Проведен анализ ассоциаций гаплотипов 894 образцов ДНК пожилых людей из русского населения г. Томска по 49 SNP. В качестве анализируемых маркеров были отобраны SNP, показавшие ранее ассоциации с болезнью Альцгеймера или вариабельностью когнитивных способностей в широкогеномных ассоциативных исследованиях. В результате проведенного анализа выявлены блоки сцепления на хромосомах 1, 2, 6, 8, 11, 19, 20. Показаны значимые ассоциации, полученные с учетом 50 000 пермутаций, для гаплотипов, локализованных на 1-й и 19-й хромосомах в генах CR1 и APOE, APOC1 соответственно. Полученные нами результаты подтверждают роль генов APOE и CR1 в патогенезе болезни Альцгеймера в русской популяции.

The review provides information on the function of the FTO gene (known as the fat mass and obesity-associated gene) and the encoded enzyme, on the functional role of single nucleotide polymorphisms (SNPs) in coding and noncoding gene regions and the range of their competences, and on association of the FTO polymorphisms with diseases and traits. Factors that have modifying effect on the contribution of polymorphisms to the risk of disease development and trait variability are discussed. The FTO gene encodes alpha-ketoglutarate-dependent dioxygenase, which has a wide range of competences (including demethylation of RNA and single-stranded DNA), which are important for the functioning of the body. Nonsynonymous substitutions in the FTO gene lead to the development of orphan autosomal recessive disease (OMIM 612938). In the FTO noncoding regions, a wide range of variants has been detected, including those of regulatory importance (eQTL, sQTL, etc.). The competence of these variants extends to both FTO and neighboring genes (IRX3, IRX5, RPGRIP1L). Intronic polymorphisms of the FTO gene have been found to be associated with a wide range of multifactorial diseases and traits (obesity and related anthropometric traits, lipid metabolism markers, diabetes mellitus (type 2), coronary heart disease, metabolic syndrome, and other diseases). In the overwhelming majority of studies, the same allele variants are classified as risk ones; however, previously established associations of the FTO polymorphisms with diseases (traits) are demonstrated not in all populations. It is demonstrated that the effects of the FTO gene SNPs can be modified by exogenous and endogenous environmental factors, as well as lifestyle (including the type of diet, consumption of certain nutrients and medications, physical activity, etc.). Epigenetic factors (DNA methylation at CpG sites) are also important for regulating the level of FTO expression and the effects of individual SNPs. The accumulated data on the FTO structure and function, as well as the functional role of the encoded enzyme, make this gene attractive from the point of view of developing personalized approaches to healthcare.

В обзоре приводится информация о функции гена FTO (известен как ген, ассоциированный с массой жира и ожирением) и кодируемого им фермента; о функциональной значимости однонуклеотидных замен (SNP) в кодирующих и некодирующих регионах гена и сфере их компетенции; об ассоциациях полиморфных вариантов гена FTO с заболеваниями и признаками; анализируются факторы, оказывающие модифицирующее влияние на эффекты полиморфных вариантов на риск развития болезней и вариабельность признаков. Ген FTO кодирует альфа-кетоглутарат-зависимую диоксигеназу, обладающую широкой сферой компетенций (в том числе – деметилирование РНК и одноцепочечных ДНК), имеющих важное значение для функционирования организма. Несинонимичные замены гена FTO приводят к развитию орфанного аутосомно-рецессивного заболевания (OMIM 612938). В некодирующих регионах FTO зарегистрирован большой спектр вариантов (в том числе имеющих регуляторную значимость – eQTL, sQTL и др.), сфера компетенций которых распространяется как на FTO, так и на близлежащие гены (IRX3, IRX5, RPGRIP1L). Для интронных полиморфных вариантов FTO установлены ассоциации с широким спектром заболеваний и признаков многофакторной природы (с ожирением и связанными с ним антропометрическими признаками; с показателями липидного обмена, сахарным диабетом (тип 2), ишемической болезнью сердца, метаболическим синдромом и другими заболеваниями). В подавляющем большинстве исследований к категории неблагоприятных относят одни и те же аллельные варианты; тем не менее не во всех популяциях подтверждаются ранее установленные ассоциации полиморфных вариантов гена FTO с заболеваниями (признаками). Установлено, что эффекты SNP гена FTO могут модифицироваться экзогенными и эндогенными средовыми факторами, образом жизни (в том числе – характером диеты, употреблением отдельных нутриентов и приемом лекарственных препаратов, физической активностью и т.д.). Эпигенетические факторы (метилирование CpG-сайтов) также имеют значение для регуляции уровня экспрессии гена FTO и эффектов отдельных SNP. Накопленные данные в отношении структуры и функции гена FTO, функциональной значимости кодируемого им фермента делают данный ген привлекательным с точки зрения разработки программ персонифицированных подходов в управлении здоровьем.

Detection of translocations in subtelomeric regions of chromosomes is a serious diagnostic problem, because they are difficult to determine by conventional cytogenetics with G banding. The aim of this work was the development of the technology of DNA probe synthesis for unique sequences of subtelomeric chromosome regions based on long-range PCR using the clinical case of determining the parental origin of unbalanced translocation between chromosomes 5 and 8. The unbalanced translocation der(5)t(5;8)(р15.33;q24.22) in a proband with physical, motor, intellectual, and speech development delay and in his sibling with speech and intellectual development delay as well, which was previously identified by array comparative genomic hybridization (aCGH), was confirmed by FISH. A balanced translocation 46,XX,t(5;8)(p15.33;q24.22) was detected in the mother’s karyotype using the created locus-specific DNA probe. This chromosome aberration was not detected by G banding of metaphase chromosomes. The father’s karyotype was normal according to FISH results. The method presented here makes it possible to create locus-specific DNA probes in a molecular cytogenetic laboratory using long-range PCR for the rapid diagnosis of cryptic chromosomal rearrangements.

Детекция хромосомных транслокаций в субтеломерных участках хромосом представляет собой серьезную диагностическую проблему, поскольку транслокации в этих регионах с участием фрагментов хромосом небольшой протяженности сложно обнаружить при проведении стандартного кариотипирования с помощью методов дифференциального окрашивания. В настоящей работе разработана технология получения ДНК-зонда на уникальные последовательности субтеломерных регионов хромосом на основе ПЦР длинных фрагментов на примере определения родительского происхождения несбалансированной транслокации между хромосомами 5 и 8. По результатам FISH-анализа у пробанда с задержкой физического, моторного, психического и речевого развития и у сибса с задержкой речевого и психического развития была подтверждена выявленная ранее методом хромосомного микроматричного анализа (aCGH) несбалансированная транслокация der(5)t(5;8)(р15.33;q24.22). Размер делетированного участка на хромосоме 5 составил 2.4 млн пн, а протяженность дупликации 8q24.22qter – 11.7 млн пн. С помощью синтезированного локус-специфичного ДНК-зонда в кариотипе матери была обнаружена сбалансированная транслокация 46,XX,t(5;8)(p15.33;q24.22), не выявленная при метафазном анализе G-окрашенных хромосом, при этом у отца сбалансированная транслокация была исключена. Представленный в исследовании метод позволяет на базе молекулярно-цитогенетической лаборатории синтезировать локус-специфичные ДНК-зонды с помощью ПЦР длинных фрагментов для оперативной диагностики криптических хромосомных перестроек.

In this study, the effect of the THBS1 gene knockout on the survival of human tumor cells, the frequency of spontaneous and radiation-induced micronuclei, and the expression profile of genes in the HeLa cell line was investigated. It was shown that the THBS1 gene knockout led to a decrease in the plating efficiency before and after irradiation (1.4-fold, p = 0.0002 and 1.7-fold, p = 0.00009, respectively) and an increase in the frequency of spontaneous and radiation-induced micronuclei (1.9-fold, p = 0.02 and 2.5-fold, p = 0.01, respectively). In addition, expression of genes involved in the DNA repair processes, apoptosis, and G2/M cell cycle checkpoint was changed after THBS1 knockout in comparison with the intact HeLa cell line. Thus, the THBS1 gene knockout leads to an increase in the radiosensitivity of the HeLa cell line. This indicates the possible role of the THBS1 gene in the regulation of a radiation-induced cellular response.

Проведен анализ влияния нокаута гена THBS1 на выживаемость опухолевых клеток человека, частоту спонтанных и радиационно-индуцированных микроядер, а также на профиль экспрессии генов в модельной системе in vitro. Показано, что клеточная линия HeLa, нокаутная по гену THBS1, характеризуется снижением способности к образованию колоний до и после облучения (в 1.4 раза, p = 0.0002 и в 1.7 раз, p = 0.00009 соответственно), повышением частоты спонтанных и радиационно-индуцированных микроядер (в 1.9 раз, p = 0.02 и в 2.5 раза, p = 0.01 соответственно) и дифференциальной экспрессией генов, участвующих в процессах апоптоза, репарации ДНК и контроле клеточного цикла на стадии G2/M. Таким образом, нокаут гена THBS1 приводит к повышению радиочувствительности клеток HeLa в модельной системе in vitro, что свидетельствует о возможной роли данного гена в регуляции радиационно-индуцированного клеточного ответа.

Рассматриваются особенности транскрипционных профилей клеток с хромосомным дисбалансом. Описаны сложности, возникающие при оценке фенотипических проявлений хромосомных и геномных мутаций. Приводятся данные об использовании полнотранскриптомного анализа в качестве нового инструмента изучения патогенеза хромосомных заболеваний, обусловленных числовыми нарушениями хромосом, а также микроделеционных и микродупликационных синдромов. Обозначены общие закономерности изменения генной экспрессии в клетках пациентов с хромосомными болезнями: глобальная дисрегуляция экспрессии генов по всему геному; схожесть паттерна транскрипционных нарушений как при различных анеуплоидиях, так и при реципрокных микроструктурных аберрациях хромосом; общность затронутых геномными мутациями биологических путей и процессов; аккумулирование транскрипционных изменений в процессе развития организма с хромосомной аберрацией.

Рассматриваются особенности транскрипционных профилей клеток с хромосомным дисбалансом. Описаны сложности, возникающие при оценке фенотипических проявлений хромосомных и геномных мутаций. Приводятся данные об использовании полнотранскриптомного анализа в качестве нового инструмента изучения патогенеза хромосомных заболеваний, обусловленных числовыми нарушениями хромосом, а также микроделеционных и микродупликационных синдромов. Обозначены общие закономерности изменения генной экспрессии в клетках пациентов с хромосомными болезнями: глобальная дисрегуляция экспрессии генов по всему геному; схожесть паттерна транскрипционных нарушений как при различных анеуплоидиях, так и при реципрокных микроструктурных аберрациях хромосом; общность затронутых геномными мутациями биологических путей и процессов; аккумулирование транскрипционных изменений в процессе развития организма с хромосомной аберрацией.

We describe the role of genomic and postgenomic technologies in the study of the preeclampsia genetic architecture in this review. Preeclampsia is a severe hypertensive disease of pregnancy that causes a significant level of maternal and perinatal morbidity and mortality. We emphasize the importance of integrative analysis of genomic, methylomic, transcriptomic, and proteomic data for characterizing the molecular mechanisms of preeclampsia, identifying new candidate genes and molecules for targeted therapy of this gestational complication.

В представленном обзоре рассмотрена роль геномных и постгеномных технологий в раскрытии генетической архитектуры преэклампсии (ПЭ) – тяжелого гипертензивного расстройства беременности, обусловливающего значительный уровень материнской и перинатальной заболеваемости и смертности. Отмечается особая актуальность интегративного анализа геномных, метиломных, транскриптомных и протеомных данных в характеристике молекулярных механизмов ПЭ и идентификации новых генов-кандидатов и мишеней для таргетной терапии этого гестационного осложнения.

The secretome of human mesenchymal stem cells (MSCs) after osteogenic differentiation of FetMSC cells in vitro was obtained to develop tissue engineering technologies for bone tissue. For standard secretome samples a large number of FetMSC cells (7 × 108 cells) were cultured in serum-free conditioned medium (SFCM). All steps of cell processing were performed in the CompacT SelecT automatic system (Sartorius, United Kingdom). The SFCM was concentrated by ultrafiltration, then subjected to dialysis and dried in a vacuum rotary evaporator. The osteoinductive properties of SFCM concentrate (SFCMC) were tested on FetMSC cells by means of adding it to the growth medium at different concentrations. There were no changes in cell morphology during cultivation in the presence of SFCMC. Analysis of the transcription factors Runx2 and YAP1 (markers of osteogenic differentiation) expression using immunofluorescence staining and real-time polymerase chain reaction (RT-PCR) showed an increase in their level of expression in the presence of SFCMC. These findings demonstrate that it is possible to use SFCMC obtained from osteogenic MSCs to induce differentiation of other (undifferentiated) MSCs. The results are useful for the development of cell therapy products for bone restoration based on MSCs secretome.

С целью разработки технологии восстановительной терапии костных тканей получен секретом мезенхимных стволовых клеток (МСК) человека после остеогенной дифференцировки МСК линии FetMSC in vitro. Для получения стандартного образца секретома использовали бессывороточную кондиционированную среду (БКС), в которой культивировали большое число клеток FetMSC (до 700 млн). Все этапы клеточного процессинга проводили в автоматизированной системе CompacT SelectT (Sartorius, Великобритания). БКС концентрировали путем ультрафильтрации, затем подвергали диализу, высушивали в вакуумном ротационном испарителе. Остеоиндуктивные свойства концентрата БКС (КБКС) тестировали на клетках линии FetMSC при его добавлении в ростовую среду в разных концентрациях. Не было выявлено изменений морфологии клеток в процессе культивирования в присутствии КБКС. Анализ экспрессии транскрипционных факторов Runx2 и YAP1 (маркеров остеогенной дифференцировки клеток), с помощью иммунофлуоресцентного окрашивания и полимеразной цепной реакции в реальном времени (RT-PCR), показал повышение уровня их экспрессии в клетках в присутствии КБКС. Результаты позволяют сделать заключение о возможности использования КБКС, полученного от остеогенных МСК, для индукции дифференцировки других МСК. Полученные результаты могут быть использованы при разработке биомедицинских клеточных продуктов для восстановления костной ткани на основе секретома МСК.

Идентификация хромосомных аномалий на субмикроскопическом уровне и установление их роли в этиологии интеллектуальных расстройств являются важной научной и практической задачей. Оценка патогенного значения менее изученного типа вариаций копийности ДНК - хромосомных микродупликаций представляет актуальный предмет для обсуждения. В исследовании предложен алгоритм интерпретации клинической значимости частичных трисомий, который является неотъемлемой составляющей в диагностике и профилактике хромосомных болезней.

The simultaneous development of several diseases (comorbidity, syntropy) in particular patients is a common phenomenon in modern clinical practice. However, the results of recent epidemiological studies have pointed to the new phenomenon of inverse comorbidity (or dystropy)—that means that some diseases can occur together in one person more rarely than in other people according to frequencies of these disorders in the population as a whole. Such dystropic (inversely comorbid) diseases are Huntington’s disease and oncological ones. In this paper, we perform a review of existing information supporting the hypothesis of the oncoprotection in carriers of HTT mutation, also including features of interactions of genes and proteins in such processes as autophagy and apoptosis.