Более 20% населения Земли страдают никотиновой зависимостью.

Многие видели лёгкие курильщика:

Страдали от инфаркта:

Или инсульта:

Однако ежегодно в мире

выкуривается 5.6 триллиона сигарет, что вызывает примерно 10 миллионов случаев преждевременной смерти.

Ниже эта проблема будет рассмотрена с точки зрения генетики.

Часть I

Генетика формирования психической и физической зависимостей от никотина

Роль полиморфизмов гена допаминового рецептора

DRD2 в развитии никотиновой зависимости

Формирование зависимости

Одной из мишеней никотина является рецептор допамина DRD2, ответственный за функционирование расположенного в головном мозге центра вознаграждения. У 25% людей рецептор DRD2 малоактивен, что обусловлено генетически и ведёт к низкой активности центра вознаграждения головного мозга. Такие люди нуждаются в дополнительном употреблении допаминостимуляторов, например никотина.

Рецептор допамина DRD2

Ген, кодирующий рецептор допамина DRD2, располагается в длинном плече 11й хромосомы, сегменты q22-23 (Blum et al., 1990)

Рецептор допамина DRD2

Состоит из семи трансмембранных доменов, связанных с G-белками, отличается коротким COOH-концом и длинной внутриклеточной петлёй (29 аминокислот, I3 на рисунке)

Рецептор допамина DRD2

Активация допаминового рецептора приводит к деактивации аденилатциклазы, из-за чего останавливается синтез цАМФ.

Полиморфизмы DRD2

Полиморфизм TaqI 1A - замена Glu на Lys в 713-м положении. Был исследован у курящих людей, страдающих алкоголизмом (N=100), у курильщиков, не страдающих алкоголизмом (N=120) и контрольной группы некурящих (N=112).

Полиморфизм TaqI 1A

Полиморфизм TaqI 1A ассоциирован со сниженной функцией допаминовых рецепторов d2 (Thompson et al. 1997; Noble et al. 1991)

Он встречается с частотой 27,5% среди курящих людей и 17,4% среди некурящих. (Maria Teresa M. V. Freire, Francine Z. C.Marques, Mara H.Hutz, Claiton H. D. Bau, 2006)

Полиморфизмы гена DBH и их роль в формировании никотиновой зависимости

Допамин бета-гидоксилаза

Это фермент, катализирующий превращение никотина в норадреналин в нейронах ЦНС.

Ген DBH картирован на длинном плече 9-й хромосомы (9q34 (Craig et al. 1988))

Допамин бета-гидоксилаза

Повышение активности этого фермента приведёт к ускоренной трансформации никотина в норадреналин- что, в свою очередь, снизит концентрацию никотина и заставит человека выкурить ещё одну сигарету.

Полиморфизмы гена DBH

В настоящее время исследовано 2 полиморфизма гена DBH:

1) Замена G на A в 1386-м положении (полиморфизм DBH-1368 G/A)

2) Замена С на Т в 1021-м положении (полиморфизм DBH-1021 C/T)

Полиморфизмы DBH

Полиморфизм DBH-1021 С/Т был исследован в той же выборке: страдающие алкоголизмом курильщики (N=100); курильщики, не страдающих алкоголизмом (N=120) и контрольная группа некурящих (N=112)

Полиморфизм DBH-1021 С/Т

Частота этого полиморфизма составила 29,5% среди курящих против 25% среди некурящих людей.

Полиморфизмы DBH

Полиморфизм DBH-1368 G/A – курящие люди, гомозиготные по G, употребляют меньше сигарет, чем гетерозиготы (GA) и гомозиготы (AA)

(McKinney et al. (2000))

Полимрофизмы гена CYP2A6 и количество выкуриваемых сигарет

CYP2A6

CYP2A6 = Cytochrome P450 2A6 = Cytochrome P450, family 2, subfamily A, polypeptide 6

CYP2A6 и метаболизм никотина

CYP2A6 в печени переводит от 70 до 80% никотина в котинин, таким образом инактивируя его (никотин).

CYP2A6 и метаболизм никотина

Чем активнее функционирует CYP2A6, тем быстрее снижается концентрация никотина в крови, и тем раньше возникает потребность её повысить до привычного организму уровня.

Полиморфизмы CYP2A6

З варианта полиморфизма:

1) CYP2A6*1- дикий тип (Yamano et al., 1990;Cholerton et al., 1992; Rautio et al., 1992; Iscan et al., 1994)

2) CYP2A6*2 и CYP2A6*3 – дефектные аллели; Yamano et al.,1990; Fernandez-Salguero et al., 1995)

CYP2A6*2 и CYP2A6*3

CYP2A6*2 – аллель с нулевой активностью, его продукт не имеет родства к субстрату. (Yamano et al., 1990; Fernandez-Salguero et al., 1995)

CYP2A6*3 – множественные мутации также приводят к отсутствию родства к субстрату. (Yamano et al., 1990; Fernandez-Salguero et al., 1995)

CYP2A6*2 и CYP2A6*3

У людей с генотипами CYP2A6*2/*3 и CYP2A6*3/*3 вообще отсутствует сyp-зависимый метаболизм.

У людей с генотипами CYP2A6*1/*2 и CYP2A6*1/*3 метаболизм никотина находится на уровне 50% от метаболизма гомозигот CYP2A6*1/*1 (дикий тип).

Гетерозиготы (CYP2A6*1/*2 или CYP2A6*1/*3) курят меньше, чем гомозиготы по дикому типу (CYP2A6*1/*1)- в среднем 129 сигарет против 159 сигарет в неделю. (Pianezza et al., 1998)

Часть II

Генетика защитных механизмов организма от токсикантов, содержащихся в табачном

дыму.

Табачный дым:• В табачном дыму обнаружено более 4000 веществ. Многие из

них биологически активны, обладают антигенными, цитотоксическими, мутагенными и канцерогенными свойствами. Под действием высоких температур некоторые компоненты табака подвергаются термическому разложению (пиролизу). При этом образуются летучие соединения, которые рассеиваются в дыму. Нестабильные молекулы при пиролизе перестраиваются и образуют новые соединения.

• Механизмы действия табачного дыма сложны и разнообразны. Основные известные канцерогены табачного дыма – полициклические ароматические углеводы, ароматические амины и нитрозамины. Их канцерогенность резко повышают присутствующие в табачном дыму коканцерогены (к примеру, пирокатехин). В табачном дыму также содержатся вещества, которые сильно раздражают дыхательные пути и повреждают мерцательный эпителий. Они усиливают образование слизи и приводят к острому или стойкому снижению функции внешнего дыхания и восходящего тока слизи.

Полиморфизм генов GST в патогенезе злокачественных

опухолей

Механизм действия GST:• Глютатион-S-трансферазы- большая группа ферментов, которая

подразделяется на две основные группы: цитозольные ферменты и мембран-связанные балки. В целом было идентифицировано 20 цитозольных и пять мембран-ассоциированных ферментов человека. Цитозольные ферменты далее подразделяются на классы: α, μ, ω, π, θ, ξ (описаны у млекопитающих), π, τ, λ (экспрессируются у растений), Δ- у насекомых и β представлены у бактерий.

• Люди подвергаются воздействию множества эпоксидных цитотоксинов, мутагенов и канцерогенов, таких как ,бензопирен, стирен-7,8-оксид, афлатоксин В1. Многофункциональное семейство глютатион-S-трансферазы играет существенную роль как в метаболизме канцерогенов, липидов, продуктов свободнорадикальных реакций. GST выполняет роль детоксифицирующего агента, обеспечивая конъюгацию генотоксических метаболитов с глютатионом, что вызывает их инактивацию.

• Полиморфизм в генах GSTT1 и GSTM1, характеризуется делецией по обеим аллелям, которая приводит к полному отсутствию белкового продукта, результатом чего является глубокое подавление функций фермента.

Частоты полиморфизмов генов GST в различных популяциях:

• Различия в составе изоэнзимов приводят к разной способности метаболизма чужеродных веществ у разных людей, что обусловливает неодинаковую степень предрасположенности к заболеваниям, развитие которых тесно связано с факторами внешней среды. У человека существуют множественные генетические локусы, один из которых (GSTM1) является полиморфным. Этнические сравнения показали, что частота встречаемости 0/0 генотипа меньше у черных (35%), чем у белых (49%) людей.

Частоты комбинаций генотипов генов GSTT1 и GSTM1 у европеоидов,

проживающих на территории России (в %)

Полиморфизмы гена TP53 в патогенезе злокачественных

опухолей

Строение белка p53• Человеческий белок p53 состоит из

393 аминокислотных остатков и имеет 5 доменов:

• N-концевой домен, активирующий транскрипцию аминокислоты 1-42

• Богатый пролином домен, важный для апоптотической активности p53, аминокислоты 80-94

• ДНК-связывающий домен («цинковый палец»), остатки 100-300

• Домен, отвечающий за образование полимера белка (олигомеризацию), остатки 307-355. Тетрамеризация очень важна для активности p53 in vivo

• C-концевой домен, задействованный в отсоединении ДНК-связывающего домена от ДНК, аминокислоты 356-393.

Механизм действия TP53

Опухоль-супрессорный ген TP53 кодирует рост-регуляторный белок p53, который является мультифункциональным протеином, играющим роль в модулировании генной транскрипции, контролировании клеточного цикла, ДНК репликации и репарации, активации апоптоза и поддержании геномной стабильности в ответ на генотоксические воздействия, в частности, на табачный дым.

Потеря активности р53 в

результате мутации гена делает клетку восприимчивой к онкогенным стимулам, что является критическим фактором в развитии большинства, если не всех, раковых образований. Для гена р53 установлено 19 полиморфизмов, из которых три считаются вовлеченными в канцерогенез: в 3 интроне, 4 экзоне, 6 интроне.

72 кодон 4 экзона гена р53 может быть представлен тремя генотипами (Arg/Arg, Arg/Pro, Pro/Pro) в результате однонуклеотидной замены гуанина (G) на цитозин (C) (CGC – аргинин, ССС – пролин).

• Полиморфизм в 72 кодоне 4 экзона является наиболее функционально значимым, так как затрагивает ДНК-связывающий домен. Аргининовый и пролиновый варианты обладают разной способностью к взаимодействию и активации транскрипции генов-мишеней, что может иметь значение при задержке клеточного деления.

Полиморфизм в 3 интроне

обусловлен дупликацией 16 пар нуклеотидов и представлен тремя генотипами (w/w, w/dup16, dup16/dup16). Установлено, что онкоген MDM2 имеет несколько промоторов и один из них находится в 3 интроне, т.е. полиморфизм данного интрона может быть причастен к нарушению процессов активации транскрипции генов-мишеней, необходимых для остановки клеточного цикла и запуска апоптоза, так как MDM2 связывается с N-концом молекулы р53 и стимулирует убиквитинизацию и протеосомную деградацию белка р53.

Barel et al. установили, что полиморфизм 6го интрона может изменять экспрессию белка р53. E. Biros et al. показали значимое повышение частоты гетерозигот по 6 интрону у больных раком легкого по сравнению с контролем.

Ранняя диагностика:

Своевременная диагностика полиморфизмов данных генов позволяет:

1. скорректировать образ жизни 2. избежать воздействий профессиональных

вредных факторов3. предупредить развитие тяжелых

заболеваний4. разработать комплекс профилактических

мероприятий