Поліморфізм гена ADRB2 як чинник спадкової схильності до розвитку бронхіальної астми та відповіді на терапію сальбутамолом

Abstract

Purpose — to investigate the association of the C79G polymorphism of the ADRB2 gene with the risk of developing Bronchial asthma (BA) in children living under different environmental conditions and to generate in silico 3D structures of β2-adrenoreceptor isoformsencoded by polymorphic variants of the ADRB2 gene (A46G, C79G, and C491T) in order to predict conformational changes which can impact the interaction with salbutamol.Patients and methods. 114 children aged 3 to 18 years with BA of moderate to severe, controlled course, were randomized into two groups: group I (children from conditionally pure region of Kyiv and Kyiv region) and group II (children from ecologically polluted region). The control group climbed 86 unrelated healthy adults from different regions of Ukraine. The polymorphic variant of the ADRB2 gene (C79G) was investigated by the allelic-specific polymerase chain reaction. The computermodeling of the 3D β2-adrenergic protein structure homology was performed using SWISS-MODEL and I-TASSER web servers, molecular docking was performed using the AutoDock Vina program.Results. It was found that the frequency of the polymorphic variant 79G of the ADRB2 genecarriersis statistically significantly higher (p<0.05) in the group II (69.4%) compared with the control group (55.8%). According to the analysis of the spatial structure of the ADRB2 protein, it was determined that p.16Arg> Gly and p.27Gln>Glu substitutions localized on the N-terminal sequence, and can affect interaction with protein partners, in turn the amino acid substitution p.164Thr> Ile is localized near the ligand binding site and may reduce the affinity of salbutamol for the corresponding mutant receptor.Conclusions. The polymorphic variant of 79G of the ADRB2 gene can be considered as a factor of the hereditary susceptibility of BA developmentin conditions of environmentalanthropogenic loading. The 491C>T ADRB2 gene mononucleotide substitution can be considered as a pharmacogenetic marker of a poor patient response to treatment with salbutamol.Цель — исследовать ассоциацию полиморфизма C79G гена АDRB2 с риском развития бронхиальной астмы (БА) у детей, проживающих в различных условиях загрязнения окружающей среды, а также смоделировать 3D структуры изоформ белка β2-адренорецептора, которые кодируются полиморфными вариантами гена АDRB2 (A46G, C79G, і C491T) in silico для прогноза структурно-функциональных свойств, которые могут влиять на взаимодействие с сальбутамолом.Пациенты и методы. Обследовано 114 детей в возрасте от 3 до 18 лет с БА средней тяжести, контролируемого течения, которые методом рандомизации были разделены на две группы: группу I (дети из условно чистого региона Киева и Киевской области) и группу II (дети из экологически загрязненного региона). Группу контроля составили 86 неродственных здоровых взрослых из разных регионов Украины. Полиморфный вариант гена АDRB2 (C79G) исследован методом аллельспецифической полимеразной цепной реакции. Компьютерное моделирование 3D структуры изоформ белка β2-адренорецептора проведено с использованием веб-серверов SWISS-MODEL и I-TASSER, молекулярный докинг проведен с использованием программы Auto Dock Vina.Результаты. Установлено, что частота носителей полиморфного варианта 79G гена ADRB2 статистически достоверно выше (p<0,05) в группе обследования II (69,4%) по сравнению (55,8%) с частотой в контрольной группе. По результатам анализа смоделированной пространственной структуры белка ADRB2, замены p.16Arg>Gly и p.27Gln>Glu находятся в N-концевой последовательности и могут влиять на взаимодействие с белками-партнерами, в свою очередь, аминокислотная замена p.164Thr>Ile локализирована вблизи сайта связывания с лигандами и может снижать аффинность сальбутамола к соответствующему мутантному рецептору.Выводы. Полиморфный вариант 79G гена ADRB2 может рассматриваться в качестве фактора наследственной предрасположенности развития БА в условиях антропогенной нагрузки окружающей среды. Мононуклеотидная замена 491C>T гена ADRB2 может рассматриваться в качестве фармакогенетического маркера плохого ответа пациента на лечение сальбутамолом.Мета — дослідити асоціацію поліморфізму C79G гена АDRB2 із ризиком розвитку бронхіальної астми (БА) у дітей, що мешкали в різних умовах забруднення навколишнього середовища, а також змоделювати 3D структури ізоформ білка β2-адренорецептора, що кодуються поліморфними варіантами гена АDRB2 (A46G, C79G, та C491T) in silico, для передбачення структурно-функціональних властивостей, які можуть впливати на взаємодію із сальбутамолом.Пацієнти та методи. Обстежено 114 дітей віком від 3 до 18 років із БА середньої тяжкості, контрольованого перебігу, які методом рандомізації були розподілені на дві групи: групу І (діти з умовно чистого регіону Києва та Київської області) та групу ІІ (діти з екологічно забрудненого регіону). До групи контролю увійшли 86 неспоріднених здорових дорослих із різних регіонів України. Поліморфний варіант гена АDRB2 (C79G) досліджено методом алельспецифічної полімеразної ланцюгової реакції. Комп'ютерне моделювання за гомологією 3D структури білка β2-адренорецептора проведено з використанням вебсерверів SWISS-MODEL та I-TASSER, молекулярний докінг здійснено за допомогою програми Auto Dock Vina.Результати. Встановлено, що частота носіїв поліморфної алелі 79G гена ADRB2 є статистично вірогідно вищою (p<0,05) у групі обстеження ІI (69,4%) порівняно з частотою (55,8%) у контрольній групі. За результатами аналізу змодельованої просторової структури білка ADRB2, заміни p.16Arg>Gly та p.27Gln>Glu знаходяться в N-кінцевій послідовності і можуть впливати на взаємодію з білками-партнерами, у свою чергу, амінокислотна заміна p.164Thr>Ile локалізована поблизу сайту зв'язування з лігандами і може знижувати афінність сальбутамолу до відповідного мутантного рецептора.Висновки. Поліморфний варіант 79G гена ADRB2 можна розглядати як фактор спадкової схильності розвитку БА в умовах антропогенного навантаження навколишнього середовища. Мононуклеотидну заміну 491C>T гена ADRB2 можна розглядати як фармакогенетичний маркер поганої відповіді пацієнта на лікування сальбутамолом