Аннотации статей. Том 55, 2019 г., № 10
ПРОГРЕСС ГЕНЕТИКИ ЭМБРИОНАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ ЧЕЛОВЕКА И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ РЕПРОДУКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
1 Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии
им. Д.О. Отта, Санкт-Петербург, 199034 Россия; e-mail: baranov@vb2475.spb.edu
2 Санкт-Петербургский государственный университет, кафедра генетики и биотехнологии, Санкт-Петербург, 199034 Россия
Наряду с большой социальной значимостью, решение проблемы “пробирочных детей” сделало возможным прямые исследования зародышей человека доимплантационных стадий. Совершенствование технологий работы с гаметами и ранними зародышами, высокая разрешающая способность современных цитогенетических и молекулярно-генетических методов не только позволили создать эффективные алгоритмы вспомогательных репродуктивных технологий (ВРТ), но и получить важную информацию о фундаментальных процессах эмбриогенеза и генетики развития человека, ранее недоступных прямому исследованию. В частности, оценить вклад хромосомных аномалий и роль хромосомного импринтинга в патологию эмбрионального развития человека, изучить цитогенетические и молекулярные механизмы первичной эмбриональной дифференцировки, проанализировать эпигенетические изменения генома от оплодотворения до формирования бластоцисты, идентифицировать гены, ответственные за первые морфогенетические преобразования дробящегося зародыша. Безусловным успехом эмбриологии человека и ВРТ явилось создание трехродительских эмбрионов как метода профилактики митохондриальных болезней, разработка универсального метода диагностики хромосомных и генных болезней. Новую эру в эмбриологии человека и ВРТ открыли исследования по геномному редактированию. Подчеркивается необходимость соблюдения большой осторожности при внедрении в практику новых ВРТ, их тщательной проверки на лабораторных моделях. Прежде всего это относится к работам по редактированию генома, получению искусственных гамет, а также к созданию животных-химер с целью выращивания донорских органов и др. Отмечается серьезное отставание отечественной науки в экспериментальной эмбриологии человека, необходимость ее всемерной поддержки как со стороны фундаментальной науки, так и клинической медицины.
DOI: 10.1134/S0016675819100023
ХРОМОСОМНАЯ НЕСТАБИЛЬНОСТЬ И КОРРЕКЦИЯ КАРИОТИПА В ИНДУЦИРОВАННЫХ ПЛЮРИПОТЕНТНЫХ СТВОЛОВЫХ КЛЕТКАХ ЧЕЛОВЕКА
Научно-исследовательский институт медицинской генетики, Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук, Томск, 634050 Россия; e-mail: t.nikitina@medgenetics.ru
Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК) человека являются многообещающим источником клеток для регенеративной медицины, изучения процессов патогенеза различных заболеваний, скрининга фармакологических препаратов и других клинических и фундаментальных исследований. Однако для применения ИПСК необходимо сохранение генетической стабильности клеток при репрограммировании, длительном культивировании и направленной дифференцировке. Крупные хромосомные аберрации наиболее негативно влияют на качество ИПСК, поэтому обзор в основном сосредоточен на анализе хромосомных аномалий, в том числе так называемых рекуррентных (повторяющихся) анеуплоидий, анализируются источники их возникновения, влияние процессов репрограммирования и длительного культивирования на накопление хромосомных аберраций. Рассмотрены случаи самопроизвольной коррекции кариотипа в ИПСК и возможность исправления крупных хромосомных аномалий с помощью удаления или функционального выключения лишнего гомолога.
DOI: 10.1134/S0016675819100096
ЭПИГЕНЕТИЧЕСКИЙ МОЗАИЦИЗМ ПРИ БОЛЕЗНЯХ ГЕНОМНОГО ИМПРИНТИНГА
Научно-исследовательский институт медицинской генетики, Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук, Томск, 634050 Россия; e-mail: elena.sazhenova@medgenetics.ru
Дифференциальный характер генной экспрессии в развитии организма поддерживается сложными регуляторными эпигенетическими механизмами, обеспечивающими формирование различных специализированных типов клеток. В результате многоклеточный организм представляет собой мозаику клеток с различающимися эпигенетическими характеристиками. Высоко вероятно, что выход за границы нормальной эпигенетической вариабельности может обусловливать возникновение патологичных мозаичных состояний, при которых одна часть клеточной популяции обладает нормальным эпигенотипом, а другая несет измененную эпигенетическую информацию. В настоящем обзоре на примере явления геномного импринтинга как классического эпигенетического феномена впервые обобщены данные о распространенности эпигенетического мозаицизма, механизмов его возникновения и роли в этиологии наследственных болезней, обусловленных дисфункцией импринтированных локусов генома.
DOI: 10.1134/S0016675819100114
ПЕРВЫЙ ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ NGS СЕКВЕНИРОВАНИЯ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ НЕИНВАЗИВНОГО ПРЕНАТАЛЬНОГО ТЕСТИРОВАНИЯ
1 Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта, Санкт-Петербург, 199034 Россия; e-mail: tivashchenko2011@mail.ru
2 ООО “НИПТ”, Санкт-Петербург, 199106 Россия
Для определения хромосомных аномалий плода в последние годы активно используют технологию неинвазивного пренатального тестирования (НИПТ). Неинвазивное пренатальное тестирование позволяет выявлять хромосомные патологии плода путем анализа внеклеточной ДНК (вкДНК) плода в материнской крови без проведения инвазивного вмешательства. В настоящем сообщении суммированы результаты разработки и апробация НИПТ-технологии в НИИ АГиР им. Д.О. Отта. Первые результаты НИПТ-теста, полученные нами при исследовании 149 образцов крови беременных женщин, доказали клиническую ценность данного анализа для выявления трисомии плода по хромосомам 21, 18 и 13. Из 149 образцов были выявлены 22 образца с анеуплоидиями, что в дальнейшем было подтверждено методом цитогенетического анализа кариотипа плода. В 21 образце с анеу-плоидиями в 57% случаев встречалась трисомия 21, в 24% – трисомия 18 и в 9% – трисомия 13. В одном образце выявлена анеуплоидия по хромосомам 21 и 13 одновременно и в одном случае – трисомия по хромосоме Х. Не было зарегистрировано ложноположительных результатов, 100% трисомий были подтверждены кариотипированием после инвазивной диагностики. Полученная специфичность соответствовала ожидаемой и составила >99.9%. Чувствительность метода – 100%. Метод НИПТ доказал свою надежность и, скорее всего, заменит классический комбинированный скрининг первого триместра с последующими инвазивными процедурами в ближайшие годы. Относительно высокая стоимость НИПТ и отсутствие компенсации его стоимости страховыми компаниями в России являются единственными недостатками данного метода. Учитывая ожидаемое дальнейшее снижение стоимости данного типа исследований, НИПТ-технология на основе секвенирования генома применима в клинической практике и заслуживает широкого использования в будущем.
DOI: 10.1134/S0016675819100059
ОНТОГЕНЕТИЧЕСКАЯ ПЛЕЙОТРОПИЯ ГЕНОВ, ВОВЛЕЧЕННЫХ В CNV У СПОНТАННЫХ АБОРТУСОВ ЧЕЛОВЕКА
Научно-исследовательский институт медицинской генетики, Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук, Томск, 634050 Россия; e-mail: anna.kashevarova@medgenetics.ru
С помощью микроматричного хромосомного анализа исследованы 52 образца плацентарных тканей спонтанных абортусов человека первого триместра беременности. Выявлены 120 вариаций числа копий участков ДНК (CNV), затрагивающих один или несколько генов (всего 427 генов). С использованием биоинформационного алгоритма анализа обогащения при применении онтологии “Фенотип млекопитающих” все гены были разделены на 183 категории (р ≤ 0.05). Категория “Эмбриогенез” включала 22 гена: AIP, BMP4, BMP5, CDKN1C, EXT1, GAB1, H19, HOXD13, IGF2, KIT, LDHA, NKX2-5, NRK, PEG3, PHLDA2, SMCHD1, SMN1, TBX3, TGIF1, TH, TLX2, TRRAP. Рассмотрены функции каждого из приведенных генов и патологические состояния, ассоциированные с мутациями в них; высказана гипотеза о плейотропном эффекте генов, вовлеченных в CNV у спонтанных абортусов.
DOI: 10.1134/S0016675819100060
ИНТЕРПРЕТАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ МЕТОДА FISH ПРИ НЕРАВНОМЕРНОМ ВНУТРЕННЕМ ОБЛУЧЕНИИ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОДЕЛЬНОГО ПОДХОДА
Уральский научно-практический центр радиационной медицины, Челябинск, 454076 Россия; e-mail: evgenia@urcrm.ru
Метод флуоресцентной in situ гибридизации (FISH) позволяет оценивать число стабильных хромосомных аберраций (транслокаций) в Т-лимфоцитах крови человека через десятилетия после радиационного воздействия, поэтому он используется для ретроспективной оценки доз облучения красного костного мозга (ККМ). Анализ результатов цитогенетических исследований у лиц, облучившихся в 1950-е годы 89, 90Sr, который локально облучает ККМ, показал, что оценка доз на основе данных FISH приводит к занижению реальной дозы, оцененной на основе измерений содержания 90Sr в организме. Была оценена зависимость доза–эффект и определена частота транслокаций на 1 Гр дозы облучения ККМ и Т-лимфоцитов у доноров, проживавших в прибрежных селах р. Теча (n = 178; число транслокаций = 2389; число геном-эквивалентов GE = 96446). Для оценки доз были использованы последняя версия дозиметрической системы р. Теча и модель облучения Т-лимфоцитов. Статистический анализ показал, что частота транслокаций на 1000 GE на 1 Гр дозы на ККМ составила 8.0 ± 0.7; это статистически значимо ниже, чем аналогичная величина, оцененная для работников Селлафилда при внешнем облучении (11.6 ± 1.6). В то же время использование дозы на Т-лимфоциты и их предшественники привело к переоценке (повышению) угла наклона дозовой кривой до 11.8 ± 1.6 на 1 Гр на 1000 GE, что хорошо согласуется с опубликованными данными. Полученные оценки фоновых частот транслокаций также оказались близкими к опубликованным значениям для необлученных доноров. Это свидетельствует о правомерности использования модельного подхода к оценкам доз на Т-лимфоциты и их предшественники и о необходимости учета сложной динамики Т-клеток при интерпретации цитогенетических данных в целях биодозиметрии.
DOI: 10.1134/S0016675819100138
ИССЛЕДОВАНИЕ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ РАДИОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ У ЧЕЛОВЕКА НА ОСНОВЕ ОЦЕНКИ ЧАСТОТЫ ХРОМОСОМНЫХ АБЕРРАЦИЙ И МИКРОЯДЕР В Т-ЛИМФОЦИТАХ ПЕРИФЕРИЧЕСКОЙ КРОВИ
1 Уральский научно-практический центр радиационной медицины, Челябинск, 454076 Россия; e-mail: vozilova@urcrm.ru
2 Челябинский государственный университет, Челябинск, 454001 Россия
В современном мире возрастает воздействие ионизирующего излучения на человека в диапазоне низких доз (медицинские диагностические процедуры и т.д.). Вопрос о влиянии малых доз на здоровье человека – дискуссионный и актуальный. Известно, что в популяции существует до 15% людей, у которых ответ на облучение будет отличаться от ожидаемого, что по литературным данным связано с особенностями генома. Исследование влияния хронического низкоинтенсивного облучения (диапазон доз на красный костный мозг от 3 до 4600 мГр), которому подверглись жители прибрежных сел р. Теча (Южный Урал), на радиочувствительность Т-клеток in vivo и in vitro при дополнительном γ-облучении Т-лимфоцитов периферической крови (0.5, 1 и 2 Гр) является актуальным. В качестве маркеров облучения использовали цитогенетические показатели – частоту нестабильных хромосомных аберраций и частоту микроядер. Радиочувствительными считались лица, у которых полученные значения показателей превышали 90-й процентиль. На основании результатов проведенного исследования были сделаны следующие выводы: доноров с повышенной радиочувствительностью было около 10%, причем на увеличение цитогенетических результатов не влияла доза хронического облучения красного костного мозга; не выявили влияния возраста на радиочувствительность в исследуемом возрастном диапазоне доноров (49–89 лет). В большинстве случаев не выявили воспроизводимого эффекта радиочувствительности у одного и того же донора при разных режимах облучения.
DOI: 10.1134/S0016675819100151
БАЗОВЫЙ УРОВЕНЬ ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИХ ПОВРЕЖДЕНИЙ В ЛИМФОЦИТАХ И БУККАЛЬНЫХ ЭПИТЕЛИОЦИТАХ БОЛЬНЫХ РАКОМ ЛЕГКОГО
1 Кемеровский государственный университет, Кемерово, 650000 Россия; e-mail: druzhinin_vladim@mail.ru
2 Федеральный исследовательский центр угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук, Кемерово, 650099 Россия
3 Кемеровский областной онкологический диспансер, Кемерово, 650000 Россия
Представлены результаты изучения хромосомных аберраций и микроядер в лимфоцитах крови, а также микроядер в клетках буккального эпителия 50 нелеченных мужчин больных раком легкого (РЛ) и 62 контрольных доноров. С использованием комплекса цитогенетических тестов выявлено однонаправленное достоверное увеличение базового уровня генетической нестабильности в клетках пациентов по сравнению с контролем. Показано, что у больных РЛ элиминация поврежденных клеток происходит преимущественно путем некроза, тогда как частоты клеток на стадии апоптоза не различаются у больных и в контроле. Возраст пациентов, статус курения, тип и стадия РЛ не оказывают существенного влияния на показатели базового уровня генетических повреждений. Это позволяет утверждать, что цитогенетическая нестабильность соматических клеток нелеченных больных РЛ является постоянным признаком, отражающим реакцию генома на воздействие окислительного стресса, сопровождающего опухолевый процесс.
DOI: 10.1134/S0016675819100047
СИГНАЛЫ НАПРАВЛЕННОГО ОТБОРА В ПОПУЛЯЦИЯХ НАРОДОВ СИБИРИ И ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ РОССИИ
1 Научно-исследовательский институт медицинской генетики, Томский национальный исследовательский
медицинский центр Российской академии наук, Томск, 634050 Россия; e-mail: vadim.stepanov@medgenetics.ru
2 Второй медицинский факультет, Карлов университет, Прага, 11100 Чехия
3 Факультет биологии, Университет Ла Верн, Ла Верн, Калифорния, CA91750 США
Адаптация популяций человека к экстремальными климато-географическим условиям среды обитания, опосредованная естественным отбором, может являться одним из основных факторов формирования генетической структуры популяций Северной Евразии. Используя данные полногеномного набора однонуклеотидных полиморфных маркеров (SNP), мы провели поиск сигналов направленного отбора в 5 популяциях Сибири и европейской части России. Для каждой из популяций обнаружено от 113 до 185 регионов генома, формирующих протяженные гомозиготные блоки гаплотипов, содержащие в совокупности 771 ген. Кросс-популяционный поиск мишеней отбора выявил еще около 150 участков генома, в том числе – 57 пересекающихся с результатами гаплотипического анализа в отдельных популяциях. Среди локусов генома, несущих наиболее выраженные сигналы направленного отбора в северных популяциях, можно выделить области генов SLC30A9, CACNA1C, KCNQ5, ABCA1, ALDH1A2, CSMD1, RBFOX1, WWOX и ряд других. Биоинформационный анализ показал, что основными биологическими процессами, в которые вовлечены мишени отбора в северных популяциях, являются процессы ответа на внешние стимулы, включая белки, нутриенты и глюкозу, и защитные реакции организма, включая воспалительный ответ. Сеть белок-белковых взаимодействий продуктов генов, находящихся в регионах направленного отбора в геноме, формирует выраженные кластеры, соотносящиеся с некоторыми из указанных биологических процессов. Результаты работы свидетельствуют, что механизмы не-нейтральной микроэволюции могут играть существенную роль в формировании генетической структуры популяций человека в ходе долговременной адаптации к неблагоприятным условиям среды обитания.
DOI: 10.1134/S0016675819100126
ДЕТЕКЦИЯ ТОЧЕЧНЫХ МУТАЦИЙ И ХРОМОСОМНЫХ ТРАНСЛОКАЦИЙ НА ОСНОВЕ МАССОВОГО ПАРАЛЛЕЛЬНОГО СЕКВЕНИРОВАНИЯ ОБОГАЩЕННЫХ 3С-БИБЛИОТЕК
1 Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск, 630090 Россия
2 Новосибирский национальный исследовательский государственный университет, Новосибирск, 630099 Россия; e-mail: minja-f@ya.ru
Диагностика и лечение пациентов с наследственными заболеваниями требуют создания эффективных методов исследования индивидуальных геномов. Существующие подходы либо нацелены на поиск узкого набора геномных вариантов, либо слишком дороги для применения в рутинной практике. Мы исследовали возможность детекции точечных мутаций и межхромосомных транслокаций при помощи секвенирования обогащенных 3С-библиотек. Мы показали, что, с точки зрения детекции вариантов в экзонах, обогащенные 3С-библиотеки являются более информативными, чем полногеномные библиотеки, но уступают полноэкзомным данным. При этом транслокации существенно изменяют профиль пространственных контактов хроматина, что позволяет эффективно детектировать такие перестройки при анализе обогащенных 3С-библиотек.
DOI: 10.1134/S0016675819100084
МЕТОД МУЛЬТИПЛЕКСНОГО ГЕНОТИПИРОВАНИЯ ПОЛИМОРФНЫХ ВАРИАНТОВ ГЕНОВ, АССОЦИИРОВАННЫХ С ОЖИРЕНИЕМ И ИНДЕКСОМ МАССЫ ТЕЛА
Научно-исследовательский институт медицинской генетики, Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук, Томск, 634050 Россия; е-mail: ekaterina.trifonova@medgenetics.ru
Ожирение является одной из глобальных проблем здравоохранения, приводящих к существенному экономическому и социальному ущербу как в развитых, так и в развивающихся странах. Избыточный вес и ожирение – ключевые факторы риска сахарного диабета, сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний, обусловливающих высокую заболеваемость и смертность. В представленной статье разработан метод мультиплексного генотипирования полиморфных вариантов генов, ассоциированных с ожирением и вариабельностью показателя индекса массы тела (ИМТ), основанный на многолокусной ПЦР и MALDI-TOF-масс-спектрометрии молекул ДНК. Охарактеризованы частоты 51 однонуклеотидного полиморфизма генов-кандидатов ожирения в популяционной выборке русских г. Кемерово. Полученные результаты сопоставлены с данными для популяций из проекта “1000 геномов”. Показана ассоциация маркеров rs12446632 локуса LOC105371116 и rs16851483 гена RASA2 с вариабельностью ИМТ у русских г. Кемерово.
DOI: 10.1134/S001667581910014X
ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РЕГИОНОВ ВЫСОКОЙ ГОМОЗИГОТНОСТИ В ГЕНОМАХ ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ КОРЕННОГО НАСЕЛЕНИЯ СЕВЕРНОЙ ЕВРАЗИИ
Научно-исследовательский институт медицинской генетики, Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук, Томск, 634050 Россия; е-mail: nikita.kolesnikov@medgenetics.ru
Популяции коренных этносов Северной Евразии представляют значительный интерес для популяционной геномики как в силу относительно слабой их изученности с привлечением современных геномных технологий, так и по причине специфичности их генофондов, развивавшихся в различных генетико-демографических условиях. Мы использовали данные генотипов по 242179 аутосомным SNP у 876 человек для поиска регионов высокой гомозиготности протяженностью более 1 Mb. Для популяций Сибири обнаружено большее общее количество и большая суммарная длина регионов высокой гомозиготности, чем для других исследованных популяций Северной Евразии.
DOI: 10.1134/S0016675819100072
Clinical Utility of MLPA and QF-PCR Techniques in the Genetic Testing of Miscarriages
1 Department of Genetics and Pathology, Pomeranian Medical University, Szczecin, Poland; e-mail: krzysztof.bernatowicz@pum.edu.pl
2 Department of Genetics, Institute of Psychiatry and Neurology, Warszawa, Poland
3 Genetics Department, Wroclaw Medical University, Wrocław, Poland
Most common reasons for pregnancy loss are chromosomal anomalies of the fetus. They are found in as much as half of the miscarriages. The standard technique for assessment of chromosomal abnormalities in spontaneously aborted fetuses has been karyotyping, however, it needs cell culture which is the most vulnerable element of a diagnostic process. At present, there are a number of molecular methods, which skip the necessity of cell culture. In this study, we assess retrospectively the diagnostic yield of two commonly used molecular techniques (MLPA and QF-PCR) for aneuploidy detection in miscarriages. A total of 674 samples were analyzed. The QF-PCR assay for chromosomes 13, 15, 16, 18, 21, 22, X and Y was used. Two subtelomeric and subcentromeric probe kits covering all chromosomes were used in MLPA tests. In QF-PCR test, chromosomal abnormalities were found in 49.5% of cases. Trisomies constituted 25.7%, monosomies X— 12.9% and triploidies—10.9%. In the MLPA series, a total of 55.1% samples turned out to carry a chromosomal aberration. Trisomies were found in 43.2% of all good quality samples, chromosome X monosomies accounted for 13.4% of samples, and triploidies were detected in 11.3%. Both QF-PCR and MLPA methods may be successfully implemented as an alternative for standard karyotype in testing material from spontaneous abortion. QF-PCR has lower sensitivity comparing to MLPA in detecting aneuploidies, however, it is an effective tool for the detection of polyploidies. It should be noted, that using these techniques, the maternal cell contamination should be considered as an important issue
DOI: 10.1134/S102279541910003X
Matrix Metalloproteinase-9 Gene Polymorphisms in South-West Iranian Multiple Sclerosis (MS) Patients
Department of Genetics, Faculty of Sciences, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran; e-mail * Narjes.kh_sadr@yahoo.com, ** galehdari187@yahoo.com
Background: Matrix metalloproteinases (MMPs) play important role in Multiple Sclerosis (MS), an autoimmune and neuro-inflammatory disease. It has been demonstrated that two important polymorphisms, the –1562 C/T and microsatellite (CA)n near the –90 position in the promoter region of MMP-9 gene are associated with increased MMP-9 expression, through influencing transcriptional process in MS, also some autoimmune diseases as well as cancers. In this study, the possible association of these gene polymorphisms with MS susceptibility, severity as well as age of onset in samples from south-west of Iran were examined. Methods: Polymorphisms for two regions, –1562 C/T (rs3918242) and –90 (CA)n repeat was analyzed in 170 south-west Iranian patients with MS and 200 healthy controls. Results: Results suggested that a genetic polymorphism of the MMP-9 promoter region may influence the susceptibility to MS. Significant increase frequencies of the –1562 T and long (CA)n alleles were found in patients with MS compared to controls. Carriers of two polymorphisms were younger age at disease onset. The disability status of patients, moreover, has been consistently increased by the association of T variants. Conclusion: This study suggests that genotypes and alleles of MMP-9 –1562 C/T gene as well as (CA)n polymorphisms are associated with higher MS susceptibility due to increased MMP-9 protein levels. This finding, therefore, supports the hypothesis of a significant role of this gene in the disease.
DOI 10.1134/S1022795419100107