ГЕНЫ ПРЕДРАСПОЛОЖЕННОСТИ К РЕВМАТОИДНОМУ АРТРИТУ УЧАСТВУЮТ В РЕАЛИЗАЦИИ ИММУННОГО ОТВЕТА

АННОТАЦИЯ

Гены предрасположенности к ревматоидному артриту были извлечены из публичной базы данных GWAS. Функциональная аннотация генов (в терминах генной онтологии) осуществлялся с помощью DAVID. Идентифицированы гены, участвующие в негативной регуляции сигнального пути Т-клеточного рецептора, врожденном иммунном ответе, а также в негативной регуляции воспалительной реакции. Полученные результаты могут служить теоретической пред­посылкой для дальнейших исследований молекулярных механизмов ревматоидного артрита.

ABSTRACT

Rheumatoid arthritis susceptible genes were extracted from public database GWAS. Functional annotation of genes (gene ontology terms) was performed using DAVID. This study has identified genes involved in negative regulation of T-cell receptor signaling pathway, innate immune response, negative regulation of inflammatory response. The obtained results can serve as the theoretical premise for further studies of molecular mechanisms of Rheumatoid arthritis.

Ключевые слова: функциональная аннотация генов, ревматоидный артрит, DAVID.

Keywords: functional annotation of genes, Rheumatoid arthritis, DAVID.

Актуальным вопросом исследований патогенеза ревматоидного артрита являются молекулярные (в том числе наследственные) механизмы, приводящие к развитию данной патологии. Чтобы выявить генетиенталь­ных исследований всё большее внимание уделяется биоинформа­ционным подходам. Последние позволяют (на основании данных о выявленных ассоциациях однонуклеотидных полиморфизмов с заболеванием) оценить затрагиваемые молекулярные функции и биолн­форматики помогают охарактеризовать гены предрасположенности к ревматоидному артриту в терминах генной онтологии (GO) [2, с. 1049, 3, с. 5] и привлечь пристальное внимание к возможным механизмам развития ревматоидного артрита с целью их дальнейшего теорети­ческого и экспериментального изучения.

Цель настоящей работы - с использованием инструмента DAVID функционально охарактеризовать гены, вовлеченные в патогенез ревматоидного артрита.

Материал и методы. Гены предрасположенности к ревмато­идному артриту были получены на основе анализа информации из каталога GWAS (каталог ассоциаций однонуклеотидных полимор­физмов с заболеваниями) [4, с. 1001, 5]. Оценка принадлежности генов к биологи­ческому процессу, молекулярным функциям (уровень значимости р < 0,05) в терминах генной онтологии (ресурс GeneOntology) [6, с. 25] осуществлялась с использованием сервиса DAVID [7, с. 429].

Результаты. Для проведения исследования был сформирован список из 71 гена, ассоциированного с ревматоидным артритом. Далее в ходе функционального анализа были выявлены объединённые в кластер и необъединённые функции данных генов.

Первый кластер объединял 3 функции:

1. активность фактора обмена Ras гуанил-нуклеотида (Ras guanyl-nucleotide exchange factor activity) [GO:0005088]- стимуляция обмена гуанил-нуклеотидов, связанных с надсемейством Ras ГТФ (гуанозинтрифосфат-азы);
2. регуляция каскада митоген-активируемых протеинкиназ (MAPK cascade) [GO:0043408] - процесс, который модулирует частоту, скорость сигнальной трансдукции, опосредованной данным киназным каскадом;
3. позитивная регуляция ГТФ-азной активности (positive regulation of GTPase activity) [GO:0043547] – процесс, который активирует и увеличивает активность ГТФ-азы;

К необъединенным функциям были отнесены:

1. негативная регуляция сигнального пути Т-клеточного рецептора (negative regulation of T-cell receptor signalin gpathway) [GO:0050860] - процесс, который останавливает, предотвращает акти­вацию сигнальных путей, инициируемых рецепторами антигена Т-клеток;
2. негативная регуляция транскрипции промотора РНК-полимеразы II (negative regulation of transcription from RNA polymerase II promoter) [GO:0000122] – остановка, предотвращение процессов транскрипции промотора РНК-полимеразы;
3. цитокин-опосредованный сигнальный путь (cytokine-mediate dsignalin gpathway) [GO:0019221] – серия молекулярных сигналов, инициированных связыванием цитокина с рецептором на поверхности клетки;
4. процесс липидного обмена (lipid metabolic process) [GO:0006643] – химические реакции и пути вовлечения липидов в обменные процессы;
5. активность гомодимеризации белка (protein homodimerization activity) [GO:0042803] – селективное и не ковалентное взаимодействие белков для формирования гомодимера;
6. врожденный иммунный ответ (innate immune response) [GO:0045087] – врожденные защитные иммунные реакции, заложенные изначально с рождения еще до первого попадания в организм определенного антигена;
7. позитивная регуляция ERK1 (extracellular signal-regulated kinase) и ERK2 каскада (PositiveregulationofERK1 andERK2 cascade) [GO:0070374] – активация сигнальной трансдукции ERK1 и ERK2 каскадов;
8. негативная регуляция воспалительной реакции (negative regulation of inflammato ryresponse) [GO:0050728] –остановка, предотвра­щение снижение частоты или степени воспалительной реакции;
9. связывание фосфолипидов (phospholipid binding) [GO:0005543] – селективное и не ковалентное взаимодействие с фосфолипидами;

Проведенное исследование показало, что часть генов, ассоциируе­мых с ревматоидным артритом, одновременно вовлечена в реализацию нескольких функций. Так, гены RASGRP1, PDGFA задействованы в пяти молекулярных функциях и биологических процессах, IL2RA, IR2RB – в четырех, PTPN22 – в трёх, и несколько генов (REL, IFI16, PDE2A, IL6R, PTPN22) – в двух функциях:

• RASGRP1 – регулирует развитие, дифференцировку и гомеостаз Т-лимфоцитов и В-лимфоцитов;
• PDGFA (platelet derived growth factor subunit A) - фактор роста, который играет важную роль в регуляции эмбрионального развития, пролиферации, миграции, выживании и хемотаксисе клеток (в том числе иммуннокомпетентных);
• IL2RA (interleukin 2 receptor subunit alpha) – субъединица альфа рецептора интерлейкина-2, участвует в регуляции иммунной толерантности путем контроля регуляторных Т-клеток;
• IR2RB (interleukin 2 receptor subunit beta) – субъединица бета рецептораинтерлейкина-2, участвует в Т-клеточно-опосредованном иммунном ответе;
• PTPN22 (protein tyrosine phosphatase, non-receptor type 22) – действует как негативный регулятор сигналинга Т-клеточного рецептора;
• IFI16 (interferon gamma inducible protein 16) – под влиянием интерферонов связывается с двухцепочечной ДНК(преимущественно с суперспиральной ДНК и крестообразными структурами ДНК), участвует в регуляции транскрипции при миелоидной дифференцировке клеток;
• PDE2A (phosphodiesterase 2A) - фосфодиэстераза циклических нуклеотидов с двойной специфичностью для вторичных мессенджеров цАМФ (циклический аденозинмонофосфат) и цГМФ (циклический гуанозинмонофосфат), которые являются ключевыми регуляторами многих важных физиологических процессов;
• PTPN2 (protein tyrosine phosphatase, non-receptor type 2) – негативно регулирует множество сигнальных путей и биологических процессов, таких как кроветворение, воспалительная реакция, проли­ферация и дифференцировка и гомеостаз глюкозы. Играет многогранную и важную роль в развитии иммунной системы;
• IL6R (interleukin-6 receptor subunit alpha) - субъединица альфарецептора интерлейкина-6, при связывании с рецептором активирует регуляцию иммунного ответа, реакцию острой фазы и гемопоэза;
• REL(proto-oncogene, subunitNF-kB) - прото-онкоген, который может играть роль в дифференцировке и лимфопоэзе, являясь субъеденицей транскрипционного фактора NF-kB, участвующего в дифференцировкеТ- и В-клеток, в процессах воспаления, росте, выживаемости клеток.

Полученные результаты демонстрируют участие генов предрас­положенности к ревматоидному артриту в молекулярных механизмах врожденного и приобретенного иммунитета через влияние на киназные каскады, регуляцию сигналинга рецепторов Т-клеток, цитокинов (интерлейкина-6 и -2) дифференцировку Т- и В-клеток, через различные эффекты - гомодимерезацию белков, изменение клеточных мембран, процессы транскрипции). Дальнейшие исследования в данном направлении будут являться теоретической предпосылкой для анализа механизмов развития, выявления ключевых мишеней и поиска новых подходов терапевтической коррекции ревматоидного артрита.

Список литературы:

1. Bush W.S., Moore J.H. PLoS Comput. Biol // journal.pcbi. 2012. Vol. 8. № 12. P. e1002822. DOI:10.1371.
2. Gene Ontology Consortium: going forward / A Blake., K.R Christie., M.E Dolan. et al. // Nucleic Acids Research. 2015. Vol. 1. № 43. P. 1049-1056.
3. Huang D.W., Sherman B.T., Lempicki R.A.Bioinformatics enrichment tools: paths toward the comprehensive functional analysis of large gene lists // Nucleic Acids Research. 2009. Vol. 1. № 37. P.1-13.
4. The NHGRI GWAS Catalog, a curated resource of SNPtrait associ-ations/ D. Welter, J. MacArthur, J.Morales et al. // Nucleic Acids Research.2014. № 42. P. 1001 – 1006.
5. A catalog of published genome-wide association studies [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.genome.gov/gwastudies (Дата обращения: 26.10.2017).
6. Gene ontology: tool for the unification of biology. The Gene Ontology Consortium / M. Ashburner., C.Ball, J. Blake et al. // Nat Genet. 2000. № 25. P. 25–29.
7. The DAVID Gene Functional Classification Tool: a novel biological module – centric algorithm to functionally analyze large gene lists / D.W. Huang, B.T Sherman, Q. Tan et al. // Genome Biology. – doi: 10.1186/ gb-2007-8-9-r183.