Введение к работе
Актуальность темы: В современной биохимии и генетике человека важное место занимают исследования целого комплекса проблем, которые обусловлены существованием выраженного молекулярного полиморфизма [Perry S.V. 2001; Лимборская С.А. с соавт. 2002; Dos Remedies С. G. et al. 2003]. В частности, многими авторами показано, что изучение белкового полиморфизма необходимо для выяснения молекулярных основ вариабельности в функционировании различных систем организма, как в норме, так и при патологии [Beaudet A.L. et al. 1989; Schiaffino S., Reggiani С 1996; Шишкин C.C. с соавт. 2004].
К настоящему времени проведено значительное число исследований, свидетельствующих о том, что биохимический полиморфизм весьма характерен для мышечных белков самых разных организмов, в частности, для мышечных белков человека [Barton P.J.R.; Buckingham М.Е. 1985; Schiaffino S., Reggiani С. 1996; Berg J.S. et al. 2001]. Особый интерес при этом, естественно, привлекают саркомерные белки, поскольку они непосредственно обеспечивают мышечное сокращение и, следовательно, их полиморфизм должен оказывать существенное влияние на состояние и функционирование отдельных мышц и даже всей мышечной системы, в целом.
Активные исследования полиморфизма саркомерных белков ведутся уже более 20 лет и, по-видимому, внимание к данному разделу биохимии мышц не снижается, а, напротив, в нем постепенно формируются все новые подразделы и направления [Breitbart R.E. et al. 1987; Beggs A.H. et al. 1992; Schiaffino S., Reggiani С 1996; Perry S.V. 2001; Berg J.S. et al. 2001; Greaser M.L. et al. 2005]. Одним из таких относительно новых и весьма актуальных направлений стали исследования однонуклеотидных полиморфизмов (SNP's) в генах различных саркомерных белков, которые уже привели к получению принципиально важной информации о природе некоторых мышечных заболеваний [Beggs А.Н., et al. 1990; Richard I., et al. 1995; Шишкин C.C. 1997; Горбунова B.H. с соавт. 2000]. Важно отметить, что результаты подобных разработок достаточно быстро находят практическое применение, в частности в диагностике различных наследственных болезней [Beggs А.Н., et al. 1990; Richard І., et al. 1995; Горбунова B.H. с соавт. 2000].
Кроме того, значительное внимание привлекают недавно появившиеся сообщения о том, что определенные SNP's в генах некоторых саркомерных белков могут быть ассоциированы с определенными позитивными свойствами мышечной системы человека, в частности с высокой мышечной работоспособностью [Yang N. et al. 2003; Rankinen Т. et al. 2003; Niemi A.-K., Majamaa K. 2005]. Эти находки представляются принципиально важными в контексте активно развивающихся исследований ассоциаций определенных аллелей раз-
личных SNP's в генах человека с определенными позитивными признаками (для обобщенного обозначения которых в англоязычной литературе используется термин "physical performance") [Payne J., Montgomery H. 2003; Yang N., 2003; Perusse L. et al. 2003; Wolfarth Б. et al. 2005]. Несколько групп исследователей из США, Канады, Германии, Финляндии и ряда других западных стран фактически создали международный консорциум, который занят отслеживанием всех публикаций по данной проблематике, их анализом и созданием особой генетической карты, показывающей локализацию соответствующих генов [Perusse L. et al. 2003; Wolfarth В. et al. 2005]. Соответственно, исходя из целей, связанных с обеспечением "physical performance", важное значение приобретают исследования SNP's в генах, которые кодируют белки, непосредственно вовлеченные в функционирование скелетной мускулатуры.
Цель и задачи исследования: изучение биохимического полиморфизма некоторых тканеспецифичных мышечных белков человека, представляющих основные структурные компоненты саркомера, и ассоциаций отдельных полиморфных вариантов с особенностями функционирования мышечных тканей в норме и при отдельных формах мышечной патологии.
Для достижения вышеуказанной цели решались следующие задачи исследования:
-
провести сравнительное изучение белковых паттернов поперечнополосатых мышц человека.
-
охарактеризовать ДНК-полиморфизм в нескольких участках генах MYH7 и гена ТРМ1 у спортсменов, а также пациентов с кардиомиопатиями и их ближайших родственников.
-
провести сравнительное изучение распределения генотипов и частот аллелей для полиморфизма R577X гена ACTN3 в представительной выборке этнических русских и в группе профессиональных спортсменов.
-
охарактеризовать распределение генотипов и частот аллелей для однонук-леотидного полиморфизма rs3731746 в гене TTN в представительной выборке этнических русских и в группе профессиональных спортсменов.
-
исследовать полиморфизм в гене CANP3 у некоторых пациентов с миодис-трофией Эрба-Рота и их ближайших родственников.
Научная новизна работы. Получены новые данные о полиморфизме пяти тканеспецифичных мышечных белков человека - тяжелая р-цепь миозина, а-тропомиозин, ос-актинин-3, тайтин и кальпаин 3. Обнаружены межиндивидуальные количественные и качественные изменения тропомиозиновых белков в скелетных мышцах человека. В гене MYH7 не было выявлено гетерозиготное в группах спортсменов, но гетерозиготность оказалась у некоторых пациентов с кардиомиопатиями. Впервые в представительной выборке этнических русских и в группе профессиональных спортсменов РФ получены данные о распределении генотипов и частотах аллелей для однонуклеотидного
полиморфизма rs3731746 в гене 777V, приводящего к аминокислотной замене Т17556М. Обнаружена и зарегистрирована в международной базе данных "Nucleotide" NCBI новая мутация - динуклеотидная АС деления (номер -AY823489, gi56126469) в гене CANP3 у некоторых пациентов с миодистрофией Эрба-Рота и их ближайших родственников.
Теоретическая и практическая значимость. Разработана оригинальная модификация рестрикционного анализа для полиморфизма R577X rsl815739 в гене ACTN3, которая обеспечивает параллельно с генотипипированием контроль над качеством рестрикции. Результаты генотипирования по полиморфизму R577X нашли практическое применение при предварительном отборе молодых спортсменов - пловцов в СДЮШ Олимпийского резерва СКА (Санкт-Петербург), что зарегистрировано соответствующим свидетельством о внедрении. Получены данные о распределении генотипов и частот аллелей для полиморфизма rs3731746 (Т17556М) в гене 777V, которые позволяют рекомендовать проведение соответствующего генотипирования для профилизации молодых спортсменов. При изучении полиморфизмов в четырех участках генов MYH7 (экзоны 13, 9 и 20) и ТРМ1 (экзоны 5 и б с интроном между ними) получены данные, которые свидетельствуют, что для обеспечения целенаправленных поисков мутаций в соответствующих генах необходим специальный отбор лиц с потенциально высоким риском «синдрома внезапной смерти». Результаты исследований полиморфизма в гене CANP3 и обнаружение динуклеотидной делеции (АС) у некоторых пациентов с миодистрофией Эрба-Рота и их ближайших родственников представляют определенное значение для улучшения ДНК-диагностики при данной форме миодистрофии.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Проведены исследования биохимического полиморфизма пяти тканеспе-цифичных мышечных белков человека - тяжелая р-цепь миозина, а-тропомио-зин, а-актинин-3, тайтин и кальпаин 3.
-
Выявлены различия в распределении генотипов и частот аллелей для полиморфизма R577X гена ACTN3 в представительной выборке этнических русских и в группе профессиональных спортсменов РФ. Показано, что среди профессиональных спортсменов в целом увеличено присутствие лиц с генотипом RR при снижении - с генотипом XX. Различия оказались наиболее выражены в подгруппах пловцов и лыжников.
-
По результатам изучения распределения генотипов и частот аллелей для однонуклеотидного полиморфизма rs3731746 в гене ТТЛ/ показано, что по сравнению с контрольной выборкой (не занимающиеся спортом) среди профессиональных спортсменов увеличено присутствие лиц с генотипом ММ и снижено число гетерозигот; эти отличия особенно выражены в подгруппах лыжников и пловцов.
4) Обнаружена и зарегистрирована в международной базе данных
"Nucleotide" NCBI новая мутация - динуклеотидная делеция (АС, номер -AY823489, gi56126469) в гене CANP3 у некоторых пациентов с миодистрофией Эрба-Рота и их ближайших родственников.
Апробация работы: Материалы диссертации докладывались на Всероссийской с международным участием школе-конференции «Физиология мышц и мышечной деятельности» (2005 г., г. Москва); на Межрегиональной научно-практической конференции «Новая идеология в единстве фундаментальной и клинической медицины» (2005 г., Самара); на Международной научной конференции «Актуальные проблемы спорта высших достижений и подготовки спортивного резерва к участию в XXIX Олимпийских играх 2008 г. в г. Пекине (КНР). (2006 г., Беларусь, г. Минск), и др.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, из них 1 в зарубежной печати.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на страницах машинописного текста. Состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, полученных результатов и их обсуждения, заключения, выводов, списка литературы (254 источника) и приложений. Работа иллюстрирована 8 таблицами и 37 рисунками.
