Single-nucleotide polymorphisms (SNPs) are the most common type of genetic polymorphisms. Despite the progress in sequencing and postgenomic technologies, targeted SNP genotyping continues to be in highest demand in the approach to human and medical genetics. In this work, we describe the application of multiple SNP genotyping by MALDI-TOF mass spectrometry for analysis of genetic diversity of immune response genes in human populations. It was shown that MALDI-TOF mass spectrometry is a rapid, accurate, and efficient method of medium-scale SNP genotyping. Allele frequencies of 56 SNPs in 41 genes implicated in the regulation of immune response were similar in four populations studied (Russians, Komi, Khanty, and Buryats). These populations had similar levels of genetic diversity and were clustered according to their geographic location. The cost efficiency of MALDI-TOF mass spectrometry was evaluated compared to real-time PCR technology.

Однонуклеотидные полиморфные маркеры (SNP) – наиболее распространенный тип генетического полиморфизма. Несмотря на прогресс в технологиях секвенирования и постгеномных технологиях, точечное генотипирование SNP остается самым востребованным подходом в генетике человека и медицинской генетике. В работе описан опыт применения мультиплексного генотипирования SNP с помощью масс-спектрометрии MALDI-TOF для анализа генетического разнообразия генов иммунного ответа в популяциях человека. Показано, что масс-спектрометрия MALDI-TOF – это быстрый, точный и эффективный метод для среднемасштабного генотипирования SNP. В четырех исследованных российских популяциях (русские, коми, ханты и буряты) выявлен близкий спектр аллельных частот 56 SNP в 41 гене, продукты которых участвуют в регуляции иммунного ответа. В изученных популяциях зафиксирован сходный уровень генетического разнообразия и обнаружена кластеризация популяций в соответствии с их географической локализацией. Оценена экономическая эффективность генотипирования с помощью масс-спектрометрии MALDI-TOF в сравнении с технологией ПЦР в реальном времени.

The calcineurin signaling pathway plays a crucial role in the heart remodeling of a different nature, in the development of left ventricular dilatation, and in the progression of heart failure. Components of the calcineurin pathway are involved in the regulation of cardiomyocyte hypertrophy, angiogenesis, and apoptosis. In this study, quantitative expression profiles were determined for major calcineurin pathway genes PPP3CA, PPP3R1, PPP3CB, GATA4, and NFATC4 in the myocardium of the right atrium auricle in patients with ischemic heart disease who underwent different types of surgery depending on the severity of clinical symptoms as follows: surgical reconstruction of left ventricle (LV) geometry (post-infarction aneurysm) or coronary artery bypass grafting (unaltered LV morphology). In patients with sizable post-infarction LV dilatation (n = 21), the expression levels of calcineurin catalytic subunit genes PPP3CA and PPP3CB were 1.3 and 1.6 times lower (p = 0.018 and 0.023, respectively) than in patients with unaltered heart shape (n = 34). The differences in expression levels of PPP3R1, which encodes calcineurin regulatory subunit B and levels of GATA4 and NFATC4, which encode transcription factors, were not significant. Thus, decreased PPP3CA and PPP3CB expression in the atrial myocardium may be a marker of significant post-infarction LV remodeling. The further investigation of the relationship between expression levels of calcineurin pathway genes and the degree of myocardial damage may provide useful insights for predicting adverse events in cardiosurgical treatment of patients with post-infarction heart remodeling.

Сигнальный путь кальцинейрина играет важнейшую роль в ремоделировании сердца различного генеза, развитии дилатации камер сердца и прогрессировании сердечной недостаточности. Компоненты сигнального пути кальцинейрина вовлечены в регуляцию гипертрофии кардиомиоцитов, в ангиогенез и апоптоз. Определен уровень экспрессии основных генов сигнального пути кальцинейрина (PPP3CA, PPP3R1, PPP3CB, GATA4 и NFATC4) в миокарде ушка правого предсердия у больных ишемической болезнью сердца, подвергнутых хирургическому лечению, тип которого определяется тяжестью клинической картины: операция по восстановлению формы левого желудочка (постинфарктная аневризма) или операция аортокоронарного шунтирования при сохраненной морфологии левого желудочка. У больных с выраженной постинфарктной дилатацией левого желудочка (n = 21) уровень экспрессии генов каталитической субъединицы кальцинейрина PPP3CA и PPP3CB был в 1.3 и 1.6 раза (p = 0.018 и 0.023) ниже, чем у больных ишемической болезнью с сохраненной формой сердца (n = 34). Уровень экспрессии гена PPP3R1, кодирующего регуляторную субъединицу кальцинейрина B, и генов факторов транскрипции GATA4 и NFATC4 не отличался статистически значимо в изученных группах больных. Таким образом, снижение уровня экспрессии генов PPP3CA и PPP3CB в миокарде предсердий может служить маркером выраженного постинфарктного ремоделирования левого желудочка. Изучение связи между уровнем экспрессии генов сигнального пути кальцинейрина и степенью повреждения миокарда позволит, возможно, в дальнейшем найти подходы к прогнозированию отдаленных неблагоприятных последствий хирургического лечения у больных с постинфарктным ремоделированием.

Currently, the question of epigenetic mechanisms of gene regulation in the context of cardiovascular diseases is of considerable interest. Here, DNA methylation profiles of vascular tissues of atherosclerotic patients have been analyzed for the first time using the Infinium Human Methylation27 BeadChip microarray (Illumina, United States). As the result, within 286 genes, 314 CpG sites that varied significantly in the level of DNA methylation between the tissue samples of carotid (in the area of atherosclerotic plaques and nearby macroscopically intact tissues of the vascular wall) and mammary arteries, as well as saphenous veins have been identified. The most pronounced differences in the methylation level was registered for CpG sites of homeobox genes HOXA2 and HOXD4, as well as the imprinted MEST gene. In particular, these genes were found to be hypomethylated in the carotid atherosclerotic plaques compared to their methylation patterns in intact tissues of internal mammary arteries and saphenous veins.

В настоящее время вопрос эпигенетических механизмов регуляции функциональной активности генов при сердечно-сосудистых заболеваниях вызывает большой интерес. В данной работе впервые проведен анализ профиля метилирования ДНК в тканях сосудистого русла различной локализации у больных атеросклерозом с использованием микрочипа Infinium HumanMethylation27 BeadChip (“Illumina”, США). При сравнении образцов тканей из сонной (область атеросклеротических бляшек и предлежащей макроскопически неизмененной стенки) и внутренней грудной артерий, а также большой подкожной вены нижней конечности установлено дифференциальное метилирование 314 CpG-сайтов 286 генов. Наиболее существенные изменения уровня метилирования зарегистрированы в отношении CpG-динуклеотидов гомеобоксных генов HOXA2 и HOXD4, а также импринтированного гена MEST. В частности, в тканях из области атеросклеротических бляшек сонных артерий отмечалось гипометилирование этих генов по сравнению с паттерном их метилирования в неизмененных тканях внутренней грудной артерии, а также большой подкожной вены нижней конечности.

The present work was aimed at generating the dynamic standard reference intervals (DSRI) and their application for chromosomal-aberration (CA) analysis. The evaluation of the generated DSRI was performed using the DNA samples from four patients with already known CA. High-resolution comparative genomic hybridization analysis (HR-CGH) allowed us to not only identify all of the CAs that were not revealed by CGH, but also to detect the breakpoints and to determine the size of chromosomal imbalance.

Целью данного исследования являлось создание динамических стандартных референсных интервалов (ДСРИ) и их использование для диагностики хромосомных аномалий (ХА). Оценка полученных ДСРИ была проведена на образцах ДНК четырeх пациентов с известными ХА. Анализ HR-CGH позволил не только идентифицировать все эти ХА, которые не были выявлены при анализе CGH, но и определить точки разрывов и установить размер хромосомного дисбаланса.

Analysis of association of allergic rhinitis with the KCNE4 gene rs12621643 variant was conducted in Russian residents of West Siberia (taking into account comorbidity with bronchial asthma). It was found that, among individuals without bronchial asthma, the frequencies of the KCNE4*G allele and KCNE4*G/G genotype are significantly higher in patients with rhinitis compared to individuals without it. At the same time, no association of rs12621643 with rhinitis was detected in the group of individuals with bronchial asthma. The data obtained indicate the association of the KCNE4 gene variability with allergic rhinitis, although the effect of this gene relative to the development of the disease can be leveled against a background of the manifestation of another atopic disease.

Проведен анализ связи аллергического ринита с вариантом rs12621643 гена KCNE4 у русских жителей Западной Сибири с учетом коморбидности с бронхиальной астмой. Установлено, что среди лиц, не имеющих бронхиальной астмы, частоты аллеля KCNE4*G и генотипа KCNE4*G/G статистически значимо выше у больных ринитом по сравнению с лицами без этого заболевания. В то же время не найдена ассоциация rs12621643 с ринитом в группе лиц, страдающих бронхиальной астмой. Полученные данные свидетельствуют о связи изменчивости гена KCNE4 с аллергическим ринитом, хотя эффект этого гена в отношении развития заболевания может быть нивелирован на фоне манифестации другого атопического заболевания.

The gene-pool structure of Tuvinians was examined in terms of the composition and frequency of Y-chromosome haplogroups in five geographically distanct populations. In the Tuvinian gene pool, a total of 22 haplogroups were identified with six of these, which were the most frequent (C3c, C3*, N1b, N1c1, Q1a3, and R1a1a). It was demonstrated that eastern regions of Tuva were most different from the other regions in haplotype frequencies. The evaluation of genetic diversity based on the frequencies of biallelic haplogroups and YSTR haplotypes revealed very high diversity values for all samples. In general, the genetic diversity values identified in Tuvinians were the highest for the indigenous ethnic groups of Siberia. The evaluation of the genetic differentiation of the samples examined using the analysis of molecular variance (AMOVA) showed that the gene pool of Tuvinians was relatively poorly differentiated with respect to haplogroup frequencies. Phylogenetic analysis within haplogroup N1b revealed strong founder effect, i.e., reduced diversity and star-like phylogeny of the median network of haplotypes, which formed a separate subcluster exclusive to Tuvinians. It was demonstrated that, in Tuvinians, haplogroup N1c1 was the most heterogeneous in haplotype profile and consisted of three different haplotype clusters, demonstrating considerable differences of western population from the rest of the Tuva populations. Phylogenetic analysis of haplogroups revealed common components for Tuvinians, Khakasses, Altaians, and Mongols.

Изучена структура генофонда тувинцев по составу и частоте гаплогрупп Y-хромосомы из пяти территориально дистанцированных популяций. В генофонде тувинцев обнаружено 22 гаплогруппы, шесть из которых являются наиболее частыми (С3с, С3*, N1b, N1c1, Q1а3 и R1a1а). По частотам гаплогрупп наибольшие отличия от остальных зафиксированы для восточных районов Тувы. Оценка генетического разнообразия на основании частот диаллельных гаплогрупп и YSTR-гаплотипов выявила очень высокие его значения для всех выборок. В целом тувинцы демонстрируют максимальные значения генетического разнообразия для коренных этносов Сибири. Оценка генетической дифференциации исследованных выборок с помощью анализа молекулярной дисперсии (AMOVA) показывает, что генофонд тувинцев относительно слабо дифференцирован по частотам гаплогрупп. Филогенетический анализ в пределах гаплогруппы N1b выявил сильный эффект основателя – пониженное разнообразие и “звездообразную” филогению медианной сети гаплотипов, образующих отдельный высокоспецифичный для тувинцев субкластер. Обнаружено, что гаплогруппа N1c1 у тувинцев по спектру гаплотипов наиболее гетерогенна и состоит из трех различных кластеров гаплотипов, демонстрируя значительные отличия западной популяции от остального населения Тувы. Результаты филогенетического анализа гаплогрупп выявили общие генетические компоненты у тувинцев с хакасами, алтайцами и монголами.

The frequency of the polymorphic variant T196C (Leu33Pro, rs5918) of ITGB3 gene was studied in several groups of inhabitants of Siberia, including women with reproductive disorders (n = 186), patients with acute coronary syndrome (n = 330), and population control (n = 858). The frequency of the rare PLA2 allele among residents of Tomsk and Kemerovo was 14.7% and 15.0% respectively. There were no differences in the allele and genotype frequencies of polymorphic variant between patients with acute coronary syndrome and the control group (p = 0.925, p = 0.622). The highest frequency of abnormal PLA2 allele (22.1%) and the PLA2/PLA2 genotype (8.8%) was observed among women who had miscarried, which was significantly different from the frequency of this allele and genotype in the control group (14.7%, p = 0.017; 2.1%, p = 0.0009). Sequencing showed that all samples with the nonspecific band had the polymorphic rs5918 variant and rs36080296 mutations (T216G, Leu66Arg). The frequency of the rs36080296 mutation among the residents of Siberia was 0.51%. Among the women with reproductive disorders, the frequency of rs36080296 was 2.7%, while in the group who suffered from miscarriages, it was 4.4%; this was different from the frequency in the control group (0.08%, p = 0.2 × 10−6). The accumulation of mutations was also observed among men with acute coronary syndrome (0.6%), but the differences from the control group (0%) had no statistical significance. Thus, the rs36080296 mutation may be a factor in predisposition to miscarriage, especially in combination with the PLAII allele. In addition, the rs36080296 variant among men may be associated with acute cor onary syndrome, which requires further study.

Изучена частота полиморфного варианта T196C (Leu33Pro, rs5918) гена ITGB3 у женщин с репродуктивными нарушениями, больных ишемической болезнью сердца с острым коронарным синдромом и в группе популяционного контроля. Частота редкого аллеля PLA2 у жителей г. Томска соответствовала 14.7%, г. Кемерово – 15.0%. Частота аллеля PLA2 (22.1%) и генотипа PLA2/PLA2 (8.8%) у женщин с невынашиванием беременности отличалась от контрольной группы (14.7%, р = 0.017; 2.1%, р = 0.0009). Секвенирование выявило мутацию rs36080296 (T216G, Leu66Arg), частота которой у женщин с репродуктивными нарушениями достигала 2.7%; в группе с невынашиванием беременности – 4.4%, что значимо отличалось от контроля (0.08%, р = 0.2 ? 10-6). Мутация rs36080296 может служить фактором, предрасполагающим к невынашиванию беременности, особенно в сочетании с аллелем PLA2.

Single-nucleotide polymorphisms (SNPs) in the 9p21.3 locus have recently been demonstrated to be strongly associated with atherosclerosis. However, the pathophysiology of this locus is insufficiently studied. Here, the methylation profile of the nearest mapped genes for cyclin-dependent kinase inhibitors CDKN2A (p16INK4a, p14ARF) and CDKN2B (p15INK4b) in the tissues of the carotid artery in patients with atherosclerosis was evaluated for the first time. Aberrant DNA methylation of the analyzed loci was not established in either the atherosclerotic plaques or in the tissues from the macroscopically intact vascular wall in the same patients.