Ключевым геном в области анализа плотности костной ткани, представляющим интерес в науке, является α1-цепь коллагена I типа (COL1A1).

Объектом исследования является костная ткань, которая представляет собой сложную амальгаму важнейших минералов и органических соединений в костной системе [1][2]. Органические фракции, преобладающие в данной клетке и белках, содержат, в частности, коллаген I типа [3–7]. Данный COL1A1 представляет собой гетеротример, состоящий из белков α1 и α2, каждый из которых кодируется отдельными генами — COL1A1 и COL1A2 соответственно. Важная проблема — влияние гена на целостность костной ткани. В центре этих проблемных дискуссий находится несовершенный остеогенез — заболевание, при котором примерно у 90% пациентов наблюдаются мутации в генах, связанных с α1- и α2-цепями COL1A1. Доказано, что различные (специфические) генетические изменения приводят к снижению минеральной плотности костной ткани, а значит повышают риск склонности к патологическим переломам. Высокому риску переломов способствуют не только данные мутации, но и генетические полиморфизмы в COL1A1 [8–10].

На прочность костной ткани влияет генотип GT, который характеризуется пониженным содержанием органических и неорганических компонентов. Носители генотипа GT имеют прямую корреляцию с прочностью костей [11–15]. У лиц с генотипом GT минерализация костной ткани сравнительно ниже, чем у лиц с генотипом GG COL1A1, что влияет на прочность костной ткани на разрыв [16–18].

Выявленные генетические маркеры позволяют определить значительное снижение массы костной ткани, что очень важно для оценки риска переломов, влияния факторов риска на метаболическую плотность костной ткани и прогнозирование роста ребенка. Они позволяют оценить различия в активности остеобластических и остеокластических клеток при патологии костей и прогнозировать развитие заболеваний опорно-двигательного аппарата у детей. Также известно, что маркеры способствуют проведению скрининговых исследований, имеющих принципиальное значение для последующих анализов [19][20]. Более того, эти «биомаркеры» проясняют процессы остеогенеза в различных возрастных группах, тем самым раскрывая сложную взаимосвязь между минеральной плотностью кости (МПК) и динамикой ее созревания [21–25]. Каждый из этих аспектов способствует комплексной оценке качества и новых диагностических возможностей при данной патологии и последующих лечебно-профилактических мероприятиях [26–28].

Цель данного исследования — выявить частоту генотипов и аллелей полиморфного варианта rs1800012 в гене COL1A1, которые определяют риск развития остеопении у недоношенных детей, рожденных методом ЭКО.

В работе мы изучили «траектории» развития 225 новорожденных с массой тела при рождении менее 1500 г. как при экстракорпоральном оплодотворении (ЭКО), так и при естественном зачатии. База проведения исследования: Республиканская детская клиническая больница (г. Уфа) совместно с кафедрой генетики Башкирского государственного педагогического университета имени М. Акмуллы (г. Уфа). Выделены критерии включения: недоношенные дети от 3 до 36 месяцев с удовлетворительным здоровьем, согласие родителей на забор крови и недоношенные дети, зачатые путем ЭКО, с весом при рождении менее 1500 грамм (категории: очень низкая масса тела (ОНМТ) и экстремально низкая масса тела (ЭНМТ)). Критерии исключения: дети, рожденные с массой более 1500 грамм, дети с серьезными врожденными пороками развития, дети старше трех лет, отсутствие согласия родителей на участие в исследовании. Выделены 2 группы: в основную (n = 117) вошли недоношенные дети, рожденные с помощью ЭКО, в группу сравнения (n = 108) — недоношенные дети, зачатые естественным путем.

Исследование гена COL1A1 проводилось с помощью современного метода ПЦР в реальном времени. Для молекулярно-генотипической статистики использовались цифровые инструменты SNPstats (https://www.snpstats.net) и приложение GMDR (Generalized Multifactor-Dimensionality Reduction), применялись различные критерии оценки: критерий независимости χ² Пирсона для проверки гипотезы независимости, информационный критерий Акаике, коэффициенты вероятности (OR, CI), а также таблица сопряженности 2 × 2 с поправкой Йейтса [29].

Генотип и аллель определяются путем протективного влияния, если отношение шансов (OR) меньше (<1). И наоборот, рисковое влияние генотипа и аллеля определяется, если отношение шансов больше (>1). SNP-анализ полиморфизма rs1800012 в гене COL1A1 проводился с помощью программы «SNPstats».

Остеопения — это мультифакторное заболевание. COL1A1 является одним из значимых генов, участвующих в формировании костной ткани. Наше исследование было посвящено изучению частоты распространенности генов и аллелей специфического гена-регулятора метаболизма коллагена — COL1A1 [30][31]. Значимым генетическим фактором риска развития остеопении является полиморфный вариант rs1800012 гена COL1A1 (данный анализ распределения частот генотипов и аллелей для полиморфного варианта rs1800012 гена COL1A1 представлен в табл. 1).

При сравнении частот генотипов и аллелей гена COL1A1 в исследуемых когортах наблюдалась статистически значимая диспропорция в отношении частоты гомозиготного генотипа TT (χ² = 8,13, p = 0,003). В группе детей, рожденных путем экстракорпорального оплодотворения (ЭКО), выявлена частота данного генотипа 12%, что превысило аналогичный показатель в группе недоношенных детей, зачатых естественным путем, равный 7%. Также выявлено, что в основной группе статистически чаще встречался мутантный аллель T — 46% по сравнению с 34% в группе сравнения. И наоборот, в группе сравнения детей чаще встречался протективный аллель G — 66%, тогда как в группе детей (ЭКО) он составил 54% (χ² = 7,15, p = 0,006) [32].

Данная модель полиморфных вариантов в гене COL1A1 позволяет оценить работу каждого отдельного аллеля у недоношенных детей (табл. 2).

В результате SNP-анализа полиморфизма rs1800012 в гене COL1A1 были выявлены три статистически значимые модели взаимодействия аллелей: кодоминантная, рецессивная и лог-аддитивная. Данные модели показывают влияние генотипа TT и аллеля T на формирование соединительной ткани. Выявлено, что даже при соблюдении критериев отбора по наименьшему AIC и p-значению (менее 0,05) вариантом, наиболее подходящим, оказалась лог-аддитивная модель (p = 0,0082, AIC = 308,5), показывающая, что наличие двух мутантных аллелей Т увеличивает вероятность развития заболеваний соединительной ткани в два раза по сравнению с одним аллелем Т.

Известно, что повышение уровня белка коллагена I типа (COL1A1), индуцированное мутантным аллелем Т, нарушает правильное соотношение субъединиц коллагена и тем самым ослабляет структурную целостность самого COL1A1, поэтому и снижается прочность и эластичность соединительной ткани [32]. Замысловатый «баланс субъединиц» коллагена имеет решающее значение для поддержания (упругости и структурной) прочности соединительных тканей, и любое нарушение этого равновесия, вызванное мутантным аллелем, может привести к значительным физиологическим последствиям.

Изучение влияния гена COL1A1 у недоношенных детей, рожденных методом экстракорпорального оплодотворения, показало заметное увеличение распространенности гомозиготного генотипа TT (χ² = 8,13, p = 0,003) и непротективного аллеля T (χ² = 7,15, p = 0,006). Данный полиморфный вариант rs1800012 в гене COL1A1 выявлен у 46% детей основной группы по сравнению с 34% детей, зачатых естественным путем, что говорит о повышенном риске развития остеопении. SNP-анализ варианта rs1800012 в гене COL1A1 выявил лог-аддитивную модель взаимодействия (p = 0,0082, AIC = 308,5), показывающую, что наличие 2 мутантных аллелей Т в два раза повышает риск развития заболеваний соединительной ткани по сравнению с одним аллелем Т. Полученные результаты могут способствовать включению гена COL1A1 в паспорт здоровья (генетический материал) для оценки риска развития остеопении у недоношенных детей, рожденных методом ЭКО.

Д.Р. Мерзлякова — разработка концепции статьи, проведение исследования, проведение статистического анализа, подготовка и редактирование текста, утверждение окончательного варианта статьи.

Г.А. Вахитова — разработка концепции статьи, подготовка и редактирование текста.

Н.Р. Хафизова — проведение исследования, подготовка и редактирование текста, утверждение окончательного варианта статьи.

З.А. Шангареева — проведение исследования.

А.И. Назарова — проведение статистического анализа.

С.В. Шагарова — подготовка и редактирование текста, утверждение окончательного варианта статьи.

Л.Р. Имаева — подготовка и редактирование текста.

Р.Ф. Гатиятуллин — подготовка и редактирование текста, утверждение окончательного варианта статьи.

Л.Р. Гатияуллина — подготовка и редактирование текста.

Dinara R. Merzlyakova — concept statement, research, statistical analysis, writing (original draft and editing), approval of the final version.

Gulnaz A. Vakhitova — concept statement, writing (original draft and editing).

Nailya R. Khafizova — research, writing (original draft and text editing), approval of the final version.

Ziliya A. Shangareeva — research.

Alfiya I. Nazarova — statistical analysis.

Saniya V. Shagarova — writing (original draft and editing), approval of the final version.

Lilia R. Imaeva — writing (original draft and editing).

Radik F. Gatiyatullin — writing (original draft and editing), approval of the final version.

Laysan R. Gatiyaullina — writing (original draft and editing).