АССОЦИАЦИИ МЕЖДУ ФЕНОТИПОМ И ГЕНОТИПОМ МСОД И КАТАЛАЗЫ ПРИ ЗАБОЛЕВАНИЯХ ПАРОДОНТА

ASSOCIATIONS BETWEEN PHENOTYPE AND GENOTYPE OF MSOD AND CATALASE IN PERIODONTAL DISEASES

Madinat Gakaeva

2nd year master student of the Department of Cell Biology, morphology and microbiology, Chechen State University A.A. Kadyrov,

Russia, Grozny

Zarema Gazieva

2nd year master student of the Department of Cell Biology, morphology and microbiology, Chechen State University A.A. Kadyrov,

Russia, Grozny

Maret Atsaeva

scientific supervisor, Ph.D. biol. Sciences, Associate Professor, Faculty of Biology and Chemistry, Chechen State University A.A. Kadyrov,

Russia, Grozny

АННОТАЦИЯ

Заболевание пародонта представляет собой воспалительное заболевание, при котором патогенные инфекции вызывают ряд воспалительных реакций. Предположительно, окислительно-восстановительная регуляция воспалительных процессов, измененная полиморфизмами генов оксидативного стресса, может влиять на активность заболеваний пародонта.

ABSTRACT

Periodontal disease is an inflammatory disease in which pathogenic infections induce a series of inflammatory responses and redox regulation. The hypothesis of this study was that host redox regulation altered by genetic polymorphisms may influence periodontal disease activity.

Ключевые слова. пародонтит, активные формы кислорода, оксидативный стресс, полиморфизм генов, СОД, каталаза.

Keywords. periodontitis, reactive oxygen species, oxidative stress, gene polymorphism, SOD, catalase.

Пародонтит представляет собой воспалительное заболевание, которое инициируется накоплением биопленки зубного налета и ее продуктов с последующей кровоточивостью десен, резорбцией альвеолярной кости и образованием пародонтального кармана. Пародонтальные патогенные инфекции вызывают ряд воспалительных реакций и приводят к разрушению пародонта. Предполагается, что развитию сахарного диабета, сердечно-сосудистых и некоторых хронических заболеваний может способствовать воспаление пародонта, также развитие симптомов системных заболеваний также можно снизить путем предотвращения заболеваний пародонта [1].

Повышение концентрации активных форм кислорода (АФК) приводит к прогрессирующему окислительному повреждению в ответ на воспаление и повреждение пародонта [2]. АФК, такие как супероксидные и гидроксильные соединения, регулируются системой тиоредоксинов для передачи окислительно-восстановительных сигналов и изменения активности антиоксидантных ферментов для устранения свободных радикалов. Радикалы супероксида (O₂•-) катализируются в перекись водорода (H₂O₂) с помощью супероксиддисмутазы (СОД). Затем H₂O₂ превращается в H₂O и O₂ с помощью каталазы. При разложении H₂O₂ гидроксильные радикалы (ОН^-), образующиеся при расщеплении ОО-связей, могут вызывать повреждение ДНК и белков. Антиоксидантная активность слюны (общий оксидантный статус, каталаза и СОД) является значимым биомаркером оценки тяжести заболеваний пародонта и эффективности лечения [3].

Полиморфизм гена митохондриальной СОД (мСОД) (T47C, rs4880) влияет на баланс редокс-статуса за счет изменения локализации фермента и митохондриального транспорта, а SNP мСОД T47C также контролируется факторами окружающей среды [4]. Полиморфизм гена каталазы (C-262 T, rs1001179) расположен в промоторной области и оказывает функциональное влияние на экспрессию каталазы. Активности мСОД и каталазы различаются из-за частоты аллелей, которые объясняют этнические различия. Частота мСОД T47 и каталазы C-262 соответственно колеблются в пределах 23–29 и 61–69% у европеоидов и 66–75 и 90–93 % у азиатов. Данные полиморфные варианта могут изменять ферментативную активность против окислительного повреждения и модулировать индивидуальную предрасположенность к возникновению заболеваний. Также было показано, что генетические полиморфизмы этих антиоксидантов были связаны с усилением антиоксидантных эффектов против рисков рака и онкогенеза [7].

Полиморфизмы антиоксидантов могут модулировать генетическую активность и образование антиоксидантов. In vitro аллель аланина (мСОД TC/CC) увеличивает активность гомотетрамера мСОД и обеспечивает более эффективный импорт мСОД в митохондриальный матрикс по сравнению с аллелем валина (мСОД TT). Высокая транскрипционная активность вариантов каталазы Т была определена в клетках HepG2 и K562. Люди, несущие аллель Т каталазы, имели более высокие уровни фермента по сравнению с теми, у кого был аллель С [5]. Тем не менее, существенных различий в активности мСОД или каталазы не было отмечено не зависимо от полиморфизма. Кроме того, генетические полиморфизмы связаны с предрасположенностью к возникновению и развитию заболеваний. Kakkoura MG с соавторами (2016) показали, что аллели дикого типа мСОД и полиморфизмы гена каталазы могут способствовать антиоксидантному действию средиземноморской диеты в отношении риска рака молочной железы [8]. В данном исследовании была отмечена значительная связь между генетическими вариантами мСОД и каталазы и лечением пародонта. Однако, не было выявлено ассоциативной связи между генотипом и фенотипом.

Здоровье полости рта признано важным и неотъемлемым компонентом общего состояния здоровья и благополучия; серьезной проблемой является высокая распространенность заболеваний пародонта во всем мире. Национальное обследование здоровья и питания США (NHANES) показало, что распространенность заболеваний пародонта у взрослых в возрасте ≥30 лет снизилась с 47,2% (NHANES 2009–2010) до 44,8% (NHANES 2011–2012). На Тайване было подсчитано, что примерно 54% взрослых в возрасте 35-44 лет страдают пародонтитом от легкой до тяжелой степени. За последние 17 лет на Тайване значительно возросла распространенность заболеваний пародонта. По сравнению с другими странами, такими как Индия (72%), Италия (35–40%) и США (46%), следует отметить более высокую распространенность пародонтита на Тайване [10].

Заболевания пародонта возникают в результате функционирования патогенных инфекций, вызывающих ряд воспалительных и окислительно-восстановительных процессов, которые приводят к разрушению тканей пародонта и даже к потере зубов [2]. Нехирургические методы лечения пародонта, такие как удаление зубного камня и полировка корней, являются первичными и начальными этапами очистки поверхностей корней и удаления зубного налета и зубного камня из глубоких пародонтальных карманов. В целом, большинство пациентов положительно реагируют на нехирургическое лечение парадонта [11].

Еще одним важным экологическим фактором риска заболеваний пародонта является курение. Свободные радикалы, генерируемые сигаретным дымом, влияют на антиоксидантные системы организма. Сигаретный дым снижает активность защитных механизмов тканей пародонта, а также ингибировать противовоспалительные функции организма, тем самым снижая эффективность пародонтологического лечения инфекций.  Preshaw PM соавторами (2013) показали, что пародонтит менее выражен у некурящих, и более эффективно реагирует на нехирургическое лечение пародонта [12].

Пародонтальные инфекции были связаны с состоянием хронического воспаления. В работе D'Aiuto F с соавторами (2010) была исследована связь у пациентов (n=145) с тяжелым пародонтитом и его лечение с окислительным стрессом. В изученной группе пациентов с тяжелым пародонтитом выявлены более высокие уровни активных форм кислорода (P <0,001) и более низкая общая антиоксидантная способность (P <0,001) по сравнению со здоровыми людьми из контрольной группы. Результаты не были ассоциированы с возрастом, полом, привычками курения и этнической принадлежности. Полученные данные свидетельствует о положительной связи между тяжелым пародонтитом и окислительным стрессом [2].

Отмечается значительная связь между антиоксидантами, генетическими полиморфизмами ферментов оксидативного стресса и лечением пародонта [13]. Воспалительная реакция хозяина, модифицированная генетическим полиморфизмом и высокими уровнями антиоксидантов в слюне, может повлиять на эффективность пародонтологического лечения [9].

Факторы риска играют важную роль в индивидуальной реакции на пародонтальную инфекцию. Популяционные исследования показали, что факторами риска являются как независимые, такие как образ жизни, курение и употребление алкоголя, так и ряд заболеваний: сахарный диабет, ожирение, метаболический синдром, остеопороз и низкий уровень кальция и витамина D в рационе [14]. Генетические факторы также играют значительную роль в заболеваниях пародонта и их выявление позволит мотивировать людей на раннее выявление и профилактику заболевания.

Таким образом, однонуклеотидные полиморфизмы (SNP) способствуют проявлению генетической предрасположенности к воспалительным и окислительно-восстановительным реакциям у лиц с пародонтитом. Генотип (SNP) и фенотип (экспрессия генов) тканей пародонта можно использовать для оценки предрасположенности к заболеваниям пародонта. В связи с чем, важно продолжать исследования по выявлению генетических факторов, связанных с хроническим пародонтитом, поскольку они способствуют выявлению пациентов с высокой предрасположенностью к развитию этого заболевания.

Список литературы:

1. Inaba H. Roles of oral bacteria in cardiovascular diseases-from molecular mechanisms to clinical cases: implication of periodontal diseases in development of systemic diseases. /Inaba H, Amano A. //J Pharmacol Sci. .2010. - №113(2). – Р.103–109.
2. D'Aiuto F. Oxidative stress, systemic inflammation, and severe periodontitis. / D'Aiuto F, Nibali L, Parkar M, Patel K, Suvan J, Donos N. //J Dent Res. .2010. - №89(11). – Р.1241–1246.
3. Tothova L. Salivary markers of oxidative stress in oral diseases. / Tothova L, Kamodyova N, Cervenka T, Celec P. //Front Cell Infect Microbiol. .2015. - №5. – Р.73.
4. Bresciani G. The MnSOD Ala16Val SNP: relevance to human diseases and interaction with environmental factors. / Bresciani G, Cruz IB, de Paz JA, Cuevas MJ, Gonzalez-Gallego J. //Free Radic Res. .2013. - №47(10). – Р.781–792.
5. Forsberg L. A common functional C-T substitution polymorphism in the promoter region of the human catalase gene influences transcription factor binding, reporter gene transcription and is correlated to blood catalase levels. / Forsberg L, Lyrenas L, de Faire U, Morgenstern R. //Free Radic Biol Med. .2001. - №30(5). – Р.500–505.
6. Mak JC. Polymorphisms in manganese superoxide dismutase and catalase genes: functional study in Hong Kong Chinese asthma patients. /Mak JC, Leung HC, Ho SP, Ko FW, Cheung AH, Ip MS, Chan-Yeung MM. //Clin Exp Allergy. .2006. - №36(4). – Р.440–447.
7. Shen Y F. The catalase C-262T gene polymorphism and cancer risk: a systematic review and meta-analysis. /Shen Y, Li D, Tian P, Shen K, Zhu J, Feng M, Wan C, Yang T, Chen L, Wen F. //Medicine (Baltimore) .2015. - №94(13). – Р.679.
8. Kakkoura MG. MnSOD and CAT polymorphisms modulate the effect of the Mediterranean diet on breast cancer risk among Greek-Cypriot women. / Kakkoura MG, Demetriou CA, Loizidou MA, Loucaides G, Neophytou I, Malas S, Kyriacou K, Hadjisavvas A. //Eur J Nutr. 2016. - №55(4). – Р.1535–1544.
9. Caffesse RG. The rationale for periodontal therapy. / Caffesse RG, Mota LF, Morrison EC.  //Periodontol 2000. 1995. - №9. – Р.7–13.
10. Aimetti M. Prevalence of periodontitis in an adult population from an urban area in North Italy: findings from a cross-sectional population-based epidemiological survey. / Aimetti M, Perotto S, Castiglione A, Mariani GM, Ferrarotti F, Romano F. //J Clin Periodontol., 2015. - №42(7). – Р.:622–631.
11. Hughes FJ. Prognostic factors in the treatment of generalized aggressive periodontitis: I. clinical features and initial outcome. / Hughes FJ, Syed M, Koshy B, Marinho V, Bostanci N, McKay IJ, Curtis MA, Croucher RE, Marcenes W. //J Clin Periodontol., .2006. - №33(9). – Р.663–670.
12. Preshaw PM. Outcomes of non-surgical periodontal treatment by dental hygienists in training: impact of site- and patient-level factors. / Preshaw PM, Holliday R, Law H, Heasman PA. //Int J Dent Hyg., .2013. - №11(4). – Р.273–279.
13. Yeh Hseng-Long. Association between Polymorphisms of Antioxidant Gene (MnSOD, CAT, and GPx1) and Risk of Coronary Artery Disease. /Yeh Hseng-Long, Kuo Li-Tang, Sung Fung-Chang, Yeh Chih-Ching //BioMed Research International., 2018. - №2018. – Р.1–8.
14. Genco RJ. Risk factors for periodontal disease. /Genco J, Borgnakke WS. //Periodontol, 2000. 2013. - №62(1). – Р.59-94.