Полиморфизм генов репарации ДНК при бронхолегочной патологии у работников вредных и опасных отраслей промышленности

  • Авторы: Т.А. Андрущенко, С.В. Гончаров, Л.В. Долинчук, В.Е. Досенко
  • УДК: [575.113.3: 577.21] : [616.23/24-057:331.43] : 005
Скачать вложения:

Т.А. Андрущенко1, С.В. Гончаров2, Л.В. Долинчук3, В.Е. Досенко2

1ГУ «Институт медицины труда имени Ю.И. Кундиева Национальной академии медицинских наук Украины», г. Киев, Украина
2Институт физиологии имени А.А. Богомольца Национальной академии наук Украины, г. Киев, Украина
3Национальный медицинский университет имени А.А. Богомольца, г. Киев, Украина

Резюме. Вступление. Активно изучается полиморфизм генов репарации ДНК в формировании индивидуальной чувствительности генома к повреждающим мутагенным воздействиям.
Цель работы: изучить распределение частот аллелей и генотипов генов репарации ДНК: XPD (rs13181, rs799793) и ERCC1 (rs11615) у работников асбестоцементных заводов и шахтёров для выявления маркеров риска развития бронхолегочной патологии.
Материалы и методы. В исследование вошли рабочие асбестоцементных заводов и шахтёры (n=214). Методом полимеразной цепной реакции в реальном времени определяли генотипы генов XPD (rs13181, rs799793) и ERCC1 (rs11615).
Результаты. В результате исследования установлены аллели и генотипы, ассоциированыые с риском развития бронхолегочной патологии: -  в популяции работников асбестоцементных заводов: XPD*Asn/Asn (rs799793), (p<0,01; х2=6,62; OR=2,20; 95 %CI: 1,75–2,77); - в популяции шахтёров: XPD*С (rs13181), (p<0,02; х2=4,99; OR=1,88; 95 %CI: 1,04–3,40); XPD*CC (rs13181), (p<0,003; X2=8,61; OR=4,29; 95 %CI: 1,41–13,37). Также установлен аллель XPD*A (rs13181), который в популяции шахтёров проявил себя как маркер резистентности к развитию бронхолегочной патологии (p<0,02; х2=4,99; 0R=0,53; 95 %CI: 0,29–0,96).
Выводы. В результате исследования установлены аллели и генотипы, ассоциированные с риском развития бронхолегочной патологии в популяции работников вредных и опасных производств Украины. Определен генотип и аллель, которые могут быть использованы в качестве биомаркеров резистентности к развитию патологии дыхательной системы.
Ключевые слова: молекулярно-генетические маркеры, XPD и ERCC1, бронхолегочная патология.

Вступление. Заболевания органов дыхания от воздействия промышленных аэрозолей занимают центральное место в структуре профессиональных заболеваний [1]. Риск развития бронхолегочной патологии (БЛП) индивидуален и в значительной мере зависит от генетически детерминированной активности ферментов [2].

К настоящему времени в научной литературе собрано достаточно данных о полиморфизме генов системы репарации ДНК, связанных с факторами повышенного риска целого ряда онкопатологий различных типов и локализаций [3]. Известно несколько десятков полиморфизмов, вовлеченных в разные виды системы репарации, а также то, что полиморфные варианты генов способны изменять структуру и активность репарационных ферментов [6, 7]. Поэтому активно изучается роль полиморфизмов генов репарации ДНК в формировании индивидуальной чувствительности генома к повреждающим мутагенным воздействиям [8].

В структуре вредных и опасных профессиональных факторов, которые могут приводить к развитию БЛП, известны такие, которые могут обуславливать нарушения в системе репарации ДНК: пыль фиброгенного действия различной природы, химические вещества, физические факторы, что, в свою очередь, может индуцировать мутагенез. Учитывая патогенетическую составляющую повреждений ДНК в развитии БЛП, поиск маркеров индивидуальной чувствительности среди полиморфных вариантов генов репарации, является актуальным.

Цель работы — изучить распределение частот аллелей и генотипов генов: XPD (rs13181, rs799793) и ERCC1 (rs11615) у работников асбестоцементных заводов и шахтёров угольных шахт для выявления маркеров риска развития бронхолегочной патологии.

Материалы и методы. В исследование вошли две категории работников вредных и опасных отраслей промышленности Украины (n=214), это работники асбестоцементных заводов (АЦЗ, n=94) и шахтёры угольных шахт Украины (n=120).

Первая категория — это работники АЦЗ, ООО «Балаклейский шиферный комбинат» и ООО «Краматорский шифер» (n=94). Их средний возраст — 42,9±6,7 лет, средний вредный стаж 15,8±4,9 лет. Для сравнительного анализа были сформированы две группы: исследования и контроля. В группу исследования вошли работники АЦЗ с БЛП (хронический бронхит, хроническое обструктивное заболевание легких (ХОЗЛ), пневмокониоз), контрольная группа — работники без БЛП, но их стаж и условия труда были идентичны с группой исследования.

Второй категорией респондентов исследования стали шахтёры угольных шахт Донецкой, Луганской и Львовской областей Украины. Шахты, на которых они работали были подобными по горно-геологическим условиям добычи угля. Средний возраст шахтёров в исследовании составил 52,5±7,3 лет, средний подземный стаж — 22,04±5,9 лет. В группу исследования вошли шахтёры с БЛП (хронический бронхит, ХОЗЛ, пневмокониоз), контрольную группу составили горняки без БЛП, но их возраст, подземный стаж и условия труда были идентичны при статистической обработке.

Генетический материал (ДНК) выделяли из лейкоцитов периферической крови. Методом полимеразной цепной реакции в реальном времени определяли генотипы генов XPD (rs 13181, rs799793) и ERCC1 (rsl 1615). Полученные результаты статистически обрабатывали при использовании программ Orion 7.0, Statistica, Excel 2000. При этом вероятность отличий определяли по χ2-критерию, значение р<0.05 считали достоверным.

Результаты и обсуждение. Продукты гена XPD (xeroderma pigmentosum group D) функционируют на начальном этапе синтеза всех белков клетки в качестве субъединицы комплексного белка TFIIH — вспомогательного фактора РНК-полимеразы ІІ [6]. В данном исследовании изучали аллельные полиморфизмы XPD (rs13181 и rs799793): замещение G на A в положении 23591 вызывает замену в 10-м экзоне (312 Asp (D) на Asn (N) аминокислотного обмена), а замещение А–С в нуклеотидной позиции 35931 вызывает замещение в 23 экзоне кодона 751 Lys (K) на Gln (Q). Согласно данных литературы, у носителей минорного генотипа СС (Gln/Gln) гена XPD наблюдается сниженная способность к репарации и это приводит к неполноценному восстановлению повреждений ДНК при ультрафиолетовых облучениях и действии химических мутагенов [9].

У гена ERCC 1 описаны 5 полиморфизмов. В данном исследовании изучали аллельный полиморфизм ERCC1 (rs11615), так как известно, что аллель ERCC1 118Т в некоторых исследованиях был сопряжен с уменьшением количества мРНК и трехкратным снижением способности к репарации повреждений ДНК [4, 10].

Анализ изучения аллельных полиморфизмов генов XPD (rs 13181, rs799793) и ERCC1 (rs11615) показал, что частота распределения минорных аллелей: XPD*C, XPD*Asn, ERCC1*T в группе исследования АЦЗ составила соответственно: 37 %, 36,9 % и 35,9 %. А в группе контроля: XPD*C — 44,8 %, XPD*Asn — 29,2 %, ERCC1*T — 39,6 %. В то же время, доминантные аллели XPD*А, XPD*Asp, ERCC1*C у респондентов группы исследования АЦЗ были следующие: 63 %, 63,1 %, 64,1 %. Соответственно в группе контроля частоты доминатных аллелей по изучаемым генам: XPD*А — 55,2 %, XPD*Asp — 70,8 %, ERCC1*C — 60,4 %. Анализ частот распределения аллелей генов XPD (rs 13181, rs799793) и ERCC1 (rs11615) в популяции работников АЦЗ представлен в табл 1.

Таблица 1. Анализ частот распределения аллелей генов XPD (rs13181, rs799793) и ERCC1 (rs11615) в популяции работников асбестоцементных заводов

При анализе изучения частот распределения минорных аллелей: XPD*С, XPD*Asn, ERCC1*T в группе исследования шахтёров соответственно: 51,2 %, 35,2 %, 39,8 %. В группе контроля шахтёров: XPD*С — 35,8 %, XPD*Asn — 34,9 %, ERCC1*T — 38,2 %. Распределение доминантных аллелей по изучаемым генам в группе исследования шахтёров: XPD*А — 48,8 %, XPD*Asp — 64,8 %, ERCC1*C — 60,2 %. Соответственно в группе контроля частоты доминатных аллелей: XPD*А — 64,2 %, XPD*Asp — 65,1 %, ERCC1*C — 61,8 %. Анализ частот распределения аллелей генов XPD (rs13181, rs799793) и ERCC1 (rs11615) в популяции шахтёров представлен в табл. 2.

Таблица 2. Анализ частот распределения аллелей генов XPD (rs13181, rs799793) и ERCC1 (rs11615) в популяции шахтёров

При определении частот аллелей изучаемых генов установлена статистически достоверная разница частот аллеля XPD*A и XPD*C (rs13181) в популяции шахтёров (p<0,02; χ2=4,99). При определении величины OR установлена корреляция для носителей минорного аллеля XPD*C (rs13181) у шахтёров с БЛП по отношению к относительному риску развития БЛП (OR=1,88; 95 %СІ: 1,04–3,40), а также вычисленная величина OR доминантного аллеля XPD*A (rs13181) (0R=0,53; 95 %СІ: 0,29–0,96) в популяции шахтёров свидетельствует в пользу протективной роли по отношению к риску развития БЛП.

Для изучения ассоциаций определённых генотипов генов репарации с риском развития БЛП были определены их частоты: XPD (rs13181, rs799793) и ERCC1 (rs11615). Следует отметить, что полученные частоты генотипов изучаемых полиморфизмов были близки к популяционным частотам в европейской популяции, что по данным литературы составляет:
- по гену XPD (rs 13181) доминантные гомозиготы — XPD*A/A — 35,4 %, гетерозиготы XPD*A/C — 52,4 %, минорные гомозиготы XPD*C/C — 12,2 %;
- по гену XPD (rs 799793) доминантные гомозиготы — XPD*Asp/Asp — до 43 %; гетерозиготы XPD*Asp/Asn — 50–53 %, минорные гомозиготы XPD*Asn/Asn — 17 %;
- по гену ERCC1 (rs11615) доминантные гомозиготы — ERCC1*C/C — до 50 %; гетерозиготы ERCC1*C/T — 30 %, минорные гомозиготы ERCC1*T/T — 17 % [3, 4, 5, 9, 10].

При анализе частот генотипов гена XPD (rs799793) в популяции работников АЦЗ носители генотипа XPD*Asn/Asn в группе иследования составили — 13,1 %, в группе контроля минорные гомозиготы не встречались (χ2=6,62, р<0,01), что свидетельствует о повышенном риске развития БЛП в группе исследования АЦЗ (0R=2,20; 95 %CI:1,75–2,77). Анализ частот генотипов XPD (rs13181, rs799793) и ERCC1 (rs 11615) в популяции работников АЦЗ представлен в табл. 3.

Таблица 3. Анализ частот генотипов генов XPD (rs13181, rs799793) и ERCC1 (rs11615) у работников асбестоцементных заводов

В ходе исследования также был проведён анализ частот генотипов изучаемых генов в популяции шахтёров. При изучении распределения генотипов гена XPD (rs13181) частота минорных гомозигот XPD*C/C в группе исследования шахтёров составила 33,4 %, в группе контроля — 10,5 %. При статистической обработке результатов методом χ2 было установлено статистически достоверную разницу частот генотипов XPD*C/C (rs13181) между шахтёрами с БЛП и группой контроля (χ2=8,61, р<0,003). Анализ частот генотипов генов XPD (rs13181, rs799793) и ERCC1 (rs11615) в популяции шахтёров представлен в табл. 4.

Таблица 4. Анализ частот генотипов генов XPD (rs13181, rs799793) и ERCC1 (rs11615) в популяции шахтёров

Выводы

1. В результате проведенного исследования установлена статистически достоверная разница частот аллеля XPD*A и XPD*C гена XPD (rs 13181) в популяции шахтёров (p<0,02; χ2=4,99), что свидетельствует об ассоциации для носитетей минорного аллеля XPD*C с риском развития бронхолегочной патологии (OR=1,88; 95 %СІ: 1,04–3,40), в то же время как обладатели доминантного аллеля XPD*A имеют относительную резистентность к развитию заболеваний дыхательной системы (OR=0,53; 95 %СІ: 0,29–0,96).

2. Установлены генотипы ассоциированные с риском развития бронхолегочной патологии: XPD*CC (rs13181) в популяции шахтёров (p<0,003; χ2=8,61; OR=4,29; 95 %CI: 1,41–13,37) и XPD* Asn/Asn (rs799793) в популяции работников асбестоцементных заводов (p<0,01; χ2=6,62; 0R=2,20; 95 %CI: 1,75–2,77).

3. Молекулярно-генетические исследования являются перспективным направлением для разработки методов первичной профилактики бронхолегочной патологии и обеспечивают персонифицированный подход.

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Измеров Н. Ф. Профессиональные заболевания органов дыхания (Национальное руководство) // под ред. Н.Ф. Измерова, А.Г. Чучалина. —Москва. —Издательская группа «ГЭОТАР-Медиа», 2015. —C. 119–148.

2. Кузьмина Л.П. Биохимические и генетические показатели индивидуальной чувствительности к профессиональным вредностям: Профессиональный риск для здоровья работников (руководство) // под ред. Н.Ф. Измерова, Э.Н. Денисова. —Москва: Тровант. —2003. —C. 329–334.

3. Уржумов П.В. Полиморфизмы генов NBS1 и PARP1 и эффективность репарации ДНК / П.В. Уржумов, А.В. Погодина, А.В. Аклеев // Вестник Челябинского государственного университета. —2013. —№ 7, (298). —Биология. Вып. 2. —C. 107–108.

4. Bohanes P. A review of excision repair cross-complementation group 1 in colorectal cancer / P. Bohanes, M.J. Labonte, H.J. Lenz // Clin. Colorectal Cancer. —2011. —№ 10. —157–164.

5. Bukowski K. Polymorphism of genes encoding proteins of DNA repair vs. occupational and environmental to lead, arsenic and pesticides / K. Bukowski, K. Wozniak // Med. Pr. —2017. Oct. 12. —pii: 75879.

6. Genetic Polymorphisms in the Human Population / W.R. Kiffmeyer, E. Langer, S.M. Davies [et al.] // Cancer. —2004. —V. 100. —№ 2. —P. 411–417.

7. Variants in double-strand break repair genes and breast cancer susceptibility / B. Kuschel, A. Auranen, S. McBride [et al.] // —Hum. Mol. Genet. —2002. —№ 11. —Р. 1399–440.

8. Pavanello S. Individual susceptibility to occupational carcinogens: the evidence from biomonitiring and molecular epidemiology studies / S. Pavanello, E. Clonfero // —2004. —G. Ital. Med. Lav. Ergon. —Oct-Dec. —№ 26(4). —Р. 311– 21.

9. Genotype-phenotype relationship between DNA repair gene genetic polymorphisms and DNA repair capacity / A. Shin, K.M. Lee, B. Ahn [et al.] // —2008. —Asian. Pac. J. Cancer. Prev. 9. —P. 501–505.

10. Todd RC. Inhibitor of transcription by platinum antitumor compounds / R.C. Todd, S.J. Lippard // Mellallomics. —2009. —№1. —P. 280–291.

 

REFERENCES

1. N.F. Izmerov Professional diseases of the respiratory system (National guidelines) // edited by N.F. Izmerov, А.G. Chuchalina. – Moscow. – Izdatelskaia gruppa “GEOTAR-Media”, 2015. – P. 119–148.

2. L.P. Kuzmina Biochemical and genetic parameters of individual sensitivity to occupational hazards: Professional health risk for workers (guidelines) // edited by N.F. Izmerov, E.N. Denisova. – Moscow: Trovant. – 2003. – P. 329–334.

3. P.V. Urzhumov Polymorphisms of NBS1 and PARP1 genes and efficiency of DNA repair / P.V. Urzhumov, А.V. Pogodina, А.V. Akleev // Vestnik Cheliabinskogo gosudarstvennogo universiteta. – 2013. – No. 7, (298). – Biology. Issue 2. – P.107–108.

4. Bohanes P. A review of excision repair cross-complementation group 1 in colorectal cancer / P. Bohanes, MJ. Labonte, H.J. Lenz // Clin. Colorectal Cancer. – 2011. – No. 10. – 157– 164.

5. Bukowski K. Polymorphism of genes encoding proteins of DNA repair vs. occupational and environmental to lead, arsenic and pesticides / K. Bukowski, K. Wozniak // Med.Pr. – 2017. Oct. 12. – pii: 75879.

6. Genetic Polymorphisms in the Human Population / W.R. Kiffmeyer, E. Langer, S.M. Davies [et al.] // Cancer. – 2004. – V. 100. – No. 2. – P. 411–417.

7. Variants in DNA double-strand break repair genes and breast cancer susceptibility / B. Kuschel, A. Auranen, S. McBride [et al.]// – Hum Mol Genet – 2002. – No. 11. – Р. 1399–440.

8. Pavanello S. Individual susceptibility to occupational carcinogens: the evidence from biomonitoring and molecular epidemiology studies / S. Pavanello, E. Clonfero // – 2004. – G Ital Med Lav Ergon. – Oct-Dec. – No. 26(4). – Р. 311– 21.

9. Genotype-phenotype relationship between DNA repair gene genetic polymorphisms and DNA repair capacity / A. Shin, KM. Lee, B. Ahn [et al.] // – 2008. – Asian Pac J Cancer Prev 9. – P. 501–505.

10. Todd RC. Inhibitor of transcription by platinum antitumor compounds/ RC. Todd, SJ.Lippard // Mellallomics. – 2009. – No.1. – P. 280 – 291.

 

Надійшла до редакції 20.02.2018 р.