medgenМедицинская генетикаMedical Genetics2073-7998Publishing House «Genius Media» LLC10.25557/2073-7998.2020.10.32-39medgen-1732Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯORIGINAL RESEARCHГен гамма-глутамилциклотрансферазы - ключевого фермента катаболизма глутатиона и предрасположенность к ишемическому инсульту: анализ ассоциаций с болезнью и функциональное аннотирование ДНК-полиморфизмовGene of gamma-glutamylcyclotransferase, a key enzyme of glutathione catabolism, and predisposition to ischemic stroke: association analysis and functional annotation of gene polymorphismsБочароваЮ. А.BocharovaJ. A.y_u_l_i_a_03@mail.ruАзароваЮ. Э.AzarovaJ. E.noemail@neicon.ruКлёсоваЕ. Ю.KlyosovaE. Yu.noemail@neicon.ruДроздоваЕ. Л.DrozdovaE. L.noemail@neicon.ruСолодиловаМ. А.SolodilovaM. A.noemail@neicon.ruПолониковА. В.PolonikovA. V.noemail@neicon.ruФГАОУ ВО «Белгородский государственный национальный исследовательский университет»РоссияBelgorod State National Research UniversityRussian FederationФГБОУ ВО «Курский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияKursk State Medical University of the Ministry of Healthcare of the Russian FederationRussian Federation20201412202019103239Copyright © Бочарова Ю.А., Азарова Ю.Э., Клёсова Е.Ю., Дроздова Е.Л., Солодилова М.А., Полоников А.В., 20202020Бочарова Ю.А., Азарова Ю.Э., Клёсова Е.Ю., Дроздова Е.Л., Солодилова М.А., Полоников А.В.Bocharova J.A., Azarova J.E., Klyosova E.Y., Drozdova E.L., Solodilova M.A., Polonikov A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.medgen-journal.ru/jour/article/view/1732

Генетико-эпидемиологическими исследованиями установлено, что полиморфные варианты генов ферментов антиоксидантной системы являются значимыми предикторами риска развития и тяжести проявления ишемического инсульта (ИИ). Целью настоящего исследования было изучение ассоциации трех частых однонуклеотидных полиморфизмов (SNP) rs38420, rs4270 и rs6462210 гена гамма-глутамилциклотрансферазы (GGCT) - ключевого фермента катаболизма глутатиона с риском развития ИИ и функциональное аннотирование этих SNPs. Материалом для исследования послужили образцы ДНК 1288 неродственных индивидов славянского происхождения, в том числе 600 пациентов с диагнозом ИИ и 688 относительно здоровых добровольцев. Генотипирование полиморфных вариантов гена GGCT осуществлялось с использованием технологии iPLEX на генетическом анализаторе MassARRAY-4. Функциональное аннотирование SNPs осуществлялось биоинформатическими методами с использованием различных онлайн-инструментов и баз данных. Установлена ассоциация генотипа TT SNP rs6462210 с пониженным риском развития ишемического инсульта (OR=0,36 95%CI 0,15-0,85, p=0,01). Биоинформатический анализ регуляторного потенциала исследованных полиморфных вариантов показал, что их фенотипические эффекты проявляются ослаблением транскрипционной активности гена GGCT преимущественно в клетках крови и артериях, главным образом, в результате химических модификаций хроматина. У полиморфизма rs4270, находящегося в тесном неравновесии по сцеплению с SNP rs6462210 (D’=0,966, p<0,01), обнаружен участок связывания c микроРНК hsa-miR-1246, способной блокировать экспрессию GGCT, тем самым, способствуя снижению образования L-цистеина - предшественника глутатиона. В результате исследования впервые показано, что вариабельность гена GGCT может вносить вклад в развитие ИИ. Экспериментальные исследования по оценке регуляторного потенциала полиморфных вариантов гена GGCT потребуются для патофизиологической интерпретации выявленных ассоциаций.

Genetic epidemiological studies have established that polymorphisms of the genes encoding antioxidant defense enzymes represent meaningful predictors for the risk and severity of ischemic stroke (IS). The aim of this study was to investigate associations of IS with three common single nucleotide polymorphisms (SNPs) such as rs38420, rs4270 and rs6462210 in gamma-glutamylcyclotransferase (GGCT) gene, a key enzyme of glutathione catabolism. DNA samples obtained from 1288 unrelated individuals of Slavic origin, including 600 patients with IS and 688 healthy volunteers were included in the study. Genotyping of the GGCT polymorphisms was done using an iPLEX-based technology by the MassARRAY-4 system. Functional annotation of SNPs was performed using numerous online bioinformatics tools and resources. We found an association between genotype T/T rs6462210 and a decreased risk of ischemic stroke (OR = 0.36 95% CI 0.15-0.85, p=0.01). The haplotype rs38420A-rs4270T-rs6462210C showed a clear tendency in association with decreased disease risk (p=0.057). Bioinformatics analysis showed that the phenotypic effects of the SNPs are characterized by a weak transcriptional activity of the GGCT gene mainly in blood cells and arteries as a result of chemical modifications of chromatin. For the rs4270 polymorphism, which is in close linkage disequilibrium with SNP rs6462210 (D’=0.966, p<0.01), we found a binding site for miRNA hsa-miR-1246 which is capable to block the GGCT expression, thereby reducing the formation of L-cysteine, a precursor of glutathione. The study showed for the first time that GGCT gene may contribute to the development of ischemic stroke. Experimental studies focusing on the regulatory potential of GGCT gene polymorphisms are required for the pathophysiological interpretation of the identified associations.

ишемический инсультметаболизм глутатионагамма-глутамилциклотрансфераза (GGCT)однонуклеотидный полиморфизм (SNP)экспрессия генамодификация гистонованнотирование SNPsischemic strokeglutathione metabolismgamma-glutamylcyclotransferase (GGCT)single nucleotide polymorphism (SNP)gene expressionhistone modificationsSNP annotationReferencesFeigin V.L., Lawes C.M., Bennett D.A., Anderson C.S. Stroke epidemiology: a review of population-based studies of incidence, prevalence, and case-fatality in the late 20th century. Lancet Neurol. 2003;2(1):43-53.Feigin V.L., Lawes C.M., Bennett D.A., Anderson C.S. Stroke epidemiology: a review of population-based studies of incidence, prevalence, and case-fatality in the late 20th century. Lancet Neurol. 2003;2(1):43-53.Hassan A., Markus H.S. Genetics and ischaemic stroke. Brain. 2000;123 (Pt 9):1784-1812.Hassan A., Markus H.S. Genetics and ischaemic stroke. Brain. 2000;123 (Pt 9):1784-1812.Dichgans M. Genetics of ischaemic stroke. Lancet Neurol. 2007;6(2):149-161.Dichgans M. Genetics of ischaemic stroke. Lancet Neurol. 2007;6(2):149-161.Allen C.L., Bayraktutan U. Oxidative stress and its role in the pathogenesis of ischaemic stroke. Int J Stroke. 2009;4(6):461-470.Allen C.L., Bayraktutan U. Oxidative stress and its role in the pathogenesis of ischaemic stroke. Int J Stroke. 2009;4(6):461-470.Ciancarelli I., Di Massimo C., De Amicis D., Carolei A., Tozzi Ciancarelli M.G. Evidence of redox unbalance in post-acute ischemic stroke patients. Curr Neurovasc Res. 2012;9(2):85-90.Ciancarelli I., Di Massimo C., De Amicis D., Carolei A., Tozzi Ciancarelli M.G. Evidence of redox unbalance in post-acute ischemic stroke patients. Curr Neurovasc Res. 2012;9(2):85-90.Chehaibi K., Trabelsi I., Mahdouani K., Slimane M.N. Correlation of Oxidative Stress Parameters and Inflammatory Markers in Ischemic Stroke Patients. J Stroke Cerebrovasc Dis. 2016;25(11):2585-2593.Chehaibi K., Trabelsi I., Mahdouani K., Slimane M.N. Correlation of Oxidative Stress Parameters and Inflammatory Markers in Ischemic Stroke Patients. J Stroke Cerebrovasc Dis. 2016;25(11):2585-2593.Kölsch H., Linnebank M., Lütjohann D., Jessen F., Wüllner U., Harbrecht U., Thelen K.M., Kreis M., Hentschel F., Schulz A., von Bergmann K, Maier W., Heun R. Polymorphisms in glutathione S-transferase omega-1 and AD, vascular dementia, and stroke. Neurology. 2004;63(12):2255-2260.Kölsch H., Linnebank M., Lütjohann D., Jessen F., Wüllner U., Harbrecht U., Thelen K.M., Kreis M., Hentschel F., Schulz A., von Bergmann K, Maier W., Heun R. Polymorphisms in glutathione S-transferase omega-1 and AD, vascular dementia, and stroke. Neurology. 2004;63(12):2255-2260.Türkanoğlu A., Can Demirdöğen B., Demirkaya S., Bek S., Adali O. Association analysis of GSTT1, GSTM1 genotype polymorphisms and serum total GST activity with ischemic stroke risk. Neurol Sci. 2010;31(6):727-34.Türkanoğlu A., Can Demirdöğen B., Demirkaya S., Bek S., Adali O. Association analysis of GSTT1, GSTM1 genotype polymorphisms and serum total GST activity with ischemic stroke risk. Neurol Sci. 2010;31(6):727-34.Bilgin E., Can Demirdöğen B., Türkanoğlu Özçelik A., Demirkaya Ş, Adalı O. Association analysis of Glutathione S-transferase omega-1 and omega-2 genetic polymorphisms and ischemic stroke risk in a Turkish population. Neurol Res. 2019;41(2):118-124.Bilgin E., Can Demirdöğen B., Türkanoğlu Özçelik A., Demirkaya Ş, Adalı O. Association analysis of Glutathione S-transferase omega-1 and omega-2 genetic polymorphisms and ischemic stroke risk in a Turkish population. Neurol Res. 2019;41(2):118-124.Voetsch B., Jin R.C., Bierl C., Benke K.S., Kenet G., Simioni P., Ottaviano F., Damasceno B.P., Annichino-Bizacchi J.M., Handy D.E., Loscalzo J. Promoter polymorphisms in the plasma glutathione peroxidase (GPx-3) gene: a novel risk factor for arterial ischemic stroke among young adults and children. Stroke. 2007;38(1):41-49.Voetsch B., Jin R.C., Bierl C., Benke K.S., Kenet G., Simioni P., Ottaviano F., Damasceno B.P., Annichino-Bizacchi J.M., Handy D.E., Loscalzo J. Promoter polymorphisms in the plasma glutathione peroxidase (GPx-3) gene: a novel risk factor for arterial ischemic stroke among young adults and children. Stroke. 2007;38(1):41-49.Polonikov A., Vialykh E., Vasil’eva O., Bulgakova I., Bushueva O., Illig T., Solodilova M. Genetic variation in glutathione S-transferase genes and risk of nonfatal cerebral stroke in patients suffering from essential hypertension. J Mol Neurosci. 2012;47(3):511-513.Polonikov A., Vialykh E., Vasil’eva O., Bulgakova I., Bushueva O., Illig T., Solodilova M. Genetic variation in glutathione S-transferase genes and risk of nonfatal cerebral stroke in patients suffering from essential hypertension. J Mol Neurosci. 2012;47(3):511-513.Lee B.J., Marchionni L., Andrews C.E., Norris A.L., Nucifora L.G., Wu Y.C., Wright R.A., Pevsner J., Ross C.A., Margolis R.L., Sawa A., Nucifora F.C. Jr. Analysis of differential gene expression mediated by clozapine in human postmortem brains. Schizophr Res. 2017;185:58-66.Lee B.J., Marchionni L., Andrews C.E., Norris A.L., Nucifora L.G., Wu Y.C., Wright R.A., Pevsner J., Ross C.A., Margolis R.L., Sawa A., Nucifora F.C. Jr. Analysis of differential gene expression mediated by clozapine in human postmortem brains. Schizophr Res. 2017;185:58-66.Пономаренко И.В. Отбор полиморфных локусов для анализа ассоциаций при генетико-эпидемиологических исследованиях. Научный результат. Медицина и фармация. 2018;(4):40-54.Пономаренко И.В. Отбор полиморфных локусов для анализа ассоциаций при генетико-эпидемиологических исследованиях. Научный результат. Медицина и фармация. 2018;(4):40-54.Solé X., Guinó E., Valls J., Iniesta R., Moreno V. SNPStats: a web tool for the analysis of association studies. Bioinformatics. 2006;22(15):1928-1929.Solé X., Guinó E., Valls J., Iniesta R., Moreno V. SNPStats: a web tool for the analysis of association studies. Bioinformatics. 2006;22(15):1928-1929.Callegari A., Liu Y., White C.C., Chait A., Gough P., Raines E.W., Cox D., Kavanagh T.J., Rosenfeld M.E. Gain and loss of function for glutathione synthesis: impact on advanced atherosclerosis in apolipoprotein E-deficient mice. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2011;31(11):2473-2482.Callegari A., Liu Y., White C.C., Chait A., Gough P., Raines E.W., Cox D., Kavanagh T.J., Rosenfeld M.E. Gain and loss of function for glutathione synthesis: impact on advanced atherosclerosis in apolipoprotein E-deficient mice. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2011;31(11):2473-2482.Shimizu H., Kiyohara Y., Kato I., Kitazono T., Tanizaki Y., Kubo M., Ueno H., Ibayashi S., Fujishima M., Iida M. Relationship between plasma glutathione levels and cardiovascular disease in a defined population: the Hisayama study. Stroke. 2004;35(9):2072-2077.Shimizu H., Kiyohara Y., Kato I., Kitazono T., Tanizaki Y., Kubo M., Ueno H., Ibayashi S., Fujishima M., Iida M. Relationship between plasma glutathione levels and cardiovascular disease in a defined population: the Hisayama study. Stroke. 2004;35(9):2072-2077.Zhou Y., Danbolt N.C. Glutamate as a neurotransmitter in the healthy brain. J Neural Transm (Vienna). 2014;121(8):799-817.Zhou Y., Danbolt N.C. Glutamate as a neurotransmitter in the healthy brain. J Neural Transm (Vienna). 2014;121(8):799-817.Li P., Teng F., Gao F., Zhang M., Wu J., Zhang C. Identification of circulating microRNAs as potential biomarkers for detecting acute ischemic stroke. Cell Mol Neurobiol. 2015;35(3):433-447.Li P., Teng F., Gao F., Zhang M., Wu J., Zhang C. Identification of circulating microRNAs as potential biomarkers for detecting acute ischemic stroke. Cell Mol Neurobiol. 2015;35(3):433-447.Wu Y., Zhang R., Zhou C., Xu Y., Guan X., Hu J., Xu Y., Li S. Enhanced expression of vascular cell adhesion molecule-1 by corticotrophin-releasing hormone contributes to progression of atherosclerosis in LDL receptor-deficient mice. Atherosclerosis. 2009;203(2):360-370.Wu Y., Zhang R., Zhou C., Xu Y., Guan X., Hu J., Xu Y., Li S. Enhanced expression of vascular cell adhesion molecule-1 by corticotrophin-releasing hormone contributes to progression of atherosclerosis in LDL receptor-deficient mice. Atherosclerosis. 2009;203(2):360-370.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.