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:
- КалининскаяЭ.А. «общая генетика»/ Мн.: Мир. 1998 -352 с.
- СансерМ. БорП. «геном и геномы» в 2 т. // М.: Мир 1998 -394 с.
- Маниантис Т. Фрич Э. Энлебрус Дж. «методы генной инжинерии» 1984–351 с.
- 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.
- Фогель Ф. «генетика человека» в 3х т. / Ф. Фогель — М: Мир, 1990 — т.2. — 380 с.
- Collier, D. A. and T. Li (2003). «The genetics of schizophrenia: glutamate not dopamine?" European Journal of Pharmacology 480: 177- 184.
- 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.
- Craddock, N., M. C. O'Donovan, et al. (2005). «The genetics of schizophrenia and bipolar disorder: dissecting psychosis». J Med Genet 42: 193–204.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
