Regional features of obesity-associated gene polymorphism (rs9939609 FTO gene and gene Trp64Arg ADRB3) in Russian population

Abstract

Recent studies have shown a significant association with obesity polymorphisms: rs9939609 gene due to fat mass and obesity FTO in European and some Asian and African American populations Trp64Arg ADRB3 gene in several European populations. Association of variants rs9939609 and Trp64Arg obesity was studied in 1244 the inhabitants of Moscow and Sverdlovsk regions. Genotyping was performed using allele-specific amplification, detection results in real time using TaqMan-probes complementary DNA polymorphic sites. The frequency of the mutant allele of the FTO gene in the population of Moscow and Sverdlovsk region was 45,1%, with the TT genotype was detected in 30,2% of cases, AT – 49,5%, AA – 20,3%. Women had the presence of the mutant allele more likely than men (48,4 vs. 42,5%). People with obesity were more genotypes AA (26,3%) and AT (52,8%) compared to the surveyed with a BMI of less than 30 kg/m 2 (respectively 18,1 and 50,7%). A significantly higher incidence of risk allele A was found in individuals with obesity (52,6 and 43,4%). The presence of the mutant allele of the gene ADRB3 among the population of Moscow and Sverdlovsk regions was noted in 7,4% of cases. While 15,5% of patients had a heterozygous genotype Trp64Arg ADRB3, that is consistent with international research. The frequency of the risk allele and genotype Arg64 Trp64Arg in women (9,3 and 18,5%) was significantly higher than men (6,2 and 12,2%).

The presence of the mutant allele and genotype Trp64Arg ADRB3 (respectively, 9,1 and 18,1%) were significantly more marked in the examined obese compared with those with a body mass index less than 30 kg/m 2 (7,4 and 14,9%), but these differences were not statistically significant. The results of these studies suggest that genetic variants of the FTO gene rs9939609 genotype and Trp64Arg ADRB3 contribute to the development of obesity among residents of Moscow and Sverdlovsk Region of Russia. The risk of obesity increases in the case of combined polymorphisms in both genes.

Keywords:obesity, body mass index, polymorphism, gene FTO, gene ADRB3

Вопр. питания. - 2014. - № 2. - С. 35-41.

Ожирение представляет актуальную проблему в связи с его прогрессирующим распространением и тяжестью осложнений, которые нередко становятся причиной смерти больных в молодом возрасте. С конца прошлого века во всем мире число лиц с ожирением более чем удвоилось.

Патогенез ожирения связан с нарушениями обменных процессов, которые могут приводить к инсулинорезистентности, нарушенной толерантности к глюкозе и развитию сахарного диабета типа 2 (СД 2). Это может быть обусловлено как внешними факторами: неправильным образом жизни, в том числе разбалансированным питанием, так и генетическими нарушениями. В связи с этим большой интерес представляет идентификация генов - кандидатов этой патологии. При обследовании детей и взрослых различных популяций выявлено более сотни генетических полиморфизмов, связанных с ожирением [3, 8, 11, 15].

Показана выраженная ассоциация полиморфизма rs9939609 FTO с увеличением индекса массы тела (ИМТ), отсутствием чувства насыщения пищей и повышением (в 1,5-2 раза) риска развития ожирения [9, 10, 15-17]. Наиболее тесная связь установлена между ожирением и полиморфизмом rs9939609 гена FTO в европейской, японской и мексиканской популяциях. Частота встречаемости мутантного аллеля FTO составляет 46-51% среди жителей Западной и Центральной Европы, Западной Африки и только 16% в Китае [4-6, 10, 16].

В наших более ранних исследованиях, проведенных у лиц с ожирением, проживающих в Московском регионе (около 100 человек), была показана достаточно частая встречаемость мутантного аллеля гена FTO (63% в гомозиготном состоянии), особенно у женщин, что ассоциировалось с более высоким ИМТ, абсолютной и относительной величиной жировой массы и уровнем триглицеридов в сыворотке крови [1, 13, 14].

Важную роль в регуляции величины жировой массы играет и полиморфизм гена β3-адренорецепторов (ADRB3), который также может рассматриваться в качестве гена - кандидата ожирения. Мутация в кодоне 64 из ADRB3 приводит к замене триптофана на аргинин (Trp64Arg) в белке рецептора и ассоциируется с повышенной массой тела. Результаты исследований с включением 11 000 человек свидетельствуют о том, что мутация Trp64Arg гена ADRB3 широко распространена в нескольких этнических группах и связана с увеличением массы тела, висцеральным ожирением, резистентностью к инсулину и более ранним (на 22 года раньше) развитием СД 2 [7, 12].

Результаты наших более ранних исследований у небольшого числа пациентов с ожирением, проживающих в Московском регионе (100 человек), показали достаточно низкую частоту встречаемости мутантного аллеля гена ADRB3, который был выявлен только в гетерозиготном состоянии.

У носителей мутантного аллеля в гетерозиготном состоянии чаще встречались ожирение более высоких степеней и СД 2, наблюдалось увеличение ИМТ, абсолютной и относительной жировой массы (р<0,05) по сравнению носителями генотипа Trp64Trp. Наличие этого аллеля ассоциировалось с уровнем гипергликемии (а иногда и гиперурикемии), инсулинорезистентностью, наличием метаболического синдрома и СД 2, а также с более ранним развитием этого заболевания [2].

Целью настоящей работы явилось сравнительное изучение полиморфизма rs9939609 гена FTO и Trp64Arg гена ADRВ3 у жителей Московской и Свердловской областей.

Материал и методы

Всего было обследовано 1244 человека, среди них 511 мужчин и 733 женщины в возрасте от 18 до 73 лет, 850 человек (249 мужчин и 601 женщина) - жители Московского региона, 394 человека (262 мужчины и 132 женщины) - Свердловского региона Российской Федерации.

У всех обследованных была проведена идентификация полиморфизма rs9939609 гена FTO и Trp64Arg гена ADRB3. ДНК выделяли из крови стандартным методом с использованием сорбента и набора реагентов "ДНК-сорб-С" (ФГУН ЦНИИЭ Роспотребнадзора, Россия). Для генотипирования полиморфизма rs9939609 FTO гена применяли мультиплексную аллель-специфичную амплификацию с детекцией результатов в режиме реального времени с использованием TaqMan-зондов, комплементарных полиморфным участкам ДНК [10].

Для проведения анализа использовали амплификаторы "Биометра" (Германия) и "RotorGene-6000" (Австралия).

Статистическую обработку полученных результатов проводили с использованием системы PASW Statistics 20. Тесты на соблюдение равновесия Харди-Вайнберга и выявление ассоциаций методом Пирсона χ 2 проводили с помощью программы

DeFinetti на сайте Института генетики человека (Мюнхен, Германия).

Результаты исследования

Результаты исследования полиморфизма rs9939609 гена FTO у населения 2 регионов Российской Федерации свидетельствовали, что частота встречаемости мутантного аллеля составляла 45,1%, при этом генотип ТТ был выявлен в 30,2% случаев, АТ - в 49,5%, АА - в 20,3% (табл. 1).

У женщин несколько чаще, чем у мужчин (48,4% против 42,5%), отмечалось наличие мутантного аллеля гена FTO (OR - 1,27, C.I.=[1,08-1,49]; р=0,33). Лица с ожирением немного чаще являлись носителями генотипов АА (26,3%) и АТ (52,8%) по сравнению с обследованными с ИМТ меньше 30 кг/м2 (соответственно 18,1 и 50,7%). При этом у лиц с ожирением по сравнению с испытуемыми с нормальной массой тела (см. табл. 1) была выявлена достоверно более высокая частота встречаемости (соответственно 52,6 против 43,4%) аллеля риска А (OR - 1,45, C.I.=[1,19-1,75]; p=0,002).

Анализ данных исследования полиморфизма rs9939609 гена FTO у населения Московского региона показал, что частота встречаемости мутантного аллеля составляла 47,8%, при этом 26,5% обследованных имели генотип ТТ, 51,4 % - генотип АТ и 22,1% - генотип АА (см. табл. 1).

Как видно из той же таблицы, у женщин наблюдалась несколько большая частота встречаемости аллеля риска А (OR - 1,12, C.I.=[0,90-1,39]; р=0,33) по сравнению с мужчинами. Полученные данные согласуются с результатами наших предыдущих исследований, выполненных на меньшем количестве испытуемых, проживающих в Московском регионе [1, 13, 14].

У обследованных с ожирением (ИМТ 30 кг/м2 и выше) в 1,3 раза чаще отмечалось наличие генотипов АА по сравнению с обследованными с ИМТ менее 30 кг/м 2 . При этом у лиц с ожирением по сравнению с испытуемыми с нормальной массой тела (см. табл. 1) была выявлена достоверно более высокая (в 1,17 раза) частота встречаемости аллеля риска А (OR - 1,67, C.I.=[1,20-2,31]; p=0,02).

Результаты исследования полиморфизма rs9939609 гена FTO свидетельствовали о том, что 34% обследованных работников металлургических предприятий Свердловской области имели генотип ТТ, 47,5 % - генотип АТ и 18,5% - генотип АА (см. табл. 1). При этом у женщин наблюдалась достоверно более высокая частота встречаемости аллеля риска А (OR - 1,43, C.I.=[1,06-1,93]; p=0,02) по сравнению с мужчинами.

Как видно из табл. 1, у обследованных с ожирением значительно чаще отмечалось наличие генотипа АА (27,7%) по сравнению с обследованными с ИМТ менее 30 кг/м 2 (13,0%). При этом у лиц с ожирением (табл. 1) по сравнению с испытуемыми с нормальной массой тела наблюдалась в 1,4 раза достоверно более высокая частота встречаемости аллеля риска А (OR - 1,72, C.I.=[1,12 -2,63]; p=0,01).

Анализ данных исследования полиморфизма Trp64Arg гена ADRB3 у населения обоих регионов Российской Федерации свидетельствовал о наличии мутантного аллеля в 7,4% случаев (табл. 2).

При этом 15,5% обследованных имели гетерозиготный Trp64Arg генотип ADRB3, что согласуется с данными зарубежных исследований [7, 12].

Частота встречаемости аллеля риска Arg64 и генотипа Trp64Arg у женщин (соответственно 9,3 и 18,5%) по сравнению с мужчинами (6,2 и 12,2%) была достоверно выше (OR - 1,55, C.I.=[1,13-2,12]; p=0,006). При этом у обследованных с ожирением значительно чаще отмечалось наличие мутантного аллеля и Trp64Arg генотипа ADRB3 (соответственно 9,1 и 18,1%) по сравнению с лицами с ИМТ 30 кг/м 2 (7,4 и 14,9%), однако эти различия были статистически не достоверны (OR - 1, 24, C.I.=[0,87-1,75]; p=0,22).

Результаты исследования полиморфизма гена ADRB3 конкретно у жителей Московского и Свердловского регионов показали, что соответственно 8,1 и 6,8% из них являлись носителями мутантного аллеля. Распределение генотипов и частоты аллелей полиморфизма гена ADRB3 представлено в табл. 2. Среди обследованных соответственно 83,4 и 86,3% имели Trp64Trp генотип, а 16,6 и 13,7% - Trp64Arg генотип ADRB3.

У женщин по сравнению с мужчинами наблюдалась достоверно более высокая частота встречаемости аллеля риска Arg64 как в Московском (OR - 1,21, C.I.=[0,80-1,83]; p=0,36), так и в Свердловском регионе (OR - 2,1, C.I.=[0,92-4,68]; p=0,07).

Как видно из табл. 2, у обследованных с ожирением, проживающих в Московском и Свердловском регионах, несколько чаще отмечалось наличие Trp64Arg генотипа ADRB3 (соответственно 18,5 и 16,3%) по сравнению с лицами с ИМТ менее 30 кг/м 2 (16,2 и 6,8%). При наличии ожирения наблюдалась несколько большая частота встречаемости мутантного аллеля у населения как в Московской (OR - 1,33, C.I.=[0,72-2,45]; p=0,37), так и в Свердловской области (OR - 1,20, C.I.=[0,49-2,87]; p=0,69).

Анализ данных антропометрических исследований показал ассоциацию полиморфизма rs9939609 гена FTO и Trp64Arg гена ADRB3 с величиной ИМТ. У лиц с АТ (р<0,01) и, особенно, АА (р<0,001) генотипом был выявлен достоверно более высокий ИМТ по сравнению с ТТ генотипом FTO (табл. 3).

Носители мутантного аллеля А гена FTO при гетерозиготном (р<0,01) и, особенно, гомозиготном типе (р<0,001), проживающие в Московском регионе, имели достоверно более высокий ИМТ по сравнению с типом ТТ. У жителей Свердловского региона наблюдалась та же тенденция, однако данные различия были статистически не достоверными, что, по-видимому, связано с меньшим процентом встречаемости лиц с ожирением в этой группе обследованных.

Как в Московском, так и в Свердловском регионе носители мутантного аллеля гена ADRB3 имели более высокий ИМТ, однако данные различия были статистически не достоверными (табл. 3).

Полученные данные согласуются с результатами исследований зарубежных авторов, которые показали выраженную достоверную ассоциацию полиморфизма rs9939609 гена FTO и Trp64Arg гена ADRB3 с величиной ИМТ [7, 10, 12, 16, 17].

Интерес представляла оценка антропометрических параметров у лиц с сочетанным носительством мутантных аллелей гена FTO и ADRB3.

Как видно из табл. 4, при сочетании генотипа Trp64Arg гена ADRB3 с АТ и АА генотипами FTO у обследованных отмечались достоверно более высокие ИМТ соответственно на 11% (р<0,05) и 12% (р<0,001), по сравнению с теми лицами, у которых отсутствовала мутация обоих генов (Trp64Trp/ТТ).

Таким образом, результаты проведенных исследований свидетельствуют о том, что генетические варианты rs9939609 гена FTO и Trp64Arg гена ADRB3 вносят свой вклад в развитие ожирения у жителей Московской и Свердловской областей Российской Федерации. При этом риск развития ожирения увеличивается при сочетанном полиморфизме обоих генов. Полученные межрегиональные различия в отношении частоты встречаемости полиморфизмов этих генов и их ассоциации с полом и антропометрическими параметрами могли быть связаны с этническим разнообразием обследованного контингента.

Литература

1. Батурин А.К., Погожева А.В., Сорокина Е.Ю. и др. Изучение полиморфизма rs9939609 гена FTO у лиц с избыточной массой тела и ожирением // Вопр. питания. - 2011. - № 3. - С. 13-17.

2. Батурин А.К., Погожева А.В., Сорокина Е.Ю. и др. Изучение Trp64Arg полиморфизма гена β3-адренорецепторов у лиц с избыточной массой тела и ожирением // Вопр. питания. - 2012. - № 2. - С. 23-27.

3. Carlos F., Silva-Nunes С.J et al. Association of FTO and PPARG polymorphisms with obesity in Portuguese women // Diabetes, Metabolic Syndrome and Obesity: Targets and Therapy. - 2013. - Vol. 6. - P. 241-245.

4. Hennig B., Fulford A., Sirugo G. et al. Prentice A. M. FTO gene variation and measures of body mass in an African population // BMC Med. Genet. - 2009. - Vol. 10. - P. 21.

5. Hoа A., Stein J., Hua X. et al. A commonly carried allele of the obesity-related FTO gene is associated with reduced brain volume in the healthy elderly // Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative. - 2010.

6. Legry V., Cottela D, Ferrieresb J. et al. Effect of an FTO polymorphism on fat mass, obesity, and type 2 diabetes mellitus in the French MONICA Study // Metabolism: Clinical and Experimental. - 2009. - P. 971-975.

7. de Luis D., Sagrado М., Aller R. et al. Influence of the Trp64Arg polymorphism in the beta 3 adrenoreceptor gene on insulin resistance, adipocytokine response, and weight loss secondary to lifestyle modification in obese patients // Eur. J. Intern. Med. - 2007. - Vol. 18. - P. 587-592.

8. Marcadenti А., Fuchs F.D. Effects of FTO rs9939609 and MC4R rs17782313 on obesity, type 2 diabetes mellitus and blood pressure in patients with hypertension // Cardiovasc. Diabetology. - 2013. - Vol. 12. - P. 103.

9. Mitchell J., Church T., Rankinen T. et al. FTO Genotype and the Weight Loss Benefits of Moderate Intensity Exercise//Obesity. - 2010. - Vol. 18. - P. 641-643.

10. Muller T.D., Hinney A., Scherag A. et al. "Fat mass and obesity associated" gene (FTO): no significant association of variant rs9939609 with weight loss in a lifestyle intervention and lipid metabolism markers in German obese children and adolescents // BMC Med. Genet. - 2008. - Vol. 17, N 9. - P. 85.

11. Silva С.F., Zandona M.R. et al. Association between a frequent variant of the FTO gene and anthropometric phenotypes in Brazilian children // BMC Med. Genet. - 2013. - Vol. 14. - P. 34.

12. Thomas G., Tomlinson B., Chang J. et al. The Trp64Arg polymorphism of the beta 3 adrenergic receptor gene and obesity in Chinese subjects with components of the metabolic syndrome // Int. J. Obes. Relat. Metab. Disord. - 2000. - Vol. 25. - P. 545-551.

13. Tutelian V., Baturin A., Pogozheva A. et al. The FTO rs9939609 polymorphism study in patients with overweight and obesity // 11 th Eur. Nutrition Conference Fens. - Madrid, 2011. - P. 285.

14. Tutelian V., Baturin A., Pogozheva A. The FTO and β3-Adrenoreceptor genes polymorphisms study in persons with overweight and obesity // Obesity Facts. - 2012. - Vol. 5 (suppl. 1). - P. 106.

15. Wardle J., Carnell S. Appetite is a Heritable Phenotype Associated with Adiposity // Ann. Behav. Med. - 2009. - Vol. 38. - P. 25-30.

16. Zabena C., Gonzalez-Sanchez J. et al. The FTO obesity gene. Genotyping and gene expression analysis in morbidly obese patients // Obes. Surg. - 2009. - Vol. 19, N 1. - P. 87-95.

17. Zimmermann E., Skogstrand K., Hougaar D.M. et al. Influences of the Common FTO rs9939609 Variant on Inflammatory Markers throughout a Broad Range of Body Mass Index // PLoS One. - 2011. - Vol. 5. - P. e15958.