Изучение популяции карачаевцев на основе анализа десяти ДНК-маркеров

Полный текст

Карачаевцы – тюрко-язычный народ Северного Кавказа, коренной этнос Карачаево-Черкесии, составляющий более 40% населения республики (194 тыс. человек) [1], компактно проживают в четырех районах (Карачаевском, Малокарачаевском, Прикубанском, Усть-Джегутинском), в которых сотрудниками лаборатории генетической эпидемиологии ФГБНУ “МГНЦ” проведено комплексное генетико-эпидемиологическое исследование. Карачаевцы принадлежат к кавкасионскому антропологическому типу, говорят на карачаево-балкарском языке кыпчакской группы тюркской языковой семьи [2].

По мнению Е.П. Алексеевой, можно определить четыре основных элемента, из которых сформировалась карачаево-балкарская народность: 1) местные племена, носители кобанской культуры; 2) аланы и другие племена, носители аланской культуры, жившие в Алании в эпоху раннего средневековья; 3) болгары – так называемые “черные”, или “внутренние”; 4) кипчаки (половцы, куманы). Кроме болгар и кипчаков в образовании карачаево-балкарской народности могли принять участие и другие тюркские племена, например печенеги. Впоследствии карачаевцы и балкарцы, уже сформировавшиеся в народность, принимали представителей других народов. Однако роль их не была столь велика, как роль четырех основных этнических единиц, из которых образовалась карачаево-балкарская народность [1].

Настоящая работа является продолжением серии публикаций, посвященных популяционно-генетическим исследованиям населения европейской части России, проводимым лабораторией генетической эпидемиологии ФГБНУ МГНЦ [3–7].

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Материалом для исследования послужили образцы ДНК, выделенные из крови 485 неродственных карачаевцев, проживающих в районах Республики Карачаево-Черкесия и г. Черкесск с максимальной компактной плотностью населения (не менее 70%) (рис. 1). При выборе рассматриваемых популяций учитывалась не только гомогенность этнографических групп на территории района, но и численность изучаемой этнической группы: в Карачаевском р-не карачаевцы составляют 85.7% населения, в Малокарачаевском – 87.5%, в Прикубанском – 75.7% и Усть-Джегутинском – 69.3%. В Черкесске карачаевцы являются второй по численности (16.4%), после русских (54.7%), этнической группой (рис.1).

 

Рис. 1. Расположение изученных районов Республики Карачаево-Черкесия.

 

Образцы ДНК собраны сотрудниками лаборатории генетической эпидемиологии Федерального Государственного бюджетного учреждения “Медико-генетический научный центр” им. академика Н.П. Бочкова в 2013–2016 гг. При формировании выборки учитывались следующие параметры: выбирались районы максимального компактного проживания карачаевцев на территории КЧР; все включенные индивиды были неродственными до третьего поколения и имели в родословной только карачаевцев. Этническая принадлежность (до третьего поколения) устанавливалась при опросе обследуемых индивидов. Во всех случаях составлены анкеты и получено письменное информированное согласие о проведении медико-генетических исследований. Исследование одобрено этическим комитетом ФГБНУ МГНЦ (протокол № 5 от 20.12.2010 г.).

Выделение ДНК проводили из лейкоцитов венозной крови (4–8 мл) с использованием набора реактивов WizardGenomicDNAPurificationKit фирмы Promega (USA) в соответствии с рекомендациями производителя.

Полиморфные маркеры были отобраны по высокой гетерозиготности во многих исследованных популяциях мира. Анализ полиморфных маркеров проводили методами полимеразной цепной реакции синтеза ДНК и анализа ПДРФ с использованием праймеров и условий, описанных ранее [3–7]. Результаты оценивали путем проведения вертикального электрофореза в 8%-ном полиакриламидном геле для локусов VNTR/PAH, VNTR/DAT1, VNTR/NOS3, CCR5∆32, VNTR/APOB, в 12%-ном полиакриламидном геле для локусов STR/THOI, STR/FABP2, STR/IVS6aGATT(CFTR) и в 2%-ном агарозном геле для локусов ID/АСЕ, D7S23(KM19). В табл. 1 представлена характеристика десяти изученных маркеров, праймеры и использованная рестриктаза.

 

Таблица 1. Характеристика маркеров, использованных для генетического изучения популяции карачаевцев

№	Локус	Район хромосомы	Тип полиморфизма	Размер амплифицируемого фрагмента, п. н.	Последовательности праймеров и эндонуклеаза рестрикции
1	CCR5∆32	3р.21.3	Инсерционно-делеционный полиморфизм гена рецептора хемокинов CCR5 (диаллельный)	368–400	F: 5′-CTTCATCATCATCCTCCTGAC R: 5′-TGTAGGGAGCCCAGAAGAGA
2	ID/АСЕ	17q23.	Инсерционно-делеционный полиморфизм гена ангиотензин-превращающего ферментаACE (диаллельный)	110–400	F: 5′-CTGGAGACCACTCCCATCCTTTCT R: 5′-GATGTGGCCATCACATTCGTCAGAT
3	D7S23 (KM19)	7q31-32	Однонуклеотидный полиморфизм в локусе D7S23, сцепленный с геном муковисцидоза (диаллельный)	956	F: 5′-GCTGCATCATATAAGTTGCC R: 5’-AACGCTACACTGTTAATTTT PstI
4	IVS6aGATT (CFTR)	7q31.2	Вариабельные тандемные повторы (микросателлиты) гена трансмембранного регуляторного белка муковисцидоза CFTR	106–114	F: 5′-CAAGTCTTTCAGTGATCTTC R: 5′-TGAGCAGTTCTTAATAGATAA
5	STR/FABP2	4q28-31	Полиморфизм вариабельного числа повторов (микросателлиты) гена белка, связывающего жирные кислоты в слизистой кишечника	200–220	F: 5′-GTAGTATCAGTTTCATAGGGTCACC R: 5′-CAGTTCGTTTCCATTGTCTGTCCG
6	STR/THOI	11p15.5	Полиморфизм вариабельного числа повторов (микросателлиты) гена тирозингидроксилазы	183–207	F: 5′-GTGGGCTGAAAAGCTCCCGATAT R: 5′-ATTCAAAGGGTATCTGGGCTCTGG
7	VNTR/PAH	12q22-24.1	Вариабельные тандемные повторы (минисателлиты) гена фенилаланингидроксилазы	380–650	F: 5′- AGATTTTAATGTTCTCACCCGCC R-5′-CTTGGAAACTTAAGAATCCCATC
8	VNTR/DAT1	5p15.3	Вариабельные тандемные повторы (минисателлиты) гена переносчика дофамина	320–520	F: 5′-TGTGGTGTAGGGAACGGCCTGAG R: 5′-CTTCCTGGAGGTCACGGCTCAAGG
9	VNTR/NOS3	7q35-36	Вариабельные тандемные повторы (минисателлиты) гена эндотелиальной синтазы окиси азота	393–420	F: 5′-AGGCCCTATGGTAGTGCCTTT R: 5′-TCTCTTAGTGCTGTGGTCAC
10	VNTR/APOB	2p24.1	Вариабельные тандемные повторы (минисателлиты) гена аполипопротеина B	525–950	F: 5′-TGTTCTGGCACAGCAAAACCT R: 5′-TCACTTGGCAAATACAATTCCTGA

 

Статистическая обработка данных выполнена с помощью надстройки GeneAlex v 6.5 [8].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Проведен анализ полиморфизма трех диаллельных (CCR5∆32, ID/АСЕ, D7S23(KM19)) и семи мультиаллельных (STR/THOI, STR/FABP2, STR/IVS6aGATT(CFTR), VNTR/PAH, VNTR/DAT1, VNTR/NOS3, VNTR/APOB) маркеров ядерного генома у карачаевцев. Диаллельные маркеры представлены инсерционно-делеционными полиморфизмами (CCR5∆32, ID/АСЕ) и однонуклеотидной заменой (D7S23(KM19)). Мультиаллельные маркеры включают в себя тандемные повторяющие последовательности микро- (STR/IVS6a, STR/THOI, STR/FABP2) и минисателлитов (VNTR/PAH, VNTR/DAT1, VNTR/NOS3, VNTR/APOB).

Локус CCR5∆32

Изучен инсерционно-делеционный полиморфизм диаллельного маркера CCR5∆32 гена рецептора хемокинов CCR5. Ген локализуется на коротком плече (p21.3) хромосомы 3 внутри кластера генов рецепторов CC-хемокинов [9].

Генетический вариант CCR5, делеция 32 пар оснований, приводит к нарушению адгезивных свойств кодируемого белка CCR5 Т-клеток, который является основным корецептором для М-тропных цепей вируса ВИЧ-1 и вероятно препятствует взаимодействию рецептора с вирусом ВИЧ-1, тем самым определяя устойчивость к инфекции [10]. Частота варианта CCR5∆32 в европейских популяциях составляет в среднем 10%, варьируя от 16% в финской и мордовской популяцииях до 4% на Сардинии. Исследование ВИЧ-протективных генов показало повышенную частоту встречаемости CCR5-Δ32 у русских и украинцев (10–15 % гетерозиготны по данному варианту). Распространение варианта в Европе, особенно в Северной, может быть связано со средневековыми пандемиями “Черной смерти”, так как этот вариант повышает сопротивляемость организма чумной палочке, что теоретически объясняет высокую частоту аллеля *D (CCR5∆32) среди европейцев, трудно объяснимую лишь случайным генетическим дрейфом, и указывает на действие отбора в пользу гомо- или гетерозиготных носителей в прошлом или настоящем. Выявлена необычайно высокая частота аллеля с делецией CCR5-Δ32 (11.1%) среди финно-угорского коренного населения Западной Сибири и очень низкая частота того же аллеля среди коренного населения Центральной Азии, Восточной Сибири, Дальнего Востока и Канады, установлен градиент в распространении аллеля с делецией с уменьшением с Запада на Восток [11]. Обнаружение аллеля с делецией *D (CCR5∆32) в неевропейских популяциях, вероятно, является следствием относительно недавнего потока “европейских” генов [9–10].

Во всех подгруппах карачаевцев преобладающим оказался генотип *I/*I, гомозиготный по отсутствию делеции. Наблюдаемые частоты генотипов локуса CCR5 проверяли на соответствие равновесному распределению Харди–Вайнберга по критерию χ² и соотношению вероятностей (G²). Во всех субпопуляциях карачаевцев наблюдается соответствие распределения наблюдаемых частот встречаемости генотипов локусаCCR5 равновесному распределению Харди–Вайнберга (табл. 2).

 

Таблица 2. Частоты аллелей исследуемых маркеров в изученных популяциях, а также их основные популяционные характеристики

Локус	Аллель/ Гетерозиготность/ Индекс фиксации	Малокарачаевский р-н	Прикубанский р-н	Усть-Джегутинский р-н	Карачаевский р-н	г. Черкесск	FIS	FST
CCR5∆32	*D	0.068	0.059	0 063	0.074	0.025	–0.036	0.005
	*I	0.932	0.941	0 938	0.926	0.975
	HWE p(χ2)	0.432	0.403	0 284	0.304	0.039
	Hobs	0.120	0.119	0 125	0.149	0.050
	Hexp	0.127	0.112	0 117	0.138	0.049
	F	0.061	–0.063	–0 067	–0.080	–0.026
ID/ACE	*D	0.475	0.473	0 534	0.490	0.410	–0.034	0.006
	*I	0.525	0.527	0 466	0.510	0.590
	HWE p(χ2)	1.146	0.006	0 904	0.082	1.977
	Hobs	0450	0.495	0 559	0.479	0.580
	Hexp	0.499	0.499	0 498	0.500	0.484
	F	0.098	0.008	–0 124	0.041	–0.199
D7S23(KM19)	*A	0.780	0.815	0 746	0.796	0.779	–0.127	0.003
	*B	0.220	0.185	0 254	0.204	0.221
	HWE p(χ2)	1.142	0.436	1 551	3.222	1.544
	Hobs	0.376	0.281	0 441	0.428	0.404
	Hexp	0.343	0.302	0 379	0.325	0.344
	F	–0.096	0.070	–0 162	–0.256	–0.172
IVS6аGATT(CFTR)	*6	0.295	0.135	0 158	0.220	0.196	0.007	0.019
	*7	0.705	0.865	0 842	0.780	0.804
	HWE p(χ2)	0.675	0.315	2 100	1.370	0.001
	Hobs	0.386	0.247	0 217	0.400	0.314
	Hexp	0.416	0.243	0 267	0.343	0.315
	F	0.005	–0.166	–0.060	0.073	0.187
STR/FABP2	*8	0.000	0.011	0.000	0.000	0.000	0.011	0.003
	*9	0.005	0.011	0.008	0.009	0.012
	*10	0.528	0.517	0.516	0.583	0.537
	*11	0.179	0.125	0.189	0.130	0.167
	*12	0.032	0.028	0.057	0.046	0.062
	*13	0.202	0.227	0.205	0.194	0.173
	*14	0.041	0.045	0.025	0.037	0.043
	*15	0.014	0.034	0.000	0.000	0.006
	HWE p(χ2)	18.113	97.129	49.027	15.187	13.152
	Hobs	0.661	0.693	0.541	0.574	0.704
	Hexp	0.646	0.661	0.652	0.602	0.648
	F	–0.022	–0.049	0.170	0.046	–0.086
STR/THO1	*6	0.255	0.301	0.254	0.292	0.191	–0.007	0.007
	*7	0.255	0.199	0.254	0.170	0.185
	*8	0.095	0.097	0.066	0.104	0.111
	*9	0.205	0.165	0.221	0.198	0.216
	*10	0.182	0.227	0.172	0.198	0.290
	*11	0.009	0.011	0.033	0.038	0.006
	HWE p(χ2)	117.879	15.163	29.811	13.783	9.071
	Hobs	0.809	0.830	0.672	0.811	0.840
	Hexp	0.786	0.762	0.787	0.795	0.786
	F	–0.029	–0.061	0.146	–0.021	–0.068
Локус	Аллель/ Гетерозиготность/ Индекс фиксации	Малокарачаевский р-н	Прикубанский р-н	Усть-Джегутинский р-н	Карачаевский р-н	г. Черкесск	FIS	FST
VNTR/PAH	*3	0.320	0.366	0.278	0.358	0.354	0.109	0.009
	*5	0.018	0.006	0.000	0.000	0.000
	*7	0.086	0.105	0.071	0.104	0.201
	*8	0.414	0.326	0.413	0.340	0.317
	*9	0.095	0.169	0.135	0.132	0.061
	*11	0.005	0.000	0.000	0.000	0.000
	*12	0.054	0.029	0.087	0.066	0.067
	*13	0.009	0.000	0.016	0.000	0.000
	*14	0.000	0,.000	0.000	0.000	0.000
	HWE p(χ2)	20.715	28.904	21.688	10.343	10.820
	Hobs	0.631	0.570	0.603	0.717	0.683
	Hexp	0.706	0.720	0.731	0.724	0.726
	F	0.107	0.208	0.164	0.009	0.059
VNTR/DATI	*9	0.280	0.214	0.253	0.208	0.294
	*10	0.717	0.786	0.747	0.781	0.700
	*11	0.004	0.000	0.000	0.010	0.006
	HWE p(χ2)	2.904	0.538	0.037	3.840	2.498
	Hobs	0.386	0.363	0.370	0.333	0.433
	Hexp	0.408	0.337	0.378	0.346	0.423
	F	0,055	–0.077	0.023	0.037	–0.024
VNTR/NOS3	*4	0.202	0.157	0.182	0.135	0.218	–0.081	0.006
	*5	0.798	0.843	0.818	0.865	0.782
	HWE p(χ2)	0.543	3.101	0.175	1.178	0.521
	Hobs	0.344	0.315	0.284	0.271	0.368
	Hexp	0.323	0.265	0.298	0.234	0.341
	F	–0.064	–0.187	0.049	–0.157	–0.077
Локус	Аллель/ Гетерозиготность/ Индекс фиксации	Малокарачаевский р-н	Прикубанский р-н	Усть-Джегутинский р-н	Карачаевский р-н	г. Черкесск	FIS	FST
VNTR/APOB	*28	0.000	0.000	0.000	0.020	0.000	0.188	0.007
	*30	0.064	0.080	0.057	0.020	0.071
	*32	0.008	0.021	0.021	0.029	0.022
	*34	0.264	0.293	0.229	0.343	0.302
	*36	0.432	0.367	0.514	0.461	0.401
	*38	0.108	0.112	0.093	0.078	0.099
	*40	0.004	0.005	0.021	0.000	0.022
	*44	0.028	0.021	0.000	0.000	0.011
	*46	0.044	0.048	0.029	0.010	0.033
	*48	0.020	0.037	0.029	0.010	0.033
	*50	0.024	0.016	0.000	0.029	0.005
	*52	0.004	0.000	0.007	0.000	0.000
	HWE p(χ2)	329.752	93.440	31.043	178.442	79.077
	Hobs	0.592	0.670	0.600	0.353	0.659
	Hexp	0.724	0.756	0.669	0.661	0.730
	F	0.182	0.113	0.103	0.466	0.096
Общее							0.003	0.007
SE							0.028

Примечание. HWE p(χ²) – вероятность в тесте на равновесие по Харди–Вайнбергу, F – индекс фиксации [(H_e–H_o)/H_e], F_IS – коэффициент инбридинга между индивидам [(H_s–H_o)/H_s], F_ST – коэффициент инбридинга между популяциями [(H_t–H_s)/H_t].

 

Распределение частот аллелей *I и *D во всех изученных географических подгруппах карачаевцев является сходным. Аллель *D, несущий делецию 32 пн, встречается с частотой от 0.025до 0.074 (в среднем – 0.058), что ниже, чем в ряде других европейских популяций [11–13]. Среди ранее проведенных аналогичных исследований популяций Волго-Уральского региона максимальная частота аллеля *D отмечена в популяции удмуртов и русских Кировской обл. (0.126 и 0.138), минимальная – у башкир и чувашей (0.034) [3–7].

Значения показателя фактической гетерозиготности по локусу CCR5 невысокие: в пределах от 0.050 в г Черкесске до 0.149 в Карачаевком р-не.

Локус ID/АСЕ

Ген АСЕ кодирует ангиотензинпревращающий фермент (АПФ) – циркулирующий во внеклеточном пространстве белок (карбоксипептидаза), который играет важную роль в регуляции кровяного давления и баланса электролитов, катализируя расщепление неактивного ангиотензина I до активного ангиотензина II [14].

Изученный в настоящей работе инсерционно-делеционный (I/D) полиморфизм обусловлен наличием или отсутствием вставки размером 287 пн в интроне 16 гена АСЕ, расположенного на 17-й хромосоме в районе q23, состоящей из Alu-повтора. Делеция Alu-повтора приводит к повышению экспрессии гена ACE и увеличению концентрации АПФ в крови, лимфе и тканях, что является фактором, повышающим риск развития сердечно-сосудистых заболеваний (инфаркта миокарда, гипертрофии левого желудочка, ишемической болезни сердца), болезни почек, атеросклероза, болезни Альцгеймера [15–17]. Делеционный аллель *D встречается у западно-евразийских народов чаще, чем у восточно-азиатских. У коренного населения Африки частота делеции сравнима с частотой в европейских популяциях. Частота инсерционного аллеля низка среди русских (0.46) и особенно высока в некоторых популяциях Якутии (0.77) и Японии (0.73) [18, 19]. Популяции Волго-Уральского региона по частотам аллеля *D занимают в определенной степени промежуточное положение между популяциями русских и китайцев [18]. Исследование инсерционно-делеционного полиморфизма гена АСЕ может быть весьма информативным и может вносить существенный вклад в генетическую характеристику популяций.

Аллель *D является преобладающим в одной из географических подгрупп, у карачаевцев Усть-Джегутинского р-на его частота составляет 0.534. В четырех остальных подгруппах более частым является аллель *I (от 0.510 в Карачаевском р-не до 0.590 в Черкесске). Для всей выборки карачаевцев частота аллеля *D составляет 0.476, что является промежуточным значением для ранее изученных популяций: для русских Кировской обл. эта частота – 0.538, чувашей – 0.525, татар – 0.513, удмуртов – 0.505, марийцев – 0.452 и башкир – 0.423 [3–7].

В трех подгруппах карачаевцев (Карачаевского, Прикубанского, Малокарачаевского р-нов) показатели фактической гетерозиготности ниже теоретической. В подгруппах Усть-Джегутинского р-на и Черкесска показатели фактической гетерозиготности превышают показатели теоретической гетерозиготности. Дефицит гетерозигот может свидетельствовать об инбридинге в трех популяциях и их изолированности, в отличие от популяций Черкесска и Усть-Джегутинского р-на.

Локус D7S23 (KM19)

Одним из маркеров, представляющих из себя однонуклеотидную замену, которую можно детектировать по появлению или потере сайта узнавания определенных эндонуклеаз рестрикции является полиморфизм КМ19 в локусе D7S23(7q31-q32), сцепленный с геном, кодирующим трансмембранный регулятор муковисцидоза (CFTR). Полиморфизм КМ19 характеризуется наличием двух аллелей: аллель *А – отсутствие сайта рестрикции для эндонуклеазы PstI, аллель *В – наличие сайта рестрикции [3].

Наиболее частым во всех выборках карачаевцев является аллель *А, частота которого варьирует от 0.746 в выборке Усть-Джегутинского до 0.815 в выборке Прикубанского р-на. Во всех географических подгруппах карачаевцев наблюдается соответствие распределения наблюдаемых частот генотипов локуса D7S23 (KM19 )равновесному распределению Харди–Вайнберга (табл. 2). В четырех из пяти подгрупп, исключая только выборку Прикубанского р-на, так же, как и в общей выборке карачаевцев (H_obs = 0.382; H_exp = 0.329), индекс наблюдаемой гетерозиготности превышает теоретически ожидаемое значение, что косвенно указывает на наличие миграционной активности карачаевцев.

Распределение частот аллелей во всех изученных географических подгруппах карачаевцев является сходным: аллель *А является преобладающим. Аналогичное распределение частот аллелей и генотипов локуса D7S23 (KM19) характерно для других популяций [3–7].

Локус IVS6aGATT(CFTR)

Микросателлитный локус IVS6aGATT(CFTR) тандемно повторяющихся тетрануклеотидных GATT последовательностей в интроне 6а гена муковисцидозного трансмембранного регуляторного белка CFTR представляет внутригенный STR-маркер [20]. Выявлено пять аллелей, имеющих от четырех до восьми повторов GATT. В различных популяциях мира встречаются в основном два аллеля с шестью или семью повторами. Их частота в европейских популяциях в среднем составляет 0.25 и 0.75 соответственно. Аллели с четырьмя, пятью и восемью повторами считаются редкими.

Среди карачаевцев преобладают два аллеля, включающих шесть или семь единиц повтора. Установлено, что наиболее частым является аллель с семью повторами *7 (от 0.705 в Малокарачаевском до 0.865 в Прикубанском р-не). В целом по распределению частот аллелей локуса IVS6aGATT популяция карачаевцев отличается от популяции Волго-Уральского региона, для которых характерны более высокие частоты аллеля *6 (0.270–0.355) и более низкие частоты аллеля *7 (0.590–0.707) [3–7].

У карачаевцев Карачаевского района уровень фактической гетерозиготности по локусу IVS6aGATT(CFTR) незначительно превышает уровень теоретической; в двух районах, Малокарачаевском и Усть-Джегутинском, наблюдается снижение показателя фактической гетерозиготности. В Черкесске и Прикубанском р-не уровни фактической и теоретической гетерозиготности равны.

Во всех подгруппах карачаевцев наблюдается соответствие наблюдаемых частот встречаемости генотипов локуса IVS6aGATT(CFTR) равновесному распределению Харди–Вайнберга (табл. 2).

Локус STR/FABP2

Ген FABP2, локализованный на коротком плече хромосомы 4, кодирует белок, который связывает жирные кислоты [10]. Белок FABP2 содержится в эпителии тонкого кишечника, где с его помощью осуществляется связывание жиров для формирования хиломикрон. Микросателлитный локус STR/FABP2 локализован во втором интроне гена, этот тринуклеотидный повтор АТТ, обозначается как HUMFABP2 или STR/FABP2 и относится к группе STR-маркеров. Название аллелей соответствует числу повторов коровой тринуклеотидной последовательности. Описано восемь аллелей этого локуса с числом повторов от 8 до 16. Не выявлено никаких ассоциаций полиморфизма в данном локусе с какими-либо заболеваниями [10]. Высокое значение гетерозиготности локуса HUMFABP2 в популяциях Европы (Н > 0.5) делает целесообразным использование этого маркера в популяционно-генетических исследованиях [10].

В пяти изученных географических подгруппах карачаевцев выявлено восемь аллелей локуса STR/FABP2. Во всех изученных районах наиболее частыми оказались аллели *10 (частота от 0.516 до 0.583), *11 (частота от 0.125 до 0.189) и *13 (частота от 0.173 до 0.227).

Аллели *12, *9, *14 и *15 встречаются во всех районах с частотой менее 0.057. Аллель *8 является редким в изученных выборках и выявлен только в Малокарачаевском районе с частотой 0.011.

В трех подгруппах карачаевцев (Малокарачаевского, Прикубанского р-нов и г. Черкесска) наблюдается преобладание фактической гетерозиготности по локусу STR/FABP2 по сравнению с теоретической. В Карачаевском и Усть-Джегутинском р-нах наблюдается недостаток гетерозигот.

Локус STR/THO1

Локус HUMTHO1 (или STR/THO1) представляет еще один STR-маркер. Ген тирозингидроксилазы человека (TH) локализован на коротком плече 11-й хромосомы (11р15.5), в интроне 1 он содержит локус HUMTHO1 коротких тандемных повторов AATG [15]. Название аллелей локуса HUMTHO1 соответствует числу повторов. В некоторых аллелях из тетрануклеотидной последовательности исчезает один нуклеотид, такие аллели обозначают как n3, где n – число коровых повторов (например, 9.3). Данный полиморфный локус имеет высокий уровень гетерозиготности (90%) и активно используется в популяционной генетике и при идентификации личности [15].

В общей выборке карачаевцев выявлено шесть аллелей локуса STR/THO1: наиболее частыми оказались пять аллелей *6, *10, *7, *9 и *8, частоты которых составили 0.259, 0.214, 0.213, 0.201 и 0.119, соответственно. Но следует отметить, что соотношение частот аллелей в изученных подгруппах карачаевцев различно (табл. 2). Аллель *11 является редким во всех пяти подгруппах: его частота не превышает 0.038.

По данному локусу отмечается в основном превышение наблюдаемой гетерозиготности, за исключением Усть-Джегутинского р-на, где ожидаемая гетерозиготность выше фактической.

Локус VNTR/PAH

Кроме микросателлитных маркеров, рассмотренных выше, в популяционно-генетических исследованиях активно используются минисателлиты. Одним из них является высокополиморфный участок, представляющий собой АТ-богатые повторяющиеся последовательности размером 30 пн, локализованные в 3′-конце гена фенилаланингидроксилазы PAH (12q22-q24). Анализ данного региона в популяциях Европы выявил девять вариантов аллелей, содержащих различное количество повторов размером от 350 до 650 пн [13].

В целом в выборке из 485 индивидов определены 8 аллелей локуса VNTR/PAH с числом повторов коровой единицы от 3 до 13 (аллели с числом повторов 4, 6 или 10 не выявлены). Наибольшее число аллелей по локусуVNTR/PAH отмечено для Малокарачаевского р-на (все 8 аллелей). Во всех районах самыми частыми оказались аллели *8 (от 0.414 в Малокарачаевском до 0.317 в Черкесске) и *3 (от 0.356 в Прикубанском до 0.278 в Усть-Джегутинском). Следует отметить, что в ранее изученных российских популяциях [3–7] частота аллеля *3 существенно преобладала над частотами всех остальных аллелей, в том числе и частотой аллеля *8. В общей же выборке карачаевцев частоты этих аллелей значимо не различаются: 0.362 для аллеля *8 и 0.335 для аллеля *3.

При исследовании ожидаемой и наблюдаемой гетерозиготности выявлено уменьшение показателей наблюдаемой гетерозиготности во всех подгруппах карачаевцев.

Локус VNTR/DAT1

Ген SLC6A3 (прежнее название DAT1) кодирует переносчик дофамина, принадлежащий к семейству Na⁺,Cl⁻-зависимых переносчиков нейромедиаторов и ограничивающий активность дофаминэргической системы в синапсах путем обратного поглощения нейромедиатора в пресинаптические терминали, который играет важную роль в дофаминэргической нейротрансмиссии [9]. Ген SLC6A3 локализован на хромосоме 5 в области р15.33. В гене SLC6A3 обнаружен локус варьирующих тандемных повторов (VNTR) в 3′-нетранслируемой области с числом копий от 3 до 11 (длина копии повтора составляет 40 пн). Наиболее частыми являются аллели с 9 и 10 единицами повторов, они присутствуют более чем у 90% индивидов в популяциях европейцев и американцев европейского и африканского происхождения. Выявлены ассоциации между полиморфизмом VNTR/DAT1 и шизофренией и гиперактивными состояниями с нарушением внимания [9].

Распределение частот аллелей локуса VNTR/DAT1 во всей популяции карачаевцев характеризуется как унимодальное. Всего выявлено 3 аллеля. Самым частым является аллель с 10 единицами повтора, что характерно и для многих других ранее исследованных популяций [3–7]. Максимальное значение частоты аллеля *10 выявлено у карачаевцев Прикубанского р-на (0.786), а минимальное – у карачаевцев Черкесска (0.700). Вторым по частоте является аллель *9, наибольшая частота которого выявлена в Черкесске – 0.294, а минимальная – в Карачаевском р-не (0.208).

Показатели наблюдаемой гетерозиготности по данному локусу варьируют от 0.333 в подгруппе Карачаевского р-на до 0.433 у карачаевцев Черкесска. В объединенной выборке показатель фактической гетерозиготности значимо не отличается от теоретически ожидаемого по локусу VNTR/DAT1.

Локус VNTR/NOS3

Еще одним минисателлитом, широко использующимся в популяционной генетике, является локус VNTR/NOS3. Ген eNOS расположен на хромосоме 7 в локусе q35-36 и кодирует фермент конститутивную эндотелиальную синтазу окиси азота, участвующий в образовании одного из важнейших вторичных меccенджеров в организме человека – окиси азота II (NO). Полиморфизм минисателлитного повтора в интроне 4 обусловлен варьирующим числом тандемных последовательностей размером в 27 пн [21]. Данные ряда исследователей свидетельствуют в пользу взаимосвязи полиморфизма 27-членных тандемных повторов гена эндотелиальной синтазы окиси азота с развитием инфаркта миокарда и эссенциальной гипертензией [22].

В популяции карачаевцев выявлены два аллеля *А и *B, с числом повторяющихся единиц 4 и 5 соответственно.

Частота аллеля *В гена NOS3 во всех подгруппах карачаевцев значительно превышает частоту аллеля *А (табл 1.), что соответствует распределению частот аллелей локуса VNTR/NOS3 во многих изученных популяциях[3–7]. Наименьшая частота аллеля *А выявлена у карачаевцев Карачаевского р-на (0.135); наиболее высокое значения частоты этого аллеля отмечено у карачаевцев из Черкесска (0.218).

Локус VNTR/APOB

Одним из высокоинформативных высокополиморфных сегментов человеческого генома, которые широко используются в судебной медицине и популяционной генетике, служит локус повторяющихся коровых AT богатых последовательностей длиной 14–16 пн, локализованных примерно в 180 пн 3′-нетранслируемой области гена аполипопротеина B (VNTR/APOB). Обычно в популяциях сегрегируют 12 аллелей данного локуса с количеством повторов от 28 до 52 [23]. Предполагается, что аллели с большим количеством повторов в локусе VNTR/APOB ассоциированы с риском развития инфаркта миокарда [24]. Такие аллели очень редки в мировой популяции. Полученное в настоящей работе распределение частот аллелей в пяти географических подгруппах карачаевцев соответствует полученному ранее для других исследованных народов. Самые распространенные аллели *34 и *36 определены во всех 5 подгруппах с наибольшей частотой. Частота аллеля *36 составила от 0.367 в Прикубанском р-не до 0.514 в Усть-Джегутинском, аллеля *34 – от 0.229 в Усть-Джегутинском до 0.343 в Карачаевском. Третий по частоте аллель *38 также встретился во всех подгруппах карачаевцев с частотой от 0.078 в Карачаевском до 0.112 в Прикубанском р-не.

Из-за большого числа сегрегирующих аллелей (12) и возможных генотипов (78), а также совсем небольшой частоты редких аллелей (частота аллеля *52 составила 0.004 в Малокарачаевском р-не, в других районах некоторые редкие аллели не встретились совсем), используя стандартную методику, мы получили значительное отклонение от равновесия Харди–Вайнберга по данному мультиаллельному локусу, как и весьма заметное уменьшение фактической гетерозиготности от ожидаемых значений (табл. 2).

Итак, анализ полиморфизма десяти аутосомных локусов ДНК в объединенной выборке популяции карачаевцев показал, что по двум локусам – VNTR/PAH (F_is = 0.109), VNTR/APOB (F_is = 0.188) – наблюдалось выраженное снижение уровня наблюдаемой гетерозиготности по отношению к теоретической, т.е. наблюдаелся дефицит гетерозигот. По пяти локусам – IVS6aGATT(CFTR), CCR5∆32, DATI, STR/FABP2 и STR/THOI – значения ожидаемой и наблюдаемой гетерозиготности практически равны. По трем локусам – VNTR/eNOS (F_is = –0.081), ID/АСЕ (F_is = –0.034) и D7S23(KM19) (F_is = –0.127) – наблюдается тенденция к избытку гетерозигот. Выявленные особенности могут указывать на эффекты различных типов отбора по этим трем группам локусов и/или на изолированность географических подгрупп карачаевцев.

Наибольший уровень популяционного разнообразия для карачаевцев по диаллельной системе установлен по локусу ID/АСЕ, H_obs = 0.513. Для мультиаллельной системы маркеров максимальный уровень разнообразия наблюдается по локусу STR/THO1, H_obs = 0.792. Показатель средней наблюдаемой гетерозиготности на локус составляет 0.466 для карачаевской популяции в целом.

Таким образом, результаты анализа вариаций генных частот, уровень гетерозиготности или генного разнообразия по всем изученным локусам указывают на существование значительного генетического разнообразия в популяции карачаевцев.

Получить представление о подразделенности популяции, о характере генетических взаимоотношений между подгруппами позволяет коэффициент инбридинга между популяциями (F_st). Средний коэффициент инбридингав подгруппах F_is, характеризующий изменения наблюдаемой частоты гетерозиготных носителей по сравнению с ожидаемой, равен 0.003, что свидетельствует о незначительном недостатке гетерозиготных носителей и косвенно о практически полностью случайных браках в популяции карачаевцев. Среднее значение показателя F_ST, определяющего подразделенность популяции, равняется 0.007 (табл. 3). Это говорит о существующей дифференциации географически разных подгрупп, входящих в состав популяции карачаевцев Республики Карачаево-Черкесия. Внутрипопуляционная изменчивость оказалась в пределах вариации, установленной для других популяций: для марийцев F_st = 0.0024, удмуртов F_st = 0.0048, чувашей F_st = 0.006, татар F_st = 0.0075 и башкир F_st = 0.008.

 

Таблица 3. Парные коэффициенты инбридинга F_st между изученными субпопуляциями

г. Черкесск	Карачаевский р-н	Прикубанский р-н	Малокарачаевский р-н	Усть-Джегутинский р-н
***
0.0059	***
0.0053	0.0027	***
0.0047	0.0036	0.0062	***
0.0061	0.0038	0.0039	0.0040	***

 

При сравнении матрицы попарных значений F_st между подгруппами с матрицей фамильных дистанций [25] выявлена значимая и положительная линейная корреляция (r = 0.55 ± 0.29). Ранговая корреляция составила 0.53. На обеих дендрограммах (рис. 2) карачаевцы Черкесска являются наиболее удаленными от всех остальных.

 

Рис. 2. Дендрограммы по матрице попарных коэффициентов F_st (а) и по частым фамилиям (б).

 

Мы предполагаем, что это связано с более высоким уровнем метисации карачаевцев Черкесска. Интенсивность метисации карачаевцев в Черкесске составляет 41.3, в районах – 11.7%. Эндогамность районов не является высокой (0.29‒0.53), это позволило нам определить территорию фактического проживания карачаевцев как элементарную популяцию, что допускает произвольное сочетание между подгруппами при кластеризации по различным генетическим системам [26].

Таким образом, несмотря на довольно высокий уровень генетического разнообразия карачаевцев в целом, внутри себя данная популяция довольно высоко подразделена.

Финансировано Госзаданием Министерства науки и высшего образования России.

Все процедуры, выполненные в исследовании с участием людей, соответствуют этическим стандартам институционального и/или национального комитета по исследовательской этике и Хельсинкской декларации 1964 г. и ее последующим изменениям или сопоставимым нормам этики.

От каждого из включенных в исследование участников было получено информированное добровольное согласие.

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

Об авторах

Н. В. Петрова

Медико-генетический научный центр им. академика Н.П. Бочкова

Автор, ответственный за переписку.
Email: elchinova@med-gen.ru
Россия, Москва, 115522

А. В. Марахонов

Медико-генетический научный центр им. академика Н.П. Бочкова

Email: elchinova@med-gen.ru
Россия, Москва, 115522

Н. В. Балинова

Медико-генетический научный центр им. академика Н.П. Бочкова

Email: elchinova@med-gen.ru
Россия, Москва, 115522

Т. А. Васильева

Медико-генетический научный центр им. академика Н.П. Бочкова

Email: elchinova@med-gen.ru
Россия, Москва, 115522

Г. И. Ельчинова

Медико-генетический научный центр им. академика Н.П. Бочкова

Email: elchinova@med-gen.ru
Россия, Москва, 115522

Е. К. Гинтер

Медико-генетический научный центр им. академика Н.П. Бочкова

Email: elchinova@med-gen.ru
Россия, Москва, 115522

Р. А. Зинченко

Медико-генетический научный центр им. академика Н.П. Бочкова

Email: elchinova@med-gen.ru
Россия, Москва, 115522

Список литературы

Дополнительные файлы