The association of rs993609 polymorphisms of gene FTO and rs659366 polymorphisms of gene UCP2 with obesity among Arctic Russian population

AbstractIt is known that particular qualities of the prevalence of obesity, characteristic for the population of the Far North, are connected with the presence of genetic polymorphisms. The association of two polymorphisms (rs993609 of FTO gene and rs659366 of UCP2 gene) with obesity was studied in 175 people living on the territory of the Russian Arctic (Yamalo-Nenets Autonomous District). The incidence of obesity risk allele (A) of FTO gene rs9939609 polymorphism in the surveyed population of the Arctic (30.8%) was lower by 15% than that of the population of the central regions of Russia, Caucasian Americans and Europeans, but was higher by 18-20% than in Alaska inhabitants. The frequency of the A allele of the FTO gene was significantly 1.4-fold lower in indigenous Arctic people than in the alien population (p<0.05), that had significantly higher content of body fat (by 12%) than the indigenous population, including the Nenets (p<0.05). Positive association had been identified between T allele rs659366 polymorphism of UCP2 gene and obesity risk in the surveyed who lived in the Arctic zone. Thus, the inhabitants of the Far North revealed the presence of genetic variants that contribute to heat production.

Keywords:obesity, rs993609 polymorphism of FTO gene, rs659366 polymorphism of UCP2 gene, Arctic population

Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2017; 86 (3): 32-39. doi: 10.24411/0042-8833-2017-00042.

В настоящее время избыточная масса тела и ожире­ние в основном выявляются у жителей Крайнего Севера западного полушария [1]. Данные зарубеж­ных авторов показали более высокую распространен­ность ожирения у жителей Аляски (до 39,4-47,1%) по сравнению с американцами европейского происхожде­ния (24,3%), за исключением говорящих на испанском языке [2, 3]. Средняя величина индекса массы тела (ИМТ) жителей Аляски составила 31,6 кг/м2 и была выше, чем у американцев европейского происхождения (29,2 кг/м2).

Значительный вклад в риск развития ожирения вносит генетический фактор. Изучение генетических полимор­физмов у населения Крайнего Севера (Аляска, Гренлан­дия, Исландия) показало, что частота встречаемости аллелей риска алиментарно-зависимых заболеваний в этнических группах этих регионов отличается от час­тоты их встречаемости в европейских и азиатских по­пуляциях [4-7]. Выявлен целый ряд различий в частоте встречаемости аллелей риска ожирения у жителей Аляски по сравнению с европейскими и азиатскими по­пуляциями (особенно rs10838738 гена MTCH2, rs7498665 гена SH2B1) [7]. Статистически достоверная ассоци­ация с избыточной массой тела и ожирением была идентифицирована для двух генетических вариантов rs35682 и rs35683 гена адипонектина (ADIPOQ) у аме­риканцев европейского происхождения в отличие от жителей Аляски, у которых не выявлено ассоциаций с ними [8].

Среди населения Исландии обнаружена статис­тически значимая ассоциация полиморфного ва­рианта rs7566605 гена INSIG2 (регулирующего син­тез холестерина, фосфолипидов, триглицеридов и ненасыщенных жирных кислот) с ожирением [9], ко­торая отсутствовала у жителей Скандинавских стран, американцев британского происхождения, русских, про­живающих в Сибири, корейцев, детей и подростков из Китая [10-13].

В то же время показано, что аллель риска ожирения (А) варианта rs9939609 гена FTO встречается среди жителей Аляски значительно реже, чем в европейских популяциях, и ее частота сходна с величиной этого по­казателя в Китае и Японии [7, 14].

Ассоциация полиморфизма rs9939609 гена связи с жировой массой и ожирением (официальный символ -FTO, местоположение: 16q12.2) с избыточной массой тела была выявлена в 2007 г. одновременно в трех независимых полногеномных исследованиях (GWAS) в европейских популяциях и в дальнейшем была под­тверждена [14-16].

В результате исследований, проведенных РАН, было выявлено закрепление у жителей Арктики генетичес­ких вариантов, способствующих переработке энергии в тепло: направленный отбор кластер генов UCP2-UCP3. UCP (разобщающий белок, термогенин) - митохондриальный мембранный белок - переносчик анионов, раз­деляющий окислительное фосфорилирование и синтез аденозинтрифосфата, что приводит к выработке тепла. Ассоциированными фенотипами UCP2 являются ожире­ние, избыточная масса тела, сахарный диабет 2 типа, коронарный и каротидный атеросклероз, дефекты нерв­ной трубки, а UCP3 - ожирение, избыточная масса тела, сахарный диабет 2 типа, переедание [17, 18].

Ген разобщающего белка 2 (официальный символ -UCP2) кодирует синтез разобщающего белка 2, кото­рый является ключевым регулятором энергетического баланса и находится на внутренней мембране мито­хондрий. Исследование полиморфизма rs659366 этого гена привело к неоднозначным результатам. Мета-анализ, включающий 12 исследований полиморфизма rs659366 гена UCP2 с общим количеством обследуемых 7390 (контрольная группа) и 9890 (пациенты с ожире­нием), показал его статистически значимую ассоциацию с ожирением у жителей Европы в отличие от жителей Азии [19]. Исследования, проведенные в Российской Фе­дерации, показали, что генетические варианты rs659366 гена UCP2 вносят свой вклад в развитие ожирения. Наиболее выраженная статистически значимая ассоци­ация полиморфизма с ожирением отмечена у женщин OR=1,52; CI (1,24-1,86) при р=0,001 [18].

В связи с этим целью настоящей работы явилось изучение ассоциации двух полиморфных вариантов rs993609 гена FTO и rs659366 и гена UCP2 с ожирением у населения Арктической зоны РФ (Ямало-Ненецкий автономный округ).

Материал и методы

Исследования пищевого статуса и генетических по­лиморфизмов коренного и пришлого населения было проведено в поселках Тазовский и Гыда Тазовского района - муниципального образования на северо-вос­токе Ямало-Ненецкого автономного округа.

Обследованы 175 человек, проживающих на террито­рии Арктической зоны РФ, из них 135 женщин и 40 муж­чин в возрасте от 19 до 75 лет. Среди всех обследован­ных 81% составляло коренное население Арктической зоны, в 98% случаев представленное ненцами.

Массу тела, обхват талии и бедер, процентное содер­жание жира (в том числе висцерального) определяли на диагностических весах-анализаторах жировой массы ("Tanita", Япония). Длину тела стоя (рост) измеряли пор­тативным ростомером ("Tanita", Япония).

Пищевой статус обследованного населения оцени­вали на основании показателя ИМТ, рассчитанного по формуле: масса тела (кг)/рост (м)2. Для анализа полученной величины ИМТ использовали следующие критерии: <18,5 кг/м2 - недостаточная масса тела; 18,5­24,9 кг/м2 - нормальная масса тела; 25,0-29,9 кг/м2 - из­быточная масса тела; >30,0 кг/м2 - ожирение. Наличие абдоминального ожирения определяли по соотношению обхвата талии и бедер.

Дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК) выделяли из буккального эпителия стандартным методом с ис­пользованием многокомпонентного лизирующего рас­твора, разрушающего комплекс ДНК с белком, затем ДНК сорбировали на покрытые силикагелем маг­нитные частицы, отмывали спиртом и на конечном этапе элюировалив буферный раствор. ДНК выделяли с использованием набора реагентов "РеалБест ДНК-экстракция 3" (ЗАО "Вектор-Бест", РФ) 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 [20, 21]. Для проведения амплификации использовали амплификатор "CFX96 Real Time System" ("BIO-RAD", США).

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), https://ihg.gsf.de/cgi-bin/hw/hwa2.pl.

Результаты и обсуждение

Результаты исследования полиморфизма rs9939609 гена FTO лиц, проживающих в Ямало-Ненецком авто­номном округе, показали, что частота встречаемости аллеля риска ожирения (А) составила 30,8%, при этом генотип АА был выявлен у 11,4%, а ТТ - у половины обследованных (табл. 1). Гендерных различий при этом выявлено не было: OR=1,05 (0,55-1,63) при р=0,85.

Частота встречаемости аллеля риска ожирения (А) у населения Арктики была ниже, чем у населения центральных регионов России, американцев европейс­кого происхождения и европейцев, где она составляет 43,0-50,0% [14, 22, 23]. В то же время она была выше по сравнению с жителями Аляски, Китая и Японии (соот­ветственно 16, 15 и 19%) [7].

Анализ результатов генотипирования показал, что у коренных жителей (в основном у ненцев) частота встре­чаемости аллеля А была достоверно в 1,4 раза ниже, чем у пришлого населения (OR=1,74; 1,00-3,02, р=0,048).

Как видно из табл. 2, не выявлено ассоциации аллеля А варианта rs9939609 гена FTO с ожирением у обследу­емых Ямало-Ненецкого автономного округа как среди всех жителей, так и среди коренного населения.

Однако среди ненецкого населения арктического ре­гиона наблюдалась положительная связь частоты встре­чаемости этого аллеля с ожирением, не достигающая уровня статистической значимости.

Как видно из табл. 3, у пришлого населения отмеча­лось достоверно большее содержание жира в организме (на 12%), чем у коренного населения (ненцев) (р<0,05).

При оценке по антропометрическим показателям в зависимости от генотипа полиморфизма rs9939609 гена FTO не установлено статистически значимых разли­чий среди всех обследованных (табл. 4).

Однако следует отметить, что содержание жира в организме у носителей аллеля А в гомозиготном со­стоянии было ниже, чем у носителей генотипов ТТ и АТ соответственно на 10,3 и 13,5%, хотя это снижение не достигало уровня статистической значимости. Не было выявлено статистически значимых отличий по этим показателям при обследовании отдельно коренного и ненецкого населения (см. табл. 4).

Результаты исследования полиморфизма rs659366 гена UCP2 показали, что частота встречаемости аллеля Т находилась в пределах 34-43% для всех групп изучаемого региона Арктической зоны РФ (табл. 5).

Распространенность генотипа ТТ и мутантного аллеля Т у обследованных соответствовала величине этого показателя в европейских популяциях (16,6 и 40,8% соответственно) [24, 25]. Следует отметить более вы­сокую (но не достоверно) частоту встречаемости этого аллеля у женщин по сравнению с мужчинами, а также у коренного населения (в том числе ненцев) по сравне­нию с пришлым (см. табл. 5).

Наряду с этим выявлена положительная ассоциация аллеля Т с риском развития ожирения как в группе обследованных, проживающих в Арктической зоне, так и отдельно среди коренного населения этого региона и ненецкого населения, однако эта связь не являлась статистически значимой (табл. 6).

Изучение антропометрических показателей в за­висимости от генотипа полиморфизма rs659366 гена UCP2 не выявило статистически значимых различий среди всех обследованных изучаемого арктического региона, коренного и ненецкого населения этого реги­она и отдельно при обследовании мужчин и женщин (табл. 7).

В то же время следует отметить, что величина ИМТ и содержание висцерального жира в организме у носи­телей аллеля Т в гомозиготном состоянии - представи­телей коренного населения, особенно ненцев, - были выше, чем у пришлого населения, однако эти разли­чия не достигали уровня статистической значимости (см. табл. 7).

Заключение

Результаты исследований показали наличие генети­ческих особенностей у жителей Арктической зоны РФ (Ямало-Ненецкий автономный округ). Частота встре­чаемости аллеля риска ожирения (А) полиморфизма rs9939609 гена FTO у обследуемого населения этого региона ниже в среднем на 15%, чем у населения цен­тральных регионов России, американцев европейского происхождения и европейцев.

Полученные данные сопоставимы с результатами исследования зарубежных авторов, показавших, что аллель риска ожирения (А) варианта rs9939609 гена FTO встречается среди жителей Аляски значительнореже, чем в европейских популяциях, и сходна с ве­личиной этого показателя в Китае и Японии [17, 18]. В то же время частота выявления аллеля А на 18-20% выше, чем у жителей других регионов Крайнего Севера (Аляска) [7].

В результате проведенных исследований установ­лено, что у коренных жителей Арктической зоны Рос­сии частота встречаемости аллеля А статистически достоверно ниже, чем у обследованных жителей этого региона, которые не являются коренными для Крайнего Севера: OR=1,74 (1,00-3,02) при р=0,048. Фенотипическое проявление этого полиморфизма у обследуемых российского Крайнего Севера отличается у жителей центральных регионов России и европейских популя­ций отсутствием связи с риском развития ожирения. Эти данные подтверждаются результатами антропо­метрических обследований этих групп. Так, у пришлого населения отмечалось достоверно большее содержа­ние жира в организме (на 12%), чем у коренного насе­ления, представленного в подавляющем большинстве ненцами (p<0,05).

Показано, что частота встречаемости генотипа ТТ и аллеля Т полиморфизма rs659366 гена UCP2 у обсле­дованных жителей Арктической зоны РФ соответствует величине этого показателя, выявленного в европейских популяциях и у американцев европейского происхождения [24, 25]. Аналогично данным, полученным другими авторами [1], была выявлена положительная ассоциа­ция аллеля Т с риском развития ожирения как в группе обследованных, проживающих в Арктической зоне, так и отдельно среди коренного населения этого региона и ненецкого населения, однако эта связь не являлась статистически значимой, по-видимому, вследствие ма­лочисленности групп населения, принимавшего участие в исследовании.

Таким образом, в результате проведенных исследований у жителей Крайнего Севера выявлено наличие генетичес­ких вариантов, способствующих теплопродукции.

Литература

1. Alaska Obesity Facts Report 2014. Alaska, Governor Department of Health and Social Services. Publication Date: May 2014.

2. Hutchinson R.N., Shin S. Systematic Review of Health Disparities for Cardiovascular Diseases and Associated Factors among Ameri­can Indian and Alaska Native Populations // PLoS One. 2014. Vol. 9, N 1. Article ID e80973.

3. Slattery М1, Ferucci E.D., Murtaugh M.A. et al. Associations among body mass index, waist circumference, and health indicators in American Indian and Alaska native adults // Am. J. Health Promot. 2010. Vol. 24, N 4. P. 246-254.

4. Батурин А.К., Сорокина Е.Ю., Погожева А.В., Тутельян В.А. Ассо­циация генетических полиморфизмов с неинфекционными заболеваниями у населения Арктики // Вопр. питания. 2015. Т. 85, № 5. С. 5-12.

5. Al-Attar S., Pollex R., Ban M. et al. Association between the FTO rs9939609 polymorphism and the metabolic syndrome in a non-Caucasian multi-ethnic sample // Cardiovasc. Diabetol. 2008; Vol. 7, N 5. P. 1-6.

6. Klimentidis Y.C., Lemas D.J., Wiener H.H. et al. CDKAL1 and HHEX are associated with type-2 diabetes-related traits among Yup'ik people // J. Diabetes. 2014. Vol. 6, N 3. P. 251-259.

7. Lemas D.J., Klimentidis Y.C. Wiener H.C. et al. Obesity polymor­phisms identified in genome-wide association studies interact with n-3 polyunsaturated fatty acid intake and modify the genetic association with adiposity phenotypes in Yup'ik people // Genes Nutr. 2013. Vol. 8. P. 495-505.

8. Chung W.K., Patki A., Matsuoka N., Boyer B.B. et al. Analysis of 30 genes (355 SNPS) related to energy homeostasis for associa­tion with adiposity in European-American and Yup'ik Eskimo popula­tions // Hum. Hered. 2009. Vol. 67. P. 193-205.

9. Lyon H., Emilsson V., Hinney A. et al The association of a SNP upstream of INSIG2 with body mass index is reproduced in several but not all cohorts // PLoS Genet. 2007. Vol. 3, N 4. P. 627-623.

10. Hall D.H., Rahman T., Avery P.J. et al. INSIG-2 promoter polymor­phism and obesity related phenotypes: association study in 1428 members of 248 families // BMC Med. Genet. 2006. Vol. 7. P. 83-88.

11. Cha S., Koo I., Choi S. et al Association analyses of the INSIG2 poly­morphism in the obesity and cholesterol levels of Korean popula­tions // BMC Med. Genet. 2009. Vol. 10. P. 96.

12. Кудрявцева Е.А., Воронина Е.Н., Лифшиц Г.И. Отсутствие влия­ния полиморфных локусов генов INSIG2, FTO, GNB3 на степень выраженности ожирения у больных метаболическим синдро­мом // Вестн. НГУ. Сер.: Биология, клиническая медицина. 2010. Т. 8, № 3. С. 32-39.

13. Wang H.J., Zhang H., Zhang S.W. et al. Association of the common genetic variant upstream of INSIG2 gene with obesity related phenotypes in Chinese children and adolescents // Biomed. Environ. Sci. 2008. Vol. 21, N 6. P. 528-536.

14. Батурин А.К., Сорокина Е.Ю., Погожева А.В., Пескова Е.В., Макурина О.Н., Тутельян В.А. Изучение региональных особенностей поли­морфизма rs9939609 гена FTO и Trp64Arg гена ADRB3 у населения Российской Федерации // Вопр. питания. 2014. № 2. С. 35-41.

15. 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.

16. Peng S., Zhu Y., Xu F. et al. FTO gene polymorphisms and obesity risk: a meta-analysis // BMC Medicine. 2011. Vol. 9, N 71. P. 1-15.

17. Афтанас Л.И., Воевода М.И., Пузырев В.П. Арктическая медици­на: вызовы ХХI века // Научно-технические проблемы освоения Арктики / РАН. М. : Наука, 2014. 117 с.

18. Батурин А.К., Сорокина Е.Ю., Погожева А.В., Пескова Е.В., Макурина О.Н., Тутельян В.А. Изучение ассоциации полиморфизма rs659366 гена UCP2 c ожирением и сахарным диабетом типа 2 у жителей Московского региона // Вопр. питания. 2015. 1. С. 44-49.

19. Li Qian, Kuanfeng X., Xinyu X. et al. UCP2-866G/A, Ala55Val and UCP3-55C/T polymorphisms in association with obesity susceptibility. A Meta-Analysis Study // PLoS One. 2013. Vol. 8. Article ID e58939.

20. Cecil J.E., Tavendale R.,Watt P. et al. Obesity-associated FTO gene variant and increased energy intake in children // N. Engl. J. Med. 2008. Vol. 359. P. 2558-2566.

21. Lussenko V., Almgren P., Anevski D. et al Genetic prediction of future type 2 diabetes // PloS Med. 2005. Vol. 12. Article ID e345.

22. Frayling T.M., Timpson N.J., Weedon M.N., Zeggini E., Freathy R.M. et al. A common variant in the FTO gene is associated with body mass index and predisposes to childhood and adult obesity // Sci­ence. 2007. Vol. 316. P. 889-894.

23. Hinney A., Nguye T.T., Schera A. 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.

24. Sasahara M., Nishi M., Kawashima H. et al. Uncoupling protein 2 promoter polymorphism -866G/A affects its expression in beta-cells and modulates clinical profiles of Japanese type 2 diabetic patients // Diabetes. 2004. Vol. 53, N 2. P. 482-485.

25. Souza В. M., Brondani L A., Bouc A.P. et al. Associations between UCP1 -3826A/G, UCP2 -866G/A, Ala55Val and Ins/Del, and UCP3 - 55C/T polymorphisms and susceptibility to type 2 diabetes mellitus: Case-Control Study and Meta-Analysis // PLoS One. 2013. Vol. 8. Article ID e54259.