Neurogenic inflammation is a pathological process based on bidirectional interactions between cells of the nervous and immune systems as well as on a wide range of biologically active substances.

Aim. Basing on scientific publications and information provided in databases, to analyze markers of neurogenic inflammation (biochemical, genetic) and characterize their involvement in the pathogenesis of diseases of various organ systems.

Results. Neurogenic inflammation that occurs during the development of various diseases (asthma, urticaria, atopic dermatitis, psoriasis, rheumatoid arthritis, pain syndrome, interstitial cystitis, colitis, etc.) is characterized by common stages and pathophysiologically active substances. Mediators released by nerve cells (substance P, calcitonin gene-related peptide, vasoactive peptide), acting on specific receptors, contribute to mast cell degranulation with the release of a complex of biologically active substances (histamine, tryptase, nerve growth factor, etc.), which activate inflammatory processes. Biologically active substances and receptors significant for the development of neurogenic inflammation are under genetic control. At the same time, there are overlaps of the spectrum of diseases for which importance in the pathogenesis of neurogenic inflammation is proved and an association between variants of neurogenic inflammation genes. This makes it possible to conclude that the course of neurogenic inflammation will depend not only on the etiological factors, but also on the genetic features of key molecules involved in neurogenic inflammation processes. The similarity of the pathogenetic links of neurogenic inflammation (at the genetic and biochemical levels) in various pathologies may underlie the formation of comorbid conditions.

Conclusion. Understanding the biochemical and genetic components of the development of neurogenic inflammation is of interest for prevention and treatment of diseases (including comorbid ones) based on this pathological process.

Актуальность. Нейрогенное воспаление представляет собой патологический процесс, в основе которого находятся двунаправленные взаимодействия между клетками нервной и иммунной систем, а также широкий спектр биологически активных веществ.Цель. На основании научных публикаций и информации, представленной в базах данных, проанализировать маркеры нейрогенного воспаления (биохимические, генетические) и охарактеризовать их вовлеченность в патогенез болезней различных систем органов.Результаты. Нейрогенное воспаление, протекающее при развитии различных заболеваний (астма, крапивница, атопический дерматит, псориаз, ревматоидный артрит, болевой синдром, интерстициальный цистит, колит и др.), характеризуется общностью этапов и патофизиологически активных веществ. Выделяемые нервными клетками медиаторы (субстанция Р, кокальцигенин, вазоактивный пептид), воздействуя на специфические рецепторы, способствуют дегрануляции тучных клеток с высвобождением комплекса биологически активных веществ (гистамин, триптаза, ростовой фактор нервов и др.), которые активируют воспалительный процесс.

The genetic structure of Khakass and Shor populations and clans (seoks) in terms of Y chromosome markers was investigated. The results of the analysis of haplogroup frequencies and YSTR haplotypes

indicate that the Khakass and Shor seoks are related associations, in most cases having the same ancestor in the patrilineage. The gene pool of Khakass and Shors, more precisely a part marked by Y chromosome haplogroups, was shown to be primarily structured according to the generic principle. A strong genetic affinity of the members of the same seok was shown for the vast majority of the samples. Various Y chromosome haplogroups in the Khakass and Shor gene pools demonstrate their genetic affinity with Tuvans, Kets, Altaians, and Teleuts. This suggests the unity of the generalized gene pool of the indigenous South Siberian population and the genetic continuity of the populations living in this territory. Significant differences between the subethnic groups that are part of modern Khakass and Shors were revealed, where both of these ethnic groups were formed on the basis of common genetic components and demonstrate genetic affinity in various clans.

Исследована генетическая структура хакасских и шорских популяций и родов (сеоков) по маркерам Y-хромосомы. Результаты анализа частот гаплогрупп и YSTR-гаплотипов свидетельствуют, что хакасские и шорские сеоки являются родственными объединениями, в большинстве случаем имеющими одного родоначальника по мужской линии. Показано, что генофонд хакасов и шорцев, а точнее часть, маркируемая гаплогруппами Y-хромосомы, структурирована, прежде всего, по родовому принципу. Для подавляющего большинства образцов показана тесная генетическая близость представителей одного сеока. Отдельные гаплогруппы Y-хромосомы в составе хакасского и шорского генофондов демонстрируют их генетическую близость с тувинцами, кетами, алтайцами, телеутами. Это позволяет говорить о единстве обобщенного генофонда коренного южносибирского населения и генетической преемственности популяций, проживающих на данной территории. Выявлены значительные различия между субэтническими группами, вошедшими в состав современных хакасов и шорцев, при этом оба народа формировались на базе общих генетических компонент и демонстрируют генетическое родство по различным родам.

Genetic diversity of a large number of populations is analyzed using various Y-chromosome markers. Genotyping of a wide range of novel highly informative SNP and YSTR markers shows that most of the Y-chromosome haplogroups can be divided not only into ethnically specific lineages but also into narrower sublineages and clusters of haplotypes. A significant extent of population and interethnic genetic differentiation is revealed. Most ethnic gene pools are characterized by the predominance or even complete dominance of specific SNPs across all major haplogroups, that is highly promising for the application in ethnic identification of biological samples of males.

Проведен анализ генетического разнообразия большого числа популяций по различным маркерам Y-хромосомы. Генотипирование широкого набора новых высокоинформативных маркеров SNP и YSTR показывает, что в пределах большинства гаплогрупп Y-хромосомы наблюдается разделение не только на этноспецифические линии, но и на более узкие сублинии и кластеры гаплотипов. Показана значительная степень популяционной и межэтнической генетической дифференциации. Большинство этнических генофондов характеризуются преобладанием или даже полным доминированием специфичных SNP по всем основным гаплогруппам, что открывает большой потенциал для использования в этнической идентификации биологических образцов мужчин.

Haplotype associations of 894 DNA samples of elderly people from the Russian population of Tomsk were analyzed using 49 SNPs (single nucleotide polymorphisms). As the analyzed markers, SNPs were selected that showed an association with Alzheimer’s disease or variability of cognitive abilities in genome-wide association studies. As a result of the analysis, blocks on chromosomes 1, 2, 6, 8, 11, 19, and 20 were identified. Significant associations were shown, taking into account 50000 permutations, for haplotypes localized on chromosomes 1 and 19 in the genes CR1 and APOE, APOC1, respectively. Our results confirm the role of the APOE and CR1 genes in the pathogenesis of Alzheimer’s disease in the Russian population.

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.