Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,222

МНОГОМЕРНЫЙ АНАЛИЗ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ РИБОСОМНЫХ ГЕНОВ ПРИ ХРОНИЧЕСКОЙ ОБСТРУКТИВНОЙ БОЛЕЗНИ ЛЕГКИХ

Храмцов А.В. 1 Иванов В.П. 1 Трубникова Е.В. 1 Стабровская Н.В. 1 Бачинский О.Н. 2 Кохтенко Е.В. 1
1 Курский государственный университет, НИЛ «Генетика», Курск
2 Областное бюджетное учреждение здравоохранения «Курская городская больница №6», Курск
В работе представлены результаты изучения основных показателей функциональной активности рибосомных генов, а именно: функциональной активности по 10 хромосомам, по хромосомам групп D и G, числу ассоциаций хромосом, количеству хромосом в ассоциациях и количеству активных рибосомных цистронов. Данные показатели были исследованы у лиц, больных хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ), в сравнении с группой контроля. Установлено, что функциональная активность рибосомных генов по таким показателям, как число ассоциаций хромосом, ассоциативный индекс и активность по 10 хромосомам, была завышена в группе больных ХОБЛ, в сравнении с контрольной группой. В исследовании приводится многообразие методов многомерного анализа данных с целью выявления наиболее ценных прогностических показателей, вовлеченных в патогенез хронической болезни легких.
хроническая обструктивная болезнь легких
функциональная активность рибосомных генов
корреляции
1. Авдеев С.Н. Хроническая обструктивная болезнь легких как системное заболевание // Пульмонология. –2007. – №2. – С. 104–116.
2. Васильева О.С. Хроническая обструктивная болезнь легких и профессиональные факторы // Пульмонология. – 2007. – №6. – С. 5–11.
3. Особенности клинических проявлений мультифакториальных заболеваний (язвенной болезни, миомы матки, злокачественных лимфом) и модифицирующие эффекты рибосомных генов: монография / В.П. Иванов, Е.В. Трубникова, И.О. Колчанова, О.Ю. Бушуева. – Курск: ГОУ ВПО КГМУ Росздрава, 2008. – 420 с.
4. Современные проблемы в клинической цитогенетике / под ред. Н.П. Кулешова. – М.: Высш. шк., 1991. – 163 с.
5. Чучалин А.Г. Хроническая обстуктивная болезнь легких и сопутствующие заболевания // Пульмонология. – 2008. – №2. – С. 5–14.
6. Шмелев Е.И. Хроническая обструктивная болезнь легких и сопутствующие заболевания // Пульмонология. – 2007. – №2. – С. 5–9.

В современном обществе хроническая обструктивная болезнь легких, наряду с артериальной гипертонией, ишемической болезнью сердца и сахарным диабетом, входит в группу ведущих хронических заболеваний; на их долю приходится более 30% среди всех других форм патологии человека. Всемирная организации здравоохранения (ВОЗ) относит ХОБЛ к заболеваниям с высоким уровнем социального бремени, широко распространенным как в развитых, так и в развивающихся странах. По прогнозу на период до 2020 г., составленному экспертами ВОЗ, ХОБЛ станет не только одной из самых распространенных болезней человека, но войдет в число лидирующих причин смертельных исходов. В то же время ожидается снижение уровня летальности от инфаркта миокарда, онкологических заболеваний, туберкулеза и т.д. [5].

Согласно рекомендациям Американского торакального общества и Европейского респираторного общества ХОБЛ определяется как заболевание, которое можно предупредить и лечить, характеризующееся не полностью обратимой бронхиальной обструкцией. Ограничение воздушного потока обычно прогрессирует и связано с абнормальным воспалительным ответом дыхательных путей на повреждающие частицы или газы, причем основной причиной которого является курение. Хотя ХОБЛ поражает легкие, она также приводит к значимым системным проявлениям [1].

Важной особенностью условий возникновения ХОБЛ у конкретного индивидуума является длительное (исчисляемое порой десятилетиями) действие этиологических факторов (факторов риска). К внешним факторам риска относятся табакокурение, социально-экономический статус, профессия, загрязнение окружающей среды, рецидивирующая бронхолегочная инфекция, перинатальная патология и детские болезни, питание. К внутренним факторам относятся генетическая предрасположенность, пол, бронхиальная гиперреактивность, гипериммуноглобулинемия E, бронхиальная астма. При этом обычно совместное действие и внутренних, и внешних факторов формирует заболевание [2, 6].

Хроническая обструкция легких, как и любое мультифакториальное заболевание, характеризуется не только разнообразием этиологических факторов, но и рядом патогенных показателей, составляющих ее основу. Со стороны функционирования рибосомального аппарата клетки, данная патология мало изучена. Рибосомные гены содержат наследственную информацию о рибосомах, которые, в свою очередь, обеспечивают синтез белка. Интенсивность синтеза белка влияет на пролиферацию клеток, которая, в свою очередь, определяет скорость роста тканей. Геномная доза рибосомных генов определяет потенциальные возможности общей интенсивности синтеза белков в клетке [3]. Недостаточность изу­чения вовлеченности вышеперечисленных факторов в патогенез ХОБЛ определило проведение настоящего исследования.

Целью нашего исследования являлось изучение основных показателей функциональной активности рибосомных генов (ФАРГ), а также характер их взаимосвязей при хронической обструктивной болезни легких.

Материал и методы исследования

Материалом для исследования послужили лимфоциты 186 лиц, страдающих хронической обструкцией легких в возрасте от 50 до 70 лет и контрольной группы в числе 53 практически здоровых лиц, жителей города Курска и Курской области. Средний возраст лиц, страдающих ХОБЛ, составил 63,25 ± 3,21. Среди обследованных женщины составили 42,11%, мужчины 57,89%.

Метафазные пластики получали путем культивирования лимфоцитов периферической крови по стандартной методике [4]. Фиксацию проводили на 72 часу культивирования, после чего окрашивали раствором нитрата серебра. Активность рибосомных генов оценивали визуально полуколичественным способом и выражали в условных единицах (усл. ед.).

Активность рибосомных генов определяли по интенсивности окраски серебром ядрышкообразующих районов индивидуальных акроцентрических хромосом
(13-15 D и 21, 22 G). Для каждого индивидуума анализировали 20 метафазных пластинок. Визуальная оценка этого показателя производилась по 5-балльной системе, согласно критериям, предложенным в лаборатории общей цитогенетики РАМН: «0» баллов - окраска отсутствует; 1 балл - окраска слабая (зерно серебра много меньше ширины хроматиды); 2 балла - средняя окраска (зерно серебра примерно соответствует ширине хроматиды); 3 балла - интенсивная окраска (зерна серебра больше ширины хроматиды); 4 балла - высокоинтенсивная окраска (зерна серебра, выпавшие на каждой хроматиде, значительно шире ее и слипаются, вместе образуя общий конгломерат). Также отдельно оценивалась активность рибосомных генов, расположенных в хромосомах группы D и группы G. Число активных рибосомных цистронов (RC) определяли по количеству окрашенных хромосом. Подсчитывали число ассоциаций акроцентрических хромосом на одну клетку и число хромосом, вступивших в ассоциации.

Для выбора методов статистического анализа проводилась проверка на нормальность распределения признака. Для этого использовали критерий Шапиро-Уилка, при р < 0,05. Так как в большинстве случаев значение р было больше критического, то при описании количественных признаков использовали параметры распределения, отличного от нормального: среднее значение, стандартную ошибку среднего значения, минимальное и максимальное значение признака, медиану, интервал варьирования признаков. Для оценки сложного взаимодействия характеристик проводили расчет коэффициентов корреляций по Спирману (r), являющиеся мерой линейной связи признаков, а также линейно-дискриминантной функции (ЛДФ).

Результаты исследования и их обсуждение

Основные показатели комплекса функциональной активности рибосомных генов у больных с ХОБЛ и контрольной группы представлены в табл. 1 и 2 соответственно.

Средний показатель суммарной функциональной активности рибосомных генов по 10 хромосомам у больных с ХОБЛ составил 19,49 ± 2,00 у.е. (95% CI 19,20-19,78 у.е.), варьировался от 15,28 до 24,84 у.е. Значение медианы (Ме = 19,45 у.е.) практически совпадало со средним значением и находилось посередине межквартильного интервала (Q25 = 18 у.е., Q75 = 20,80 у.е.). При сравнении с медианным показателем контрольной выборки статистически значимых различий не обнаружено, хотя значение р было очень близко к критическому уровню (Z = 1,78, р = 0,08). При анализе характера распределения признака также наблюдалась относительная гомогенность (р = 0,07).

Показатель активности рибосомных генов по хромосомам группы D у больных с ХОБЛ был равен 11,62 ± 1,66 у.е. (95% CI 11,34-11,91 у.е.), варьировался от 6,90 до 16,20 у.е. и почти совпадал с медианным значением (Ме = 11,69 у.е.). Статистически значимых отклонений от популяционных характеристик ни при сравнении медиан (Z = 0,62, р = 0,54), ни при анализе дисперсии (р = 0,77) выявлено не было. Также их не было и при сравнительном анализе функциональной активности рибосомных генов по хромосомам группы G, средний показатель которой составил 7,84 ± 1,55 у.е. (95% CI 7,58-8,11 у.е.) и был ниже значения медианы (Ме = 7,95 у.е.). Медиана занимала срединное положение относительно квартильных значений (Q25 = 7,00 у.е., Q75 = 8,80 у.е.). Критерий Манна-Уитни составил Z = 1,52, при р = 0,13 и при сравнении дисперсии р = 0,20.

Таблица 1

Основные показатели ФАРГ при ХОБЛ

Признак

Мean ± Std.dev.

CI

-95-95%

Min

Max

Q25

Me

Q75

10 Ag

19,49 ± 2,00

19,20-19,78

15,28

24,84

18,00

19,45

20,80

D

11,62 ± 1,66

11,34-11,91

6,90

16,20

10,67

11,69

12,65

G

7,84 ± 1,55

7,58-8,11

2,50

11,50

7,00

7,95

8,80

RC

8,76 ± 0,64

8,65-8,87

6,90

10,00

8,30

8,80

9,20

AsCr

0,90 ± 0,34

0,84-0,95

0,00

1,70

0,67

0,90*

1,08

CrAs

2,66 ± 0,64

2,55-2,77

0,00

4,50

2,20

2,67

3,00

AssInd

68,68 ± 21,32

65,06-72,29

0,00

100,00

55,00

70,00*

80,00

Примечания: *p < 0,05, 10Ag-суммарная ФАРГ по 10 хромосом; D - показатель ФАРГ по D-хромосомам; G - показатель ФАРГ по G-хромосомам; RC - количество рибосомных цистронов; AsCr - количество ассоциаций хромосом; CrAs - количество хромосом в ассоциациях; AssInd - ассоциативный индекс.

Таблица 2

Основные показатели ФАРГ контрольной группы

Признак, группа

Мean ± Std.dev.

CI

-95-95%

Min

Max

Q25

Me

Q75

10 Ag*

19,15 ± 1,91

18,92-19,39

14,85

25,90

17,75

19,00

20,55

D*

11,58 ± 1,41

11,40-11,75

8,40

15,90

10,45

11,45

12,45

G

7,64 ± 1,44

7,46-7,82

4,10

10,80

6,80

7,50

8,85

RC

8,69 ± 0,69

8,60-8,78

6,50

10,00

8,25

8,70

9,20

AsCr*

0,67 ± 0,30

0,63-0,71

0,00

1,60

0,50

0,65

0,85

CrAs*

2,51 ± 0,75

2,39-2,64

0,00

4,00

2,00

2,60

3,00

AssInd*

53,24 ± 23,41

49,31-57,16

0,00

100,0

40,00

50,00

70,00

Примечания: *p < 0,05, 10Ag-суммарная ФАРГ по 10 хромосом; D - показатель ФАРГ по D-хромосомам; G - показатель ФАРГ по G-хромосомам; RC - количество рибосомных цистронов; AsCr - количество ассоциаций хромосом; CrAs - количество хромосом в ассоциациях; AssInd - ассоциативный индекс.

Средний показатель количества активных рибосомных цистронов у больных с ХОБЛ составлял 8,76 ± 0,64 (95% CI 8,65-8,87), незначительно отклонялся от медианного показателя (Ме = 8,60) и не отличался от количества активных рибосомных цистронов в контрольной выборке (Z = 1,13, при р = 0,26). Также относительно данных контроля у больных не были смещены ни границы нижнего и верхнего квартилей, ни значение минимального показателя (р = 0,33).

Усреднённое количество ассоциаций акроцентрических хромосом у больных с ХОБЛ составило 0,90 ± 0,34 (95% CI 0,84-0,95) на клетку, варьировалось от полного отсутствия до 1,70. Значение медианы (Ме = 0,90) совпадало со средним значением и практически не отклонялось ни к одному из квартилей (Q25 = 0,67 и Q75 = 1,08). При сравнении с контрольной выборкой установлены статистически значимые различия как для медианных значений (Z = 6,40, при р = 0,0001), так и для характеристик дисперсии (р = 0,0001).

Ассоциативный индекс хромосом в клетках больных с ХОБЛ был равен 68,68 ± 21,32% (95% CI 65,06-72,29%), медиана (Ме = 70%) была смещена в большую от среднего значения сторону (Q25 = 55 и Q75 = 80), а результаты сравнения с контрольной выборкой повторяли таковые по данным количества ассоциаций акроцентрических хромосом: медианный показатель был больше у больных с ХОБЛ (Z = 5,36, при р = 0,0001), также отличались и границы варьирования (р = 0,0004).

Среднее количество ассоциирующих хромосом на клетку составляло 2,66 ± 0,64 (95% CI 2,55-2,77), совпадало с медианным значением (Ме = 2,67) и варьировалось от 0 до 4,5 взаимодействующих хромосом. Сравнительный с контрольной выборкой анализ распределения количества хромосом в ассоциациях показал наличие различий между группами, но принятого для исследования статистически значимого уровня они не достигали (р = 0,08). Также статистически значимых различий не выявлено и при сравнении медиан двух групп (Z = 1,33, при р = 0,19).

Многомерный анализ показателей комплекса функциональной активности рибосомных генов у больных с ХОБЛ и контрольной группы позволил получить значения парных коэффициентов корреляции и установить следующие статистические взаимосвязи (табл. 3 и 4).

Таблица 3

Статистически значимые коэффициенты корреляций в группе больных ХОБЛ

 

age R

10 Ag

D

G

RC

AsCr

CrAs

AssInd

age R

1,00

 

 

 

 

 

 

 

10 Ag

-0,11

1,00

 

 

 

 

 

 

D

-0,18*

0,62*

1,00

 

 

 

 

 

G

0,01

0,54*

-0,32*

1,00

 

 

 

 

RC

-0,04

0,58*

0,38*

0,30*

1,00

 

 

 

AsCr

-0,10

0,26*

0,17*

0,13

0,23*

1,00

 

 

CrAs

-0,11

0,13

0,03

0,13

0,17

0,56*

1,00

 

AssInd

-0,08

0,19*

0,08

0,15

0,12

0,81*

0,35*

1,00

Примечание. *р < 0,05.

Таблица 4

Статистически значимые коэффициенты корреляций в группе контроля

 

age R

10 Ag

D

G

RC

AsCr

CrAs

AssInd

age R

1,00

 

 

 

 

 

 

 

10 Ag

0,02

1,00

 

 

 

 

 

 

D

-0,05

0,65*

1,00

 

 

 

 

 

G

0,06

0,67*

-0,12

1,00

 

 

 

 

RC

-0,26*

0,53*

0,34*

0,35*

1,00

 

 

 

AsCr

0,22*

0,13

0,07

0,10

0,01

1,00

 

 

CrAs

0,14

-0,02

-0,03

0,00

-0,20*

0,66*

1,00

 

AssInd

0,23*

0,13

0,00

0,17*

-0,08

0,90*

0,53*

1,00

Примечание. *р < 0,05.

Так, в отличие от контрольной выборки, показатель возраста коррелировал только с одной из рассматриваемых цитогенетических характеристик - с уровнем ФАРГ по хромосомам группы D, связь имела отрицательную направленность и невысокую выраженность (R = 0,18). В то время как связи суммарного уровня ФАРГ по 10 хромосомам дублируют аналогичные связи в контрольной группе, незначительно варьируют по степени выраженности: уровень сопряженности с показателем ФАРГ по хромосомам группы D был практически одинаков с контрольной группой (R = 0,62), уровень сопряженности с показателем ФАРГ хромосом группы G был ниже данных контроля и коэффициент корреляции составлял R = 0,54, вклад в общий уровень ФАРГ количества активных рибосомных цистронов был выше, чем в контроле (R = 0,58). Наблюдалась статистически значимая взаимосвязь с количеством ассоциаций акроцентрических хромосом (R = 0,26), которой не было в контрольной группе. В отличие от контрольной группы показатель количества ассоциаций акроцентрических хромосом коррелировал с количеством активных рибосомных цистронов (R = 0,23) и с показателем уровня ФАРГ по хромосомам группы D (R = 0,17). В то же время показатель количества хромосом в ассоциациях, в отличие от контрольной группы, образовывал статистически значимую взаимосвязь лишь с одним признаком - количеством ассоциирующих хромосом (R = 0,56).

Изменения в структуре цитогенетических показателей, а также разницу в характере корреляционных взаимосвязей рассматриваемых признаков на статистически значимом уровне подтверждают результаты проведенного дискриминантного анализа. В частности видно, что при ХОБЛ наиболее ценными признаками являются число ассоциаций хромосом, число хромосом в ассоциациях и количество рибосомных цистронов. Критерий Фишера составил 17,03, что значительно превышает теоретически ожидаемый показатель при данных степенях свободы, Fтабл = 3,78 (табл. 5).

Таблица 5

Величина ЛДФ количественных характеристик ФАРГ больных ХОБЛ и контрольной группы (F(3,271) = 17,03, p < 0,00002)

Цитогенетические показатели

Ценность признака

p-level

AsCr

45,55

0,0001

CrAs

6,99

0,0087

RC

4,17

0,0427

Заключение

Рибосомные гены на молекулярном уровне обеспечивают работу белоксинтезирующего аппарата клетки. Интенсивность влияет на пролиферацию клеток, которая, в свою очередь, определяет скорость роста и восстановление клеток, тканей, органов, что определяет физиологические регенерационные возможности организма. Можно полагать, что потенциальная возможность любой ткани, и в частности легочной, к регенерации в значительной степени зависит от функциональной активности рибосомных генов.

В результате проведенного исследования, в группе больных ХОБЛ было выявлено увеличение функциональной активности рибосомных генов по таким показателям, как число ассоциаций акроцентрических хромосом и ассоциативный индекс, тогда как в группе контроля данные показатели были значительно ниже. ФАРГ по 10 хромосомам в группе больных ХОБЛ также характеризовалась повышенными значениями, в сравнении с контрольной группой.

Таким образом, полученные результаты отражают закономерность, согласно которой многие показатели функциональной активности рибосомных генов у больных хроническим бронхитом отличаются повышенными значениями, нежели чем в группе контроля. Вероятно, данная закономерность может отражать сопротивление организма на возрастающее число патогенных клеток легочной ткани, которые стимулируют процессы регенерации и восстановления клеток через повышение белоксинтезирующей способности.

Работа выполнена в рамках ГК №16.740.11.0746 от 21 октября 2011 г.

Рецензенты:

  • Полоников А.В., д.м.н., профессор, профессор кафедры биологии, медицинской генетики и экологии Курского государственного медицинского университета, г. Курск;
  • Королев В.А.,д.б.н., доцент, профессор кафедры биологии, медицинской генетики и экологии Курского государственного медицинского университета, г. Курск.

Работа поступила в редакцию 30.04.2012.


Библиографическая ссылка

Храмцов А.В., Иванов В.П., Трубникова Е.В., Стабровская Н.В., Бачинский О.Н., Кохтенко Е.В. МНОГОМЕРНЫЙ АНАЛИЗ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ РИБОСОМНЫХ ГЕНОВ ПРИ ХРОНИЧЕСКОЙ ОБСТРУКТИВНОЙ БОЛЕЗНИ ЛЕГКИХ // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 5-2. – С. 369-373;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=29938 (дата обращения: 26.06.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252