молекулярно-генетических методов. Матрица распределения генных частот, включающая 26 популяций, легла в основу расчета генетических расстояний по Нею, которые, в свою очередь, стали основой для построения популяционного дерева методом объединенных соседей.

Для визуализации информации, заключенной в генных частотах, проведен анализ соответствий, который позволяет представить взаимное положение популяций на графике, построенном по двум первым осям инерции. Исходя из расположения популяций на графике анализа соответствий, популяции были разделены на группы.

Расстояния между популяциями, рассчитанные на основе их координат, на графике анализа соответствий, сопоставлены с физическими расстояниями между популяциями для определения корреляции между генетическим и географическим расстояниями.

Степень достоверности, апробация результатов, личное участие автора

Результаты молекулярно-генетического типирования получены при

помощи праймеров, успешно проходящими ежегодный контроль на качество типирования ЕРТ (External Proficiency Testing), организованный Европейской Федерацией Иммуногенетики (EFI). Анализ результатов проводился методами, используемыми для обработки данных в популяционной иммуногенетике. Результаты, полученные на основе генов HLA, в целом согласуются с данными, представленным для мтДНК. В работе использованы современные методы получения и обработки исходной информации с использованием прикладных компьютерных программ: Arlequin 3.5, Phylip 3.68, R-статистика.

Основные результаты диссертации доложены и обсуждены на российских и зарубежных научных конференциях, посвященных HLA и иммуногенетике: конференция, зональной лаборатории

иммунологического типирования тканей «Фундаментальное и прикладное значение оценки генов иммунного ответа» (г. Челябинск, 2008), Всероссийская конференция с международным участием «Главный комплекс гистосовместимости - к 50-летию открытия» (г. Санкт-Петербург, 2009), 5th East-West Immunogenetics Conference (Чехия, 2010), 25th European Immunogenetics and Histocompatibility Conference (Чехия, 2011), 8th East-West Immunogenetics Conference (Австрия, 2014).

Личный вклад соискателя состоит в непосредственном участии во всех этапах диссертационного исследования, в планировании научной работы, наборе популяционных выборок, проведении молекулярно-генетического типирования, углубленном анализе отечественной и зарубежной научной литературы, анализе и интерпретации экспериментальных данных, их систематизации, статистической обработке с описанием полученных результатов, написании и оформлении рукописи диссертации, основных публикаций по выполненной работе.

Положения, выносимые на защиту

1. Русские Челябинской области являются типично европеоидной популяцией, не демонстрирующей признаков монголоидного влияния.

Русская популяция — единственная из рассмотренных нами мировых популяций, для которой отсутствует корреляция между генетическим и географическим расстояниями.

2. Башкиры Челябинской области примерно в равной степени включают в себя как европеоидные, так и монголоидные характеристики распределения генов НЬА. Среди популяций Челябинской области они демонстрируют наибольшую корреляцию между генетическим и географическим расстояниями. По всей видимости, башкиры не только первыми из исследованных популяций, появились на Южном Урале, но и сформировались как этнос на его территории.

3. Татары и нагайбаки Челябинской области располагаются среди популяций Юго-Восточной Европы (хорватов, македонцев, болгар, турок), в непосредственной близости друг от друга. В то же время, в обеих популяциях обнаружено аллельное семейство В*46, не встречающееся в европейских популяциях, а, следовательно, указывающее на присутствие монголоидного вклада в генофонд данных популяций.

4. Нагайбаки Челябинской области, несмотря на сходство с татарами, своими предполагаемыми предками, имеют ряд особенностей в распределении генов НЬА. В нагайбакской популяции присутствует аллельное семейство В*45, не обнаруженное в других популяциях Челябинской области, и крайне редко встречающееся в других мировых популяциях. Кроме того, нагайбаки отличаются от других популяций Челябинской области наличием наибольшего количества уникальных гаплотипов НЬА А-В, большинство из которых не характерно ни для одной другой мировой популяции.

Научная новизна

В ходе нашего исследования впервые методом молекулярного типирования получены данные о распределении частот генов НЬА А и НЬА В, а также их гаплотипов, в 4-х популяциях Челябинской области: русские, татары, башкиры, нагайбаки. Впервые, исходя из генных частот

HLA I класса, рассчитаны генетические расстояния между исследованными и мировыми популяциями, и на их основе построено неукорененное дерево объединенных соседей. Кроме того, впервые на основе генов HLA I класса проведен анализ соответствий для популяций Челябинской области (русские, татары, башкиры, нагайбаки), благодаря чему установлено их место в структуре мировых популяций.

Проведенные исследования демонстрируют уникальные особенности HLA-профиля популяций, проживающих на территории Южного Урала. Полученные генные частоты вошли в международную базу данных The Allele Frequency Net Database и представлены на сайте www.allelefrequencies.net. Результаты работы помогают понять закономерности распределения генов HLA в мировых популяциях, представляют интерес для изучения генетической истории человеческого вида, а, кроме того, создают основу для развития клинической трансплантологии, позволяя составить более эффективные алгоритмы поиска совместимого неродственного донора стволовой клетки.

Теоретическая н практическая значимость

Данные о распределении частот генов HLA А и HLA В, а также их гаплотипов в 4-х популяциях Челябинской области имеют самостоятельное популяционно-генетическое значение. В 2011 году они были включены в международный проект Analysis of HLA Population Data (AHPD), результаты которого отражены в международной базе данных популяционной иммуногенетики The Allele Frequency Net Database www. al lelefrequencies .net.

Полученные данные могут быть использованы в качестве контроля для исследований по проблеме «HLA и болезни» в соответствующих популяциях, а также найти применение в оптимизации поиска неродственного донора гемопоэтических стволовых клеток.

Внедрение результатов исследования в практику

Результаты типирования представителей 4-х национальностей вошли в состав Регистра доноров стволовой клетки Челябинской областной станции переливания крови.

Данные о распределении генных частот HLA используются в качестве контроля при исследовании связи HLA с заболеваниями.

Результаты работы внедрены в учебный процесс: используются при преподавании отдельных тем курса иммунологии на биологическом факультете ФГБОУ ВПО «Челябинский государственный университет».

Публикации

Автор имеет 25 опубликованных работ, из них по теме диссертации опубликовано 16 научных работ общим объёмом 2,7 печатного листа, в том числе 5 публикаций в научных журналах и изданиях, которые включены в перечень российских рецензируемых научных журналов и изданий для опубликования основных научных результатов диссертаций, а также 6 работ в зарубежных научных изданиях. Соискателем опубликовано 5 работ в материалах всероссийских и международных конференций.

Структура и объем диссертации

Диссертация изложена на 101 странице машинописного текста. Состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов исследования, обсуждения полученных результатов, заключения, выводов, списка сокращений, списка литературы и приложения. Диссертация иллюстрирована 10 таблицами 7 рисунками. Список литературы содержит 175 источников, в том числе 31 работ отечественных и 142 зарубежных авторов.

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Характеристика и эволюция системы HLA

В данном разделе рассматривается строение генов Главного комплекса гистовоместимости (МНС) человека или системы HLA (Human Leukocyte Antigen). Основное внимание уделено классическим генам первого класса, изу�