DRD4 как генетический маркер, ассоциированный с различными формами анормального поведения



В данной статье описывается дофаминовый рецептор DRD4, особенности его организации и геномной локализации, также уделяется внимание его алелльному разнообразию и влиянию на функционирование ЦНС.

Ключевые слова: дофаминовая система, DRD4, устойчивость ЦНС человека на воздействие внешней среды.

Дофамин (дофами́н, DA) — нейромедиатор, вырабатываемый в мозге человека, а именно в гипоталамусе. Дофамин синтезируется из аминокислоты тирозина через последующую стадию L-диоксифенилаланина [1,5,6]. Рецепторы дофамина вовлечены во многие биологические процессы (в основном неврологические), включая память, обучение, моторный контроль, а также модуляцию нейроэндокринной передачи сигналов, и, таким образом, связаны со многими психическими и неврологическими расстройствами. В настоящее время известно как минимум 5 главных подтипов дофаминового рецептора: D1, D2, D3, D4 и D5.

В данной статье мы более подробно рассмотрим действие гена дофаминового рецептора D4, что является продолжением статьи про DA-системы в целом [4].

Ген человеческого дофаминового рецептора D4 (DRD4), расположенный рядом с теломером хромосомы 11p, демонстрирует необычное количество выраженного полиморфизма. Он содержит полиморфизм тандемного повторения (VNTR) с переменным числом 48 б.п. в третьем экзоне, повторяющийся от 2 до 11 раз, причем наиболее распространенными версиями являются повторы 2 (2R), 4 (4R) и 7 (7R) [1,5,6].

Считается, что повтор в 48 п.н. находится в третьей цитоплазматической петле белка рецептора, что влияет на функцию рецептора D4. Рецепторы дофамина D4 — типа локализуются на постсинаптических мембранах, преимущественно в гиппокампе, гипоталамусе, энторинальной и префронтальной области коры, лимбической системе и черной субстанции, управляют сигнальным эффектом, модулируя моторные функции и эмоциональный статус.

Анализ полиморфизма VNTR-локуса в 5’-конце к нетранслируемой области гена DRD4. Данный полиморфный локус представляет собой дупликацию участка длиной 120 пар нуклеотидов (пн) в промоторном регионе (5’-UTR) гена DRD4 (на 1,24 кб выше от инициирующего кодона).

Он содержит сайты связывания нескольких транскрипционных факторов [11], что обусловливает его влияние на экспрессию гена [12]. Этот локус может содержать 1 или 2 [11], очень редко 3 [9] и 4 копии 120- нуклеотидного фрагмента [12], число которых влияет на уровень экспрессии гена: показано ее уменьшение при увеличении числа копий повтора [5].

Чаще всего выявляются два варианта аллелей — короткий, содержащий одну копию повтора (S), и длинный, представляющий собой его дупликацию (L).

Анализ полиморфизма VNTR-локуса в 3 экзоне гена DRD4. Маркер, обозначаемый 48 bp VNTR в экзоне 3, в большей степени обеспечивающий высокую структурную вариабельность гена DRD4, может быть представлен 8 вариантами аллелей, включающими от 2 до 11 повторов нуклеотидной последовательности из 48 пар нуклеотидов. В ряде работ показано влияние данного полиморфизма на формирование черт темперамента [7; 8], зависимость от психоактивных веществ [9], развитие синдрома дефицита внимания с гиперактивностью у детей, на функционирование ЦНС.

Рис. 1. Экспрессия гена DRD4

По данной экспрессии гена можно предположить, что высокое содержание рецептора D4 в надпочечниках связанно с активным поступлением дофамина в корковое вещество надпочечников, что стимулирует выделение адреналина в кровь и вызывает стресс, и для того, чтобы справится со стрессом, у человека возникает желание начать курить или употреблять спиртные напитки, а также развивается игровая зависимость.

В связи с постоянным ростом информационных потоков, могущих оказать негативное влияние на состояние здоровья, особую актуальность приобретает возможность выявления предрасположенности человеческого организма к срывам адаптации, разработки мероприятий по профилактике подобного рода нарушений.

Одним из возможных способов установления предпосылок к указанному виду нарушений является выявление генетических маркёров, характерных для данной дисфункции.

В случае выявления подобной зависимости возможно проведение скрининговых исследований, на основании результатов которых можно выявлять группы лиц, уязвимых к негативному воздействию факторов окружающей среды.

Чтобы подтвердить данную гипотезу, нами была разработана методика исследования, заключающаяся в проведении генетического анализа биологического материала на наличие полиморфных локусов гена DRD4 параллельно с психологическими тестами у нескольких групп испытуемых: медицинские работники (в качестве контрольной группы, так как они чаще находятся в стрессовой обстановке) и у студентов разных возрастных групп (от 18 до 24).

В качестве психологического теста был выбран цветовой тест Люшера, который основывался на выборе исследуемыми нескольких наиболее приятных для них цветов из предложенных цветовых гамм.

Полученные данные по психологическому тесту делились на 4 группы в зависимости от цветовых предпочтений, представленных в следующей таблице (рисунок 2).

Рис. 2. Градация по группам

Согласно проведённому исследованию, в нашем случае цветовому тесту Люшера, позволяющему измерить психофизиологическое состояние человека, его стрессоустойчивость, активность и коммуникативные способности, люди, выбирающие оттенки в спокойных тонах (синий и зелёный), являются более устойчивыми к воздействиям окружающей среды на нервную деятельность, а люди, которые выбирали оттенки красного цвета, являются менее стрессоустойчивыми.

По результатам тестов к категории стрессоустойчивых можно отнести 15 человек из исследуемой группы (52 %) и 3 человека из контрольной группы (30 %).

Для проведения генетического анализа необходимо было определить микросателлитные локусы гена DRD4. Основываясь на полученных данных нами были подобраны и конструированы следующие праймеры:

Прямой: 5’-AGGTGGCACGTCGCGCCAAGCTGCA-3’

Обратный: 5’-TCTGCGGTGGAGTCTGGGGTGGGAG-3’

В ходе построения праймеров нами были использованы данные о микросателлитных локусах у других млекопитающих ( Felis sp., Canis sp. ), полученными сотрудниками лаборатории «Лаборатория молекулярно-генетических ресурсов и ПЦР-анализа» Гомельского государственного университета им. Франциска Скорины под руководством заведующего кафедрой, д.б.н., профессора Гончаренко Г. Г. и старшего преподавателя Зятькова С. А. [14].

В результате генетического анализа были получены следующие данные (рисунок 3).

Рис. 3. Электрофореграмма исследуемых образцов ДНК

На данной электрофореграмме (рисунок 3) можно наблюдать наличие гетерозигот (образцы 1 и 6), гомозигот (образцы 3 и 4), а также не проявившиеся гомозиготы по генотипу LL под номерами 2 и 5, что соответствует отрицательному контролю на наличие данных нуклеотидных последовательностей.

Были проведены расчёты частоты генотипа и частоты аллелей.

Частота генотипа:

LL=0,65

LS=0,21

SS=0,14

Частота аллелей:

L= 0,547

S=0,435

Ошибка отклонения: ±0,059

По имеющимся данным люди, имеющие LL генотип, не подвержены сильному действию окружающей среды и, следовательно, являются более стрессоустойчивыми, однако люди с генотипом LS незначительно подвержены действию окружающей среды, a людей, у которых встречается S аллель наблюдается низкая стрессоустойчивость, что в последствие влияет на состояние здоровья.

По результатам проведенного генетического исследования генотип SS выявлен у 3 человек из группы «красный» (75 %), что с высокой долей вероятности может служить подтверждением их низкой стрессоустойчивости. В то же время у 5 человек из «желтой» группы (100 %) выявлен генотип LS, что также может свидетельствовать об их пониженной устойчивости к воздействиям окружающей среды (рисунок 4).

Рис. 4. Зависимость генотипа от теста Люшера

В частности, последовательность 7R-аллеля имеет значительно более низкий уровень экспрессии по сравнению с 2R- и 4R-аллелями. 7R-аллель DRD4 ассоциирован с пониженной чувствительностью этого рецептора в ответ на раздражение.

Люди, унаследовавшие 7R-аллель, проявляют большую активность в ориентировке и моторике, а когда становится возможной оценка их эмоциональной стабильности, демонстрируют меньше негативных реакций, чем носители других аллелей.

Исходя из полученных результатов, можно предположить, что генотип LS и аллель LS, определяющие более низкую транскрипционную активность гена DRD4, являются генетическими маркерами, по которым можно судить о степени устойчивости ЦНС к воздействию внешних условий, включая большое количество информационных потоков, которые оказывают негативный эффект на функционирование ЦНС.

Литература:

1. КалининскаяЭ.А. «общая генетика»/ Мн.: Мир. 1998 -352 с.
2. СансерМ. БорП. «геном и геномы» в 2 т. // М.: Мир 1998 -394 с.
3. Маниантис Т. Фрич Э. Энлебрус Дж. «методы генной инжинерии» 1984–351 с.
4. Румянцева, В. Д. DA-система как генетический маркер заболеваний, связанных с нарушением функций центральной нервной системы / В. Д. Румянцева, А. Н. Лысенко. — // Молодой учёный № 50 (288). — Казань: Молодой учёный, 2019. — С. 29–34.
5. Фогель Ф. «генетика человека» в 3х т. / Ф. Фогель — М: Мир, 1990 — т.2. — 380 с.
6. Collier, D. A. and T. Li (2003). «The genetics of schizophrenia: glutamate not dopamine?" European Journal of Pharmacology 480: 177- 184.
7. Courtet, P., F. Jollant, et al. (2005). «Suicidal Behavior: Relationship Between Phenotype and Serotonergic Genotype». American Journal of Medical Genetics Part С (Semin. Med. Genet.) 133C: 25–33.
8. Craddock, N., M. C. O'Donovan, et al. (2005). «The genetics of schizophrenia and bipolar disorder: dissecting psychosis». J Med Genet 42: 193–204.
9. Huang, Y.-y., S. P. Cate, et al. (2004). «An Association between a Functional Polymorphism in the Monoamine Oxidase A Gene Promoter, Impulsive Traits and Early Abuse Experiences». Neuropsychopharmacology 29: 1498–1505.
10. Noble, E. P. (2003). «D2 Dopamine Receptor Gene in Psychiatric and Neurologic Disorders and Its Phenotypes». Journal of Medical Genetics Part В (Neuropsychiatry Genetics) 116B: 103–125.
11. Kieling, С., T. Roman, et al. (2006). «Association between DRD4 gene and performance of children with СДВГ in a test of sustained attention». Biol Psychiatry 60(10): 1163–5.
12. Hahn M. K., Blakely R. D. Monoamine transporter gene structure and polymorphisms in relation to psychiatric and other complex disorders. Pharmacogenomics J. 2002. Vol. 2. P. 566–80.
13. Jonsson E. G. et al. Lack of evidence for allelic association between personality traits and the dopamine D4 receptor gene polymorphisms // Am. J. Psychiatry. 1997. V. 154. № 5. P. 697–699.
14. Гончаренко, Г. Г. Микросателлитные ДНК-маркеры в генетической дактилоскопии особей Felis catus и родственных видов семейства Кошачьи / Г. Г. Гончаренко, С. А. Зятьков. // Известия Гомельского государственного университета имени Ф. Скорины, № 3 (96). — Гомель:, 2016. — С. 21–24.