The investigation the combined effect of SNP rs9939609 (gene FTO) and rs4994 (gene ADRB3) polymorphisms on risk of obesity

AbstractThe genetic factor plays a significant role in the development of obesity, by present time the association of hundreds genetic polymorphisms with the risk of this disease is established. However, the combined influence of genetic polymorphisms remains practically unstudied. We aimed to investigate the combined effect SNP rs9939609 (gene FTO) and rs4994 (gene ADRB3) polymorphisms on risk of obesity. A case-control study was conducted, including255 obese case (BMI>30 kg/m2) and 427 non obese controls (BMI<30 kg/m2). Genotyping was performed using allele-specific amplification, detection results in real time using TaqMan-probes complementary DNA polymorphic sites. It has been shown, that presence of one mutant allele of rs9939609 (gene FTO) and rs4994 (gene ADRB3) leads to statistically significant association with obesity. Presence of two mutant alleles in different polymorphic variants increases risk of obesity by 15%, presence of three mutant alleles - by 2.63 fold. The quantity surveyed, suffering obesity, increased depending on the number of mutant alleles in studied genetic polymorphisms. Presence of one or two mutant alleles in one polymorphic variant increased the number of patients with obesity by 13.4%, presence of two or three mutant alleles in different polymorphic variants -by 18-19%.

Keywords:obesity, gene, polymorphism of rs9939609 gene FTO, rs4994 gene ADRB3

Вопр. питания. 2016. № 4. С. 29-35.

Современные исследования в области молекулярной генетики за последние десятилетия показали, что генетический фактор вносит существенный вклад в этиологию и патогенез алиментарно-зависимых заболеваний, в том числе ожирения, которое представляет серьезную медицинскую проблему во всем мире. Генетические исследования, проведенные в разных этнических группах, в том числе в Российской Федерации, выявили сотни генетических полиморфизмов, ассоциированных с риском развития этих заболеваний [1-6]. Наиболее известна ассоциация с избыточной массой тела и ожирением для полиморфизмов гена связи с жировой массой и ожирением (международный символ - FTO) и гена β-3-адренорецептора (международный символ - ADRB3) [3, 7-11].

Несмотря на многочисленные исследования гена FTO, молекулярные механизмы, осуществляющие связь его полиморфизмов с ожирением, изучены недостаточно. В целом ряде работ установлено, что тРНК гена FTO детектируется во многих тканях организма, но в наибольшем количестве - в дугообразном ядре гипоталамуса. В экспериментах in vitro показано, что этот белок участвует в окислительном деметилировании 3-метилтимина в однонитевой ДНК и 3-метилурацила в РНК [12]. Результаты исследований у детей в возрасте 4-5 лет с носи-тельством аллеля А полиморфизма rs9939609 показали потерю контроля за потреблением пищи и предпочтение более высококалорийной пищи по сравнению с носителями генотипа ТТ [13].

Что касается гена ADRB3, то мутация в 64-м кодоне, приводящая к замене триптофана на аргинин в белке β3-адренорецептора (вариант Trp64Arg), ассоциирована с избыточной массой тела и ожирением, Результаты метаанализа с участием 11 000 обследованных свидетельствуют о том, что у лиц с генотипом Trp64Arg индекс массы тела (ИМТ) в среднем на 0,3 кг/м2 выше, чем у носителей генотипа Trp64Trp, а также наблюдается более раннее (на 22 года) развитие сахарного диабета 2 типа [7, 14].

Результаты наших более ранних исследований, проведенных в Московском и Свердловском регионах, показали выраженную связь аллеля А (rs9939609 гена FTO) c ожирением. Для аллеля С (64Arg) полиморфизма rs4994 гена ADRB3 была выявлена положительная ассоциация с ожирением, однако не достигшая статистической значимости [3].

Несмотря на то что изучению генетических полиморфизмов, ассоциированных с ожирением, за последние годы посвящено значительное количество работ, только в отдельных работах оценивалось комбинированное влияние разных полиморфных локусов на риск развития этого заболевания. Так, при обследовании китайской популяции из Пекина по типу "случай-контроль" было выявлено увеличение риска развития ожирения при носительстве аллелей риска в разных полиморфизмах 4 генов: JNSJG1, JNSJG2, SCAP и SREBP - по сравнению с носительством аллелей риска в одном полиморфном варианте [15]. Обследование жителей Гонконга выявило увеличение риска развития ожирения при совместном парном действии полиморфных вариантов генов (SLC2A9-IGF2BP2, FTO-APOA5) [16].

Цель настоящей работы - изучение комбинированного влияния полиморфизмов rs9939609 гена FTO и rs4994 гена ADRB3 на риск развития ожирения.

Материал и методы

Исследование комбинированного влияния генетических полиморфизмов проводили по типу "случай-контроль". Группа обследованных включала 682 человека (211 мужчин и 471 женщина) в возрасте от 25 до 79 лет. Из общего числа обследованных 255 (37,4%) человек (214 женщин и 41 мужчина) имели ИМТ>30 кг/м2. Группа сравнения составила 427 человек (170 мужчин и 257 женщин) с ИМТ<30 кг/м2.

У всех обследованных была проведена идентификация полиморфизмов rs9939609 гена FTO и rs4994 гена ADRB3. ДНК выделяли из крови стандартным методом, с использованием многокомпонентного лизирую-щего раствора, разрушающего комплекс ДНК с белком, и последующей сорбцией на магнитные частицы, покрытые силикагелем, и использованием набора реагентов "РеалБест ДНК-экстракция 3" (ЗАО "Вектор-Бест", Новосибирск, РФ). Выделение ДНК осуществляли на автоматической станции epMotion 5075 ("Eppendorf",

Германия). Генотипирование проводили с применением аллель-специфичной амплификации с детекцией результатов в режиме реального времени и использованием TaqMan-зондов, комплементарных полиморфным участкам ДНК [17]. Для проведения амплификации использовали амплификатор "CFX96 Real Time System" ("BIO-RAD, США).

Биохимические показатели, характеризующие состояние липидного обмена, определяли с использованием анализатора ABC PENTRA 400 (HORIBA ABX SAS, Франция) в автоматическом режиме.

Статистическую обработку полученных результатов проводили с использованием системы PASW Statistics 20. Тесты на соблюдение равновесия Харди-Вайнберга и выявление ассоциаций методом Пирсона χ2 проводили с помощью программы DeFinetti на сайте Института генетики человека (Мюнхен, Германия) и комплексной статистической программы MedCalc Software, версия 15 (США).

Результаты и обсуждение

Результаты исследований полиморфизма rs9939609 гена FTO показали, что частота встречаемости мутант-ного аллеля (А) в исследуемой группе составляет 45,7% (табл. 1), что сходно с аналогичным показателем в европейских популяциях, в том числе в Российской Федерации, где она составляет 42-48%. В то же время в Китае и Японии частота встречаемости аллеля А значительно ниже и составляет 16-20% [18, 19].

Частота встречаемости для аллеля Arg64 (rs4994 гена ADRB3) равна 8,6% и сравнима с таковой в европейских популяциях, где она составляет от 8,0% (Франция) до 11-12% (Финляндия), и значительно ниже, чем в Японии и Китае (18-20 %) [3, 7, 20].

У обследованных с ожирением (ИМТ>30 кг/м2) частота встречаемости мутантного аллеля (А) полиморфизма rs9939609 гена FTO была на 16,3% выше по сравнению с обследованными с ИМТ<30 кг/м2, OR=1,29; CI=(1,038-1,61), при p=0,02, что свидетельствует об ассоциации с ожирением. При анализе полиморфизма rs4994 гена ADRB3 выявлена положительная ассоциация мутант-ного аллеля с ожирением, однако она не достигала статистической значимости (см. табл. 1). Эти данные согласуются с результатами наших предыдущих исследований, выполненных при обследовании населения Свердловского и Московского регионов [3].

При изучении комбинированного влияния полиморфных вариантов rs9939609 гена FTO и rs4994 гена ADRB3 на развитие ожирения нами установлено, что носители генотипа ТТ/ТТ, который не содержит аллелей риска ожирения, составляли в изучаемой группе 22,6%, (табл. 2). Наибольшее количество обследуемых (44,9%) составили носители генотипа АТ/ТТ, содержащего один аллель риска (А) варианта rs9939609, а наименьшее количество - носители генотипа АА/СТ, содержащего 3 му-тантных аллеля (3,5%). Генотип с максимальным числом аллелей риска ожирения (АА/СС) в обследуемой группе выявлен не был, что связано с отсутствием носителей генотипа ТТ варианта rs4994 гена ADRB3 в этой группе. Полученные результаты согласуются с многочисленными данными опубликованных научных исследований. Так, согласно результатам метаанализа, включающего 4854 обследованных из разных популяций, частота встречаемости этого генотипа крайне низка и составляет 0,76% [20]. Кроме того, носители этого генотипа были идентифицированы только среди жителей Азии.

Исходя из данных нашей работы, носительство даже одного мутантного аллеля в изучаемых полиморфизмах rs9939609 и rs4994 (генотипы АТ/СС и ТТ/ТС) приводит к статистически значимой ассоциации с ожирением (см. табл. 2). Носительство двух мутантных аллелей разных полиморфных вариантов (АТ/ТС) приводит к более выраженной связи с ожирением и увеличивает риск его развития в среднем на 15% по сравнению с носителями одного мутантного аллеля и двух в одном полиморфизме. Наличие же трех мутантных аллелей увеличивает риск развития ожирения в 2,63 раза по сравнению с группой без их носительства при р=0,02, и в среднем на 14,0% повышает этот риск по сравнению с носителями двух аллелей риска.

Результаты клинических и антропометрических исследований подтверждают связь между количеством мутантных аллелей полиморфизмов rs9939609 гена FTO и полиморфизма rs4994 гена ADRB3 и увеличением риска развития ожирения.

У носителей одного и двух мутантных аллелей ИМТ статистически достоверно выше (в среднем на 11,1%) по сравнению с носителями генотипа ТТ/ТТ, а у носителей трех мутантных аллелей увеличение ИМТ составило 16,0% (табл. 3).

Количество обследуемых, страдающих ожирением, также увеличивается в зависимости от количества аллелей риска в изучаемых полиморфизмах. Среди обследуемых с генотипами ТТ/СС частота встречаемости ожирения составляла 25,9%.

Наличие одного или двух мутантных аллелей в одном полиморфном варианте увеличивало количество пациентов с ожирением на 13,4%. Наибольшее количество страдающих ожирением наблюдалось среди носителей 2 мутантных аллелей в разных полиморфных вариантах (44,8%) и 3 мутантных аллелей (45,8%). Это увеличение составило 18,9 и 19,9% соответственно по сравнению с носителями генотипа ТТ/ТТ. Содержание в крови триглицеридов было выше у носителей аллелей риска ожирения, однако это увеличение не достигло статистической значимости (см. табл. 3).

Заключение

В проведенных исследованиях было выявлено комбинированное совместное влияние полиморфизмов rs9939609 гена FTO и rs4994 гена ADRB3 на риск развития ожирения. Подобное сочетание свидетельствует об увеличении этого риска у носителей мутантных аллелей в разных полиморфных вариантах по сравнению с носителями мутантных аллелей в одном полиморфном варианте.

Литература

1. Батурин А.К., Сорокина Е.Ю., Погожева А.В., Макурина О.Н. и др. Изучение Trp64Arg полиморфизма гена β3-адренорецептора у лиц с избыточной массой тела и ожирением // Вопр. питания. 2012. Т. 81, № 2. С. 23-27.

2. Батурин А.К., Сорокина Е.Ю., Погожева А.В., Тутельян В.А. Генетические подходы к персонализации питания // Вопр. питания. 2012. Т. 81, № 6. C. 4-11.

3. Батурин А.К., Сорокина Е.Ю., Погожева А.В., Пескова Е.В. и др. Региональные особенности полиморфизма генов, ассоциированных с ожирением (rs9939609 гена FTO и Trp64arg гена ADRB3) у населения России // Вопр. питания. 2014. № 2.

С. 35-41.

4. Cheung W.W., Peizhong M. Recent advances in obesity: genetics and beyond // International Scholarly Research Network ISRN Endocrinology. 2012. Article ID 536905. doi:10.5402/2012/536905.

5. Herrera B.M., Lindgren C.M. The genetics of obesity // Curr. Diab. Rep. 2010. Vol. 10. P. 498-505.

6. Rao K.R., Lal N., Giridharan N.V. Genetic and epigenetic approach to human obesity // Indian J. Med. Res. 2014. Vol. 140, N 5. P. 589-603.

7. Fujisawa T., Ikegami H., Kawaguchi Y., Ogihara T. Meta-analysis of the association of Trp64Arg polymorphism of b3-adrenergic receptor gene with // J. Clin. Endocrinol. Metab. 1998. Vol. 83.

P. 2441-2444.

8. Harbron J., Merwe L., Zaahl M.G., Kotze J. et al. Fat mass and obesity-associated (FTO) gene polymorphisms are associated with physical activity, food intake, eating behaviors, psychological health, and modeled change in body mass index in overweight/obese caucasian adults // Nutrients. 2014. Vol. 6. P. 31303152.

9. Hinney A., Nguye T.T., Schera A., Friedel S. et al. Genome wide association (GWA) study for early onset extreme obesity supports the role of fat mass and obesity associated gene (FTO) variants // PLoS One. 2007. Vol. 2, N 12. P. 1-5.

10. Hubacek J.A., Pikhat A., Peasey A., Bobak M. FTO variant, energy intake, physical activity and basal metabolic rate in Caucasians. The HAPIEE study // Physiol. Res. 2011. Vol. 60, N 1. P. 175-183.

11. Sitek A., Rosset I., Strapagiel D., Majewska M. et al. Association of FTO gene with obesity in Polish schoolchildren // Anthropol. Rev.

2014. Vol. 77, N 1. P. 33-44.

12. Jia G.,Yang S.,Yang C., Jiana X., et al. Oxidative demethylation of 3-methylthymine and 3-methyluracil in single-stranded DNA and

RNA by mouse and human FTO // FEBS Lett. 2008. Vol. 582, N 23. P. 3313-3319.

13. Tanofsky-Kraff М., Han J.C., Anandalingam K., Shomaker L.B. et al. The FTO gene rs9939609 obesity-risk allele and loss of control over eating // Am. J. Clin. Nutr. 2009. Vol. 90. P. 1483-1488.

14. Clement K., Vaisse K., Manning B. Manning B.S. et al. Adrenergic Receptor and an increased Capacity to Gain Weight in Patients with Morbid Obesity // N. Engl. J. Med. 1995. Vol. 333. P. 352-354.

15. Liu F.H., Song J.Y., Shang X.R., Meng X.-R. et al. The gene-gene interaction of INSIG-SCAP-SREBP pathway on the risk of obesity in Chinese children // BioMed Res. Int. 2014. Article ID 538564. doi: 10.1155/2014/538564.

16. Wang M.H., Li J., Yeung V.S., Zee B.C.Y. et al. Four pairs of gene-gene interactions associated with increased risk for type 2 diabetes

(CDKN2BAS-KCNJ11), obesity (SLC2A9-IGF2BP2, FTO-APOA5),

and hypertension (MC4R-IGF2BP2) in Chinese women // Meta Gene. 2014. Vol. 2. P. 384-391.

17. Luis D.A., Sagrado M.G., Aller R., Izaola O. 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. 587-92.

18. Karasawa S., Daimoni M., Sasaki S. Association of the Common Fat Mass and Obesity Associated (FTO) Gene Polymorphism with Obesity in a Japanese Population // Endocr. J. 2010. Vol. 57, N 4.

P. 293-301.

19. Peng S., Zhu Y., Xu F., Ren X. et al. FTO gene polymorphisms and obesity risk: a meta-analysis // BMC Med. 2011. Vol. 9, N 71. P. 1-15. URL: http://www.biomedcentral.com/1741-7015/9/71

20. Kurokawa N., Young E.H., Oka Y., Satoh H. et al. The ADRB3 Trp64Arg variant and BMI: a meta-analysis of 44 833 individuals // Int. J. Obes. 2008. Vol. 32. P. 1240-1249.