Распространённость точковых замен гена TLR 1 и TLR 10 в различных популяциях

 

Гены поверхностных TLR (TLR1, 2, 4, 5, 6 и 10), испытывают действие негативного или позитивного отбора, способствующего увеличению частоты вновь возникающих мутаций при позитивном, и уменьшению при негативном. Несмотря на то, что, зачастую, возникающие мутации в этих генах приводят к снижению их функциональной активности, в определённых условиях слабый иммунный ответ, обусловленный такими полиморфизмами, может иметь благоприятное значение для выживаемости популяции

Существует три основных типа отбора (селекции), которые способны оказывать влияние на относительную частоту генетических полиморфизмов в популяциях:

1) Позитивный отбор влияет на вновь возникшие (или редкие) мутации, имеющие благоприятный эффект на выживаемость. При преимущественном увеличении частоты мутаций в популяции в результате позитивного отбора, частота связанная с благоприятным аллелем нейтральной вариации также будет увеличиваться. В то же время, нейтральные аллели, не связанные с позитивно отбираемым полиморфизмом, начинают исчезать из популяции, что в конечном счёте приводит к общему снижению генетического разнообразия вокруг отобранного аллеля. Положительная селекция является достаточно редким событием для генов TLR и ограничивается практически исключительно генами, кодирующими поверхностные молекулы TLR [13].

2) Балансирующий отбор способствует поддержанию разнообразия в популяции. Существуют два основных механизма, с помощью которых балансирующий отбор сохраняет генетическое разнообразие в популяции: 1) эффект преимущества гетерозиготности; 2) обусловленный частотой отбор. Преимущество гетерозиготности относится к ситуации, в которой гетерозиготные в определённом генном локусе особи характеризуются лучшей выживаемостью по сравнению с гомозиготами. Обусловленный частотой балансирующий отбор происходит в тех случаях, когда адаптивные преимущества, определённого фенотипа зависит от его распространённости по сравнению с другими фенотипами в данной популяции. В конечном итоге, балансирующий отбор приводит к увеличению распространённости аллельных вариантов с промежуточной частотой встречаемости, что повышает уровень генетического разнообразия в популяции [13].

3) Отрицательный отбор приводит к удалению вредных для выживания аллелей из популяции. Подавляющая часть полиморфизмов в генах TLR подвергается этому типу отбора. Основным последствием негативного отбора является локальное сокращение разнообразия и увеличение доли редких аллелей в том случае, когда отбор не является достаточно сильным, чтобы полностью устранить вредные аллели из популяции [13].

Как говорилось раннее, ген TLR1 имеет предрасположенность к большому разнообразию мутаций в гене, поэтому не менее важно рассмотреть также распространённость точковых замен нуклеотидов и аминокислот у различных популяциях людей [24].

Исходя из обзора статистических данных 2009го года о глобальном генетическом разнообразие семей TLR в различных группах населения, можно утверждать, что частота разнообразных нуклеотидных последовательностей TLR1 больше всего наблюдается у восточных азиатов (~15*10⁴ случаев), немного меньше у европейцев (~15*10⁴ случаев) и меньше всего разнообразия у африканцев, что составляет до 8*10⁴ случаев. Частота разнообразности TLR1, а также других девяти TLR, описана на рисунке 8 [10, 24].

 

Рисунок 8.Глобальное генетическое разнообразие семейства TLR в популяциях людей [24]

По оси Y отображено частота нуклеотидного разнообразия. По оси X отображены гены TLR. Круг обозначает соответствие частоты разнообразия определённого гена TLR африканцев. Аналогичные правила для треугольника и европейцев, ромба и восточных азиат соответственно [24].

Также необходимо дополнить, что мутация и естественный отбор генов коснулся не только TLR1, но и комплекс TLR1-TLR6-TLR10 в общем. Очень распространён полиморфизм у людей, генетически происходящих от европейцев. Причиной частых мутаций в генах людей, проживающих на территории Европы, могло послужить частое возникновение эпидемий, связанных с вирулентными заболеваниями, таких как холера, тиф, оспа и чума. При этом кластер TLR1-TLR6-TLR10 является определяющим в распознавании рецепторами Y. Pestis -PRR. Таким образом, мутация SNP T1805G TLR1 встречаются у европейцев с высокой частотой около 51%, в отличие от популяций монголоидного и негроидного происхождения, в которых они практически не встречается.

Считается, что высокая частота встречаемости этого полиморфизма в европейских популяциях связана с адаптивными преимуществами в условиях эпидемий, когда сниженная выработка цитокинов препятствовала развитию септического шока, тем самым повышая выживаемость.

 

 

Рисунок 9. Частотный спектр аллелей молчащих и несинонимичных мутаций для генов, отображающий влияние негативного отбора (TLR1, TLR4 и TLR10) [19]

По оси Y отображено соотношение SNP TLR1,4 и 10. По оси X отображена частота встречаемости аллелей в популяции. Левый столбик - для молчащих мутаций. Правый столбик - для мутаций, связанных с заменой аминокислот [19].

Судить о количестве мутаций, приводящих к замене аминокислот можно по исследованиям эволюционной гибкости TLR. Эти данные отображены на рисунке 9 [13, 24].

 

Таблица2. Частотное распределение аллелей TLR1 [33]

Ген

Синонимичность замены

SNP

Африканцы

Европейцы

Восточные азиаты

743

Не синонимично

G

89,68

37,23

58,33

Не синонимично

A

10,32

62,77

41,67

1805

Не синонимично

T

100,00

48,94

97,92

Не синонимично

G

-

51,06

2,08

По информации из научного источника можно утверждать, что большинство европейцев имеют гомозиготность по аллели 602Ser, в то время как восточные азиаты гомозиготными по аллелю 602Ile, что скорее всего является точковой заменой в ходе эволюции. А такие SNP как Asn248Ser и Ser602Ile достаточно распространенно в Ганне. Замена Asn248Ser нередко наблюдается у афроамериканцев и европейский американцев  [19].

Исходя из различных научных источников о SNP TLR1 была составлена таблица, собравшая в себе частотное распределение аллелей TLR1, характеристику синонимичности замены, а также распространённость среди восточных азиатов, европейцев и людей африканского происхождения. Наиболее значимые примеры приведены в таблице 2 [19].

Больший интерес у учёных на данный момент представляют T1805G и G743A. Как заметно, данные полиморфизмы более выражены у разных народов, что даёт возможность предположить, что такое случилось в ходе селекции генов в течении переселения человечества в истории, если исключать ошибочные мутации [19].

В ходе ряда исследований, было выяснено, что все TLR человека  имеют генетическое многообразие у различных популяций. Замечено высокое разнообразие нуклеотидов для отдельных TLRs-генов у африканцев относительно европейцев и азиатов (рис.8). Такие особенности в распределении генетической информации подтверждают гипотезы об африканском происхождении современных людей [27, 32].

 На основании данных генетических исследований был сделан вывод что нуклеотидное разнообразие по гену TLR10 у африканцев встречаются чаще, чем в других популяциях. В то время, как у европейцев встречается примерно равное количество в сравнении с азиатами, но немного реже [24].