Email this article Single nucleotide polymorphism of IL-17F as a possible biomarker of rheumatoid arthritis in the Russian population of the Chelyabinsk Region and its non-equilium linkage with IL-17A
- Authors: Shmelkova D.M.1, Stashkevich D.S.1, Suslova T.A.1,2, Devald I.V.1,3
-
Affiliations:
- Chelyabinsk State University
- Chelyabinsk Regional Blood Transfusion Station
- South Ural State Medical University
- Issue: Vol 27, No 3 (2024)
- Pages: 523-530
- Section: SHORT COMMUNICATIONS
- Submitted: 30.03.2024
- Accepted: 01.04.2024
- Published: 25.09.2024
- URL: https://rusimmun.ru/jour/article/view/16775
- DOI: https://doi.org/10.46235/1028-7221-16775-SNP
- ID: 16775
Cite item
Full Text
Abstract
The interleukin 17 (IL-17) family and its role in the immune response and various pathologies is studied in different research. IL-17A and IL-17F belong to proinflammatory cytokines and are the most studied members of the interleukin 17 family and have similar functions and the greatest activity. They play a key role in the immune response in autoimmune diseases, including rheumatoid arthritis. The key point in the regulation of the amount and functional activity of cytokines, including IL-17A and IL-17F, is polymorphism of their genes. Due to the fact that the polymorphism of the IL-17F gene 7488 T/C is located on chromosome 6 near the polymorphism of the IL-17A gene -197G/A and they both take part in the immunopathogenesis of RA, it is possible that their allelic variants are inherited linked and form haplotypes. The purpose of our study is to identify a possible association of IL-17F gene polymorphism with a predisposition to rheumatoid arthritis, including depending on the age and gender of patients in the Russian population of the Chelyabinsk region, as well as to assess the formation of IL-17A ~ IL-17F haplotypes in a group of patients in comparison with a group of conditionally healthy individuals. The result of our study reliably indicates that the homozygous genotype for the ancestral allele 7488 TT of the IL-17F gene (p << 0.001) makes a huge contribution to the susceptibility to rheumatoid arthritis, including in the group of men. In addition, polymorphisms in the IL-17A and IL-17F genes are linked to each other and form two haplotypes. One of them, IL-17A -197*G ~ IL-17F 7488*C, is associated with a reduced risk of developing rheumatoid arthritis. This haplotype is formed by the ancestral allele of the IL-17A gene and the mutant allele of the IL-17F gene, which takes over the main function and reduces the protein activity level and probably thereby reduces the risk of developing RA.
Full Text
Введение
В настоящее время проводится большое количество исследований, направленных на изучение особенностей функционирования представителей семейства интерлейкина-17 как для поддержания иммунного гомеостаза, так и при различных патологиях. Несмотря на сходство строения белковых молекул члены этого семейства выполняют разные биологические функции, кроме IL- 17А и IL-17F, обладающих практически сходным действием. Спектр их функциональной активности направлен на регулирование иммунитета, связь между активацией врожденного и приобретенного иммунитета и стимуляцию воспаления за счет активации синтеза провоспалительных цитокинов [1].
Важной особенностью IL-17А и IL-17F является их продукция преимущественно одним типом иммунокомпетентных клеток – Т-хелперов 17-го типа. Данный вид клеток продуцирует целый ряд белков, которые являются ключевыми модуляторами воспаления, поэтому Th17 являются непосредственными участниками иммунного ответа организма при аутоиммунных заболеваниях, в том числе, при ревматоидном артрите за счет синтеза цитокинов [5]. В их число входят два представителя семейства интерлейкина 17: IL-17А и IL-17F; представители семейства интерлейкина 12: IL-12 и IL-23 и др. IL-17A, IL-17F и IL-23 могут играть важную роль в воспалении, запускаемом Т-клетками, путем усиления регуляции некоторых генных продуктов, участвующих в активации, пролиферации и росте клеток, и это важный индуктор различных цитокинов и хемокинов, которые имеют решающее значение в регуляции воспалительной реакции. Кроме того, в своем функционировании эти цитокины вовлекаются в формирование цитокиновых сетей и образуют сигнальный путь IL-23/Th17, включающий основные цитокины: IL-23, IL- 12, IL- 17A и IL-17F и рецептор к IL-23 (IL-23R) Также предполагается, что «ось IL-23/IL-17» является ключевым фактором, а IL-23, и IL-17A, и IL-17F являются важнейшими медиаторами аутоиммунных заболеваний, таких как ревматоидный артрит [3].
Ключевым моментом регуляции количества и функциональной активности цитокинов, в том числе IL-17A и IL-17F, является полиморфизм их генов. Гены, кодирующие IL-17A и IL-17F, расположены на хромосоме 6 (6p12) [5]. В их генах обнаружены функционально значимые полиморфизмы (IL-17F rs763780 и IL-17A rs2275913), которые изменяют экспрессию мРНК и белка [11].
SNP гена IL-17F 7488 T/C находится в кодирующей области гена IL-17F (позиция +7488) и представляет собой транзицию пиримидиновых азотистых оснований T → C. В результате чего, происходит аминокислотная замена в точке 161 (His161Arg), формирующийся белок 161Arg действует как естественный антагонист IL-17F дикого типа, так как он может прикрепляться к своему рецептору без активации сигнала. Более того, было показано, что это коррелирует с тяжестью заболевания и низкой выживаемостью при нескольких воспалительных заболеваниях [9].
Ввиду того, что полиморфизм гена IL-17F 7488 T/C расположен на 6-й хромосоме вблизи полиморфизма гена IL-17А -197G/A и они оба принимают участие в иммунопатогенезе РА, возможно их аллельные варианты наследуются сцеплено и формируют гаплотипы.
Цель исследования – установить возможную ассоциацию однонуклеотидного полиморфизма Т7488С гена IL-17F с предрасположенностью к ревматоидному артриту в зависимости от возраста дебюта заболевания и пола больных и оценить формирование двухлокусных гаплотипов IL- 17A ~ IL-17F у больных РА.
Задачи:
- Установить распределение частот аллелей и генотипов полиморфизма Т7488С гена IL-17F у больных ревматоидным артритом в сравнении с условно здоровыми лицами русской популяции Челябинской области.
- Выявить особенности частот встречаемости аллелей и генотипов полиморфизма Т7488С гена IL-17F у больных ревматоидным артритом в зависимости от возраста дебюта заболевания и пола больных.
- Оценить параметры сцепления и частоты гаплотипов IL-17A ~ IL-17F в группах условно здоровых лиц и больных ревматоидным артритом с целью выявления возможных факторов риска.
Материалы и методы
Данное исследование является ретроспективным. Отбор больных с верифицированным диагнозом «ревматоидный артрит» осуществлялся врачами-ревматологами г. Челябинска вне зависимости от тяжести и клинического варианта заболевания. В группу больных вошли 325 человек: мужчин – 57 (17,5%), женщин – 268 (82,5%), средний возраст – 50,2±1,3. В качестве группы сравнения использовали коллекцию образцов ДНК 175 кадровых доноров стволовой клетки ГБУЗ «ЧОСПК», проживающих в г. Челябинске и Челябинской области, сформированную случайным образом (среди них: мужчин – 113 (64,6%), женщин – 62 (35,4%), средний возраст – 30,9±0,75). Этническая принадлежность определялась согласно критериям общепринятым в иммуногенетических исследованиях. Для определения SNPs в полиморфных сайтах Т7488С IL- 17F и -197G/A IL17A использовали метод аллель-специфической ПЦР, диагностические наборы «SNP-ЭКСПРЕСС» с последующей электрофоретической детекцией продуктов производства компании ООО НПФ «Литех» г. Москва. Детекция продуктов амплификации проводится в 3%-ном агарозном геле, приготовленном на ТАЕ буфере, методом горизонтального электрофореза. Фрагменты анализируемой ДНК проявляются под УФ-излучением с длиной волны 310 нм в виде светящихся оранжево-красных полос. Для расчета достоверности различий в частотах встречаемости аллелей и генотипов (представляются в процентах) использовали онлайн-приложение: Медицинская статистика [https://medstatistic.ru] и критерии x2, точный двухсторонний критерий Фишера (для частот меньше 5), OR с расчетом 95% ДИ. Подсчет сцепления (D’) аллелей полиморфизмов -197G/A IL-17A и 7488Т/С IL-17F и частот двухлокусных гаплотипов с ошибкой среднего (HF±se, представляются в долях единицы) был произведен с помощью компьютерной программы Arlequin v. 3.5 [4].
Результаты и обсуждение
Распределение частот аллелей и генотипов IL-17А было установлено нами ранее [2]. Полученные в исследовании частоты аллей, генотипов и гаплотипов соответствуют равновесию Харди–Вайнберга. При решении первой задачи получены следующие результаты, представленные в таблице 1.
Таблица 1. Распределение частот аллелей и генотипов полиморфизма 7488T/C гена IL-17F между больными РА и группой сравнения
Table 1. Distribution of frequencies of alleles and genotypes of IL-17F gene polymorphism 7488T/C between RA patients and the comparison group
Аллель Allele | Больные РА RA patients (n = 325) | Контроль Control (n = 175) | Достоверность ÷2, p, OR, CI Reliability ÷2, p, OR, CI |
Генотип Genotype | % | % | |
Т | 85,2 | 75,1 | ÷2 = 15,485; p < 0,001 OR = 1,909 CI = (1,379-2,642) |
С | 14,8 | 24,9 | |
Т/Т | 72,3 | 52,6 | ÷2 = 19,581; p < 0,001 OR = 2,356 CI = (1,605-3,457) |
Т/С | 25,8 | 45,1 | ÷2 = 19,277; p < 0,001 OR = 0,424 CI = (0,287-0,624) |
С/С | 1,8 | 1,1 | p > 0,05 |
Полученные результаты показывают, что в группе больных РА повышена частота носительства аллеля дикого типа (85% против 75% x2 = 15,485; p < 0,001) и снижена частота мутантного аллеля по сравнению с условно здоровыми лицами (15% против 25%).
Нами было зафиксировано увеличение частоты гомозиготного генотипа 7488 Т/Т у больных по сравнению с условно здоровыми лицами (52,6% против 72,3%, x2 = 19,581, p < 0,001). Отношение шансов указывает на то, что гомозиготный генотип по предковому аллелю 7488 Т/Т возможно является биомаркером в предрасположенности к заболеванию РА OR = 2,356 CI = (1,605-3,457--).
В группе больных снижена частота гетерозиготного генотипа 7488 T/C по сравнению с условно здоровыми лицами (45,1% против 25,8%, x2 = 19,277, p < 0,001). Отношение шансов указывает на то, что гетерозиготный генотип 7488 Т/С также имеет протективные свойства в предрасположенности к заболеванию РА (OR = 0,424 CI = (0,287-0,624)).
На втором этапе нашего исследования мы провели оценку особенностей распределения в частотах встречаемости аллелей и генотипов 7488Т/С IL-17F в зависимости от возраста дебюта заболевания и пола больных ревматоидным артритом. Полученные данные у больных разного пола представлены в таблицах 2, 3.
Таблица 2. Распределение частот аллелей и генотипов полиморфизма 7488T/C гена IL-17F между больными РА женщин и группой сравнения
Table 2. Distribution of frequencies of alleles and genotypes of the IL-17F gene polymorphism 7488T/C between female RA patients and the comparison group
Аллель Allele | Больные РА женщины RA patients women (n = 268) | Контроль женщины Control women (n = 62) | Достоверность ÷2, p, OR, CI Reliability ÷2, p, OR, CI |
Генотип Genotype | % | % | |
Т | 85,2 | 80,6 | ÷2 = 1,629; p = 0,202 |
С | 14,7 | 19,4 | |
Т/Т | 72,4 | 61,2 | ÷2 = 2,970; p = 0,085 |
Т/С | 25,7 | 38,8 | ÷2 = 4,181; p = 0,041 |
С/С | 1,9 | 0 | p > 0,05 |
Таблица 3. Распределение частот аллелей и генотипов полиморфизма 7488T/C гена IL-17F между больными РА мужчин и группой сравнения
Table 3. Frequency distribution of alleles and genotypes of IL-17F gene polymorphism 7488T/C between male patients with RA and the comparison group
Аллель Allele | Больные РА мужчины RA patients men (n = 57) | Контроль, мужчины Control men (n = 113) | Достоверность ÷2, p, OR, CI Reliability ÷2, p, OR, CI |
Генотип Genotype | % | % | |
Т | 85,1 | 72,1 | ÷2 = 7,078; p = 0,008 OR = 2,21 CI = (1,220-3,985) |
С | 14,9 | 27,9 | |
Т/Т | 71,9 | 47,8 | ÷2 = 8,957; p = 0,003 OR = 2,8 CI = (1,410-5,557) |
Т/С | 26,3 | 48,7 | ÷2 = 7,818; p = 0,006 OR = 0,377 CI = (0,188-0,755) |
С/С | 1,8 | 3,5 | ÷2 = 0,423; p = 0,516 |
Как видно, распределение частот SNP7488T/C гена IL-17F было одинаковым в группах женщин, больных РА и условно здоровых.
В то же время группа мужчин, больных РА, характеризовалась особенностями в частотах встречаемости полиморфизма 7488T/C гена IL- 17F (табл. 3).
У больных РА мужчин было установлено увеличение частоты носительства аллеля дикого типа (85% против 75% x2 = 7,078; p = 0,008) и уменьшение частоты мутантного аллеля по сравнению с условно здоровыми лицами (15% против 28%).
Распределение генотипов также имело свои особенности в группе больных, а именно, частота гомозиготного генотипа 7488 Т/Т была повышена (71,9% против 47,8%, ÷2 = 8,957, p = 0,003). Отношение шансов указывает на то, что гомозиготный генотип без замены 7488 Т/Т возможно является биомаркером в предрасположенности к заболеванию РА у мужчин OR = 2,8 CI = (1,410-5,557).
В группе больных мужчин снижена частота гетерозиготного генотипа 7488 T/C по сравнению с условно здоровыми (49% против 26%, x2 = 7,818, p = 0,006). Согласно критерию отношения шансов, гетерозиготный генотип 7488 Т/С может выступать протектором РА (OR = 0,38 CI = (0,188-0,755)).
Оценка ассоциации между носительством SNP 7488T/C гена IL-17F и возрастом начала заболевания показала отсутствие значимых различий (табл. 4).
Таблица 4. Распределение частот аллелей и генотипов полиморфизма 7488T/C гена IL-17F в зависимости от возраста первой атаки РА
Table 4. Frequency distribution of alleles and genotypes of IL-17F polymorphism 7488T/C depending on the age of the first attack of RA
Аллель Allele | Больные РА до 40 RA patients before 40 (n = 117) | Больные РА после 40 RA patients after 40 (n = 198) | Достоверность ÷2, p, OR, CI Reliability ÷2, p, OR, CI |
Генотип Genotype | % | % | |
T | 85,5 | 85,4 | ÷2 = 0,002; p = 0,969 |
C | 14,5 | 14,6 | |
T/T | 72,6 | 72,7 | ÷2 = 0,000; p = 0,989 |
T/C | 25,6 | 25,3 | ÷2 = 0,006; p = 0,955 |
C/C | 1,7 | 2 | χ2 = 0,038; p = 0,846 |
На третьем этапе нашего исследования был произведен анализ параметров неравновесного сцепления и оценка распределения частот гаплотипов IL-17A-197 ~ IL-17F-7488 в исследуемых группах. Данные представлены в таблице 5.
Таблица 5. Неравновесное сцепление и частоты встречаемости IL-17A-197 ~ IL-17F-7488 в группах больных РА и условно здоровых лиц
Table 5. Linkage disequilibrium and frequencies of IL-17A-197 ~ IL-17F-7488 in groups of RA patients and relatively healthy individuals
Гаплотипы | Больные РА RA patients | Контроль Control | ÷2, p, OR, CI | ||
Hf±se | D’, ÷2, p | Hf±se | D’, ÷2, p | ||
IL-17A-197*G ~ IL-17F-7488*C | 0,10±0,02 | D’ = 0,44; ÷2 = 16,4; p << 0,001 | 0,21±0,02 | D’ = 0,55; ÷2 = 24,4; p << 0,001 | ÷2 = 15,4; p << 0,001 OR = 0,5 CI = (0,348-0,707) |
IL-17A-197*A ~ IL-17F-7488*T | 0,39±0,04 | D’ = 0,44; ÷2 = 16,4; p << 0,001 | 0,36±0,03 | D’ = 0,55; ÷2 = 24,4; p << 0,001 | ÷2 = 0,8; p = 0,4 OR = 1,1 CI = (0,866-1,483) |
В результате было получено 4 комбинации аллельных вариантов, только две из которых имеют достоверные положительные параметры сцепления и представляют собой два гаплотипа IL-17A-197*G ~ IL-17F-7488*C и IL-17A-197*A ~ IL-17F-7488*T.
Частота гаплотипа IL-17A-197*G ~ IL-17F-7488*C была достоверно снижена в группе больных, а критерий отношения шансов показывает, что носительство гаплотипа снижает вероятность формирования ревматоидного артрита. Данный гаплотип содержит предковый аллель IL-17A-197*G, ассоциированный с нормальным уровнем продукции IL-17A и аллель с заменой IL-17F-7488*C, кодирующий альтернативный вариант белка IL-17F, отвечающий за нарушение передачи сигнала и меняющий функцию белка [7].
Заключение
В нашем исследовании впервые получена значимость однонуклеотидного полиморфизма в гене IL-17F для формирования предрасположенности к ревматоидному артриту у европеоидного населения Челябинской области. Детальный анализ позволил выявить факторы риска формирования предрасположенности к ревматоидному артриту: предковый аллель IL-17F-7488*T и его гомозиготный генотип 7488 Т/Т. В доступной литературе приводятся противоречивые данные об ассоциации полиморфизма IL-17F-7488 Т/С с развитием и течением заболеваний, в том числе с ревматоидным артритом. В работах коллективов авторов Gomes da Silva I.I.F. и соавт. [6] и Pawlik и соавт. [10] продемонстрированно отсутствие значимых ассоциаций между возникновением РА и SNP IL-17F 7488 Т/С. Однако в исследовании 2024 года Jahan T. и соавт. данный полиморфизм рассматривается как значимый фактор для возникновения патологии [8]. Исследование Kawaguchi M. и соавт. [9] показало, что функциональными последствиями полиморфизма IL- 17F-7488 Т/С, могут быть снижение экспрессии и активность IL-17F у носителей редкого аллеля 7488*C, в то время как предковый аллель отвечает за нормальное функционирование IL-17F.
Кроме того, в ходе проведенных нами исследований было установлено, что полиморфизмы в генах IL-17A и IL-17F сцеплены друг с другом, а также образуют два гаплотипа. Один из них IL- 17A-197*G ~ IL-17F-7488*C связан с сниженным риском развития ревматоидного артрита. Особенность данного гаплотипа заключается в том, что между собой сцеплены предковый аллель гена IL-17A и мутантный аллель гена IL- 17F, который берет на себя основную функцию и уменьшает уровень активности белка и, вероятно, тем самым снижает риск развития ревматоидного артрита.
About the authors
D. M. Shmelkova
Chelyabinsk State University
Email: stashkevich_dary@mail.ru
Assistant Professor, Department of Microbiology, Immunology and General Biology
Russian Federation, ChelyabinskD. S. Stashkevich
Chelyabinsk State University
Author for correspondence.
Email: stashkevich_dary@mail.ru
PhD (Biology), Associate Professor, Dean, Faculty of Biology
Russian Federation, ChelyabinskT. A. Suslova
Chelyabinsk State University; Chelyabinsk Regional Blood Transfusion Station
Email: stashkevich_dary@mail.ru
PhD (Medicine), Associate Professor, Department of Microbiology, Immunology and General Biology, Head, Department of Molecular Biological Diagnostics
Russian Federation, Chelyabinsk; ChelyabinskI. V. Devald
Chelyabinsk State University; South Ural State Medical University
Email: stashkevich_dary@mail.ru
PhD (Medicine), Associate Professor, Rheumatologist, Department of Microbiology, Immunology and General Biology, Associate Professor, Department of Therapy
Russian Federation, Chelyabinsk; ChelyabinskReferences
- Симбирцев А.С. Цитокины в патогенезе и лечении заболеваний человека : монография. СПб.: Фолиант, 2018. 512 с. [Simbirtsev A.S. Cytokines in the pathogenesis and treatment of human diseases : a monograph]. St. Petersburg: Foliant, 2018. 512 p.
- Сташкевич Д.С., Девальд И.В., Хромова Е.Б., Евдокимов А.В., Суслова Т.А. Полиморфизм гена интерлейкина 17А у больных ревматоидным артритом // Российский иммунологический журнал, 2020. Т. 23, № 3. С. 285-290. [Stashkevich D.S., Devald I.V., Khromova E.B., Evdokimov A.V., Suslova T.A. Polymorphism of the interleukin 17A gene in patients with rheumatoid arthritis. Rossiyskiy immunologicheskiy zhurnal = Russian Journal of Immunology, 2020, Vol. 23, no. 3, pp. 285-290. (In Russ.)] doi: 10.46235/1028-7221-382-IGP.
- Bogunia-Kubik K., Świerkot J., Malak A., Wysoczańska B., Nowak B., Białowąs K., Gębura K., Korman L., Wiland P. IL-17A, IL-17F and IL-23R Gene Polymorphisms in Polish Patients with Rheumatoid Arthritis. Arch. Immunol. Ther. Exp. (Warsz), 2015, Vol. 63, no. 3, pp. 215-221.
- Arlequin ver 3.5 [Электронный ресурс] / Интегрированное программное обеспечение для анализа популяционно-генетических данных / авт. Excoffier, L. 2005. Режим доступа: http://cmpg.unibe.ch/software/arlequin35/. Arlequin ver 3.5 [Electronic resource] / Integrated software for the analysis of population genetic data / author. Excoffier, L. 2005. Access mode: http://cmpg.unibe.ch/software/arlequin35/.
- Gaffen S.L. Structure and signalling in the IL-17receptor family. Nat. Rev. Immunol., 2009, Vol. 9, pp. 556-567.
- Gomes da Silva I.I.F., Angelo H.D., Rushansky E., Mariano M.H., Maia M. de M.D., Eleuterio de Souza P.R. Interleukin (IL)-23 receptor, IL-17A and IL-17F gene polymorphisms in Brazilian patients with rheumatoid arthritis. Arch. immunol. Ther. Exp. (Warsz), 2017, Vol. 65, pp. 537-543.
- He, Y., Du Y., Wei S., Shi J., Mei Z., Qian L., Chen Z., Jie Z. IL-17A and IL-17F single nucleotide polymorphisms associated with lung cancer in Chinese population. Clin. Respir. J., 2017, Vol. 11, pp. 230-242.
- Jahan T., Saleh A.A., Anwar S. Association of Cytokine IL-17, IL-4, IL-6, and IL-12 Gene Polymorphisms in Rheumatoid Arthritis Patients in a Tertiary Care Hospital in Bangladesh. Int. J. Rheumatol., 2024, Vol. 2024, 3728179. doi: 10.1155/2024/3728179.
- Kawaguchi M., Takahashi D., Hizawa N., Suzuki S., Matsukura S., Kokubu F., Maeda Y., Fukui Y., Konno S., Huang S.-K., Nishimura M., Adachi M. IL-17F sequence variant (His161Arg) is associated with protection against asthma and antagonizes wild-type IL-17F activity. J Allergy Clin. Immunol., 2006, Vol. 117, pp. 795-801.
- Pawlik A., Kotrych D., Malinowski D., Dziedziejko V., Czerewaty M., Safranow K. IL17A and IL17F gene polymorphisms in patients with rheumatoid arthritis. BMC Musculoskelet. Disord., 2016, Vol. 17, 208. doi: 10.1186/s12891-016-1064-1.
- Tang H., Pei H., Xia Q., Tang Y., Huang J., Pei F. Role of gene polymorphisms/haplotypes and serum levels of interleukin-17A in susceptibility to viral myocarditis. Exp. Mol. Pathol., 2018, Vol. 104, no. 2, pp. 140-145.
Supplementary files
СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).