NK_br2_1apr2013.indd

Препис

1 Генетика на артериалната хипертония (част 2) Доц. Борислав Георгиев, доц. Елина Трендафилова, доц. Тошо Балабански, проф. Нина Гочева Национална кардиологична болница Епително натриево каналче Епителното натриево каналче участва в контрола и фината регулация на натриевата реабсорбция в дисталния участък на нефрона. Проучвания на една Менделова форма на хипертонията синдрома на Liddle, показаха наличие на мутации в субединиците и на епителното каналче, които водят до развитие на хипертония; това показва, че епителното натриево каналче може да играе роля в регулацията на артериалното налягане. Смята се, че малки модификации на този ген могат да имат важно значение за развитието на есенциалната хипертония. Няколко проучвания установиха варианти на субединиците на епителните натриеви каналчета, които са свързани с предразположението към есенциална хипертония. Много мутации водят до замяна на аминокиселини; повечето от мутациите са безсмислени и не засягат С-края на субединиците и на епителното каналче, който е променен или липсва при синдром на Liddle 37, 38. От особен интерес обаче е замяната на треонин с метионин на 594 позиция (T594M) в субединицата на епителното каналче 39. Мутацията е локализирана в последния екзон на С-края на субединицата на натриевото каналче. Това води до замяна на треонин с метионин на позиция 594 и се установява изключително в африкански популации. Този вариант е асоцииран с повишена активност на натриевото каналче в лимфоцити от пациенти с хипертония, което показва, че мутацията може да доведе до повишение на артериалното налягане чрез повишение на тубулната реабсорбция при пациенти с есенциална хипертония. Проучване със случаи и контроли, включващо 206 пациенти с хипертония от черната раса и 142 пациенти с нормално артериално налягане при пациенти от черната раса, установи, че вариантът T594M е асоцииран с хипертония (честотно отношение 4.17, CI , p=0.029) 40. Лицата с мутации имат и по-ниска ренинова активност, което е в потвърждение на хипотезата за повишена натриева реабсорбция. В голямо кръстосано проучване с 458 участници от африкански произход честотата на алела 594M нараства с повишението на артериалното налягане и вариантът T594M е асоцииран с хипертонията (p=0.05) 41. Въпреки че вариантът T594M е асоцииран с хипертония в някои популации от африкански произход, проучванията не успяха да докажат асоциация за бялата раса. Резултатите от проучванията показват ролята на епителното натриево каналче за развитието на есенциална хипертония при различни популации. Все още обаче предстои да бъдат открити алелите на предразположение към болестта и да бъде проучена ролята на епителното натриево каналче в големи фамилни проучвания. Все още е отворен въпросът дали гените, които кодират субединиците на натриевото епително каналче, участват в патогенезата на есенциалната хипертония. WNK-кинази Всички налични данни за генетичната основа на псевдохипоалдостеронизма тип 2 показват, че WNK1 и WNK4 вероятно са част от непознат 54

2 до момента метаболитен път, който участва в регулацията на натриевата хомеостаза и контрола на артериалното налягане. Киназите WNK1 и WNK4 регулират натриевата реабсорбция и калиевата секреция в дисталния участък на нефрона 42. Гените за WNK-киназите са отлични кандидат-гени за есенциална хипертония. Лицата с есенциална хипертония често отговарят добре на терапия с тиазидни диуретици и имат ниска ренинова активност, както и пациентите с псевдохипоалдостеронизъм тип 2. Поради това е вероятно вариантите на WNK да имат отношение към генезата на есенциалната хипертония в общата популация. Проучванията на целия геном за локуси, свързани с артериалното налягане, показаха евентуалната роля на регион на хромозома 17q21, който съдържа гена за WNK4 43, 44. Открит е и вариант в интрон 10, който е асоцииран с есенциална хипертония при кавказката раса (165 лица с нормално артериално налягане и 91 лица с хипертония; р<0.05), но не и при лица от африкански произход 20. Анализ на допълнителен WNK4 вариант (променлива нуклеотидна последователност, повторена в интрон 11) при 155 лица с хипертония и 245 лица с нормално налягане от кавказката раса не показа асоциация между WNK4 и хипертонията 45. Предстои да бъде извършен анализ на вариантите на WNK1 при човешка есенциална хипертония. Има наблюдения при някои лица с псевдохипоалдостеронизъм тип 2 и делеция на WNK1, че артериалното налягане се повишава с времето по начин, който наподобява есенциалната хипертония. При тези пациенти хипертонията е по-лека и не се развива до четвъртата декада. Анализ на пациентите показа, че калциевата екскреция с урината е нормална наблюдение, което не съвпада с повишената активност на натриево-хлоридния котранспортер. Поради това се смята, че WNK1 също може да играе важна роля в развитието на хипертонията, която е независима от натриевата екскреция на бъбрека. WNK1 се експресира в много тъкани; абнормната регулация на експресията на WNK1 в съдовите гладкомускулни клетки може да повлияе съдовото ремоделиране и да доведе до промени в периферната съдова резистентност с времето, което да стане причина за развитие на хипертония 46, 47. Подобни са и резултатите от проучвания с мишки, дефицитни по отношение на WNK1, които разкриха ролята на WNK1 в регулацията на артериалното налягане при мишки. Мишки, хетерозиготни по липса на WNK1, имат сигнификантно понижено артериално налягане в сравнение с мишки от дивия тип и понижението на артериалното налягане е асоциирано с понижение на експресията на WNK1 48. Хомозиготните мишки умират по време на ембрионалното си развитие. Тези проучвания показват важността на гена за WNK1 не само за контрола на артериалното налягане, но и за ембрионалното развитие. Проучванията на WNK-киназите са на ранен етап. Ролята им в регулацията на артериалното налягане и хипертонията е открита съвсем повърхностно. Необходима е допълнителна работа по откриването на други полиморфизми на WNK1 и WNK4. Необходимо е и провеждането на по-големи проучвания, които да оценят ролята на WNKкиназите в генезата на есенциалната хипертония. Противоречиви резултати от генни проучвания От най-ранните проучвания на асоциацията между единични гени (ангиотензиногенов ген) и есенциалната хипертония и разкриването на генетичната основа на редки Менделови болести, които засягат артериалното налягане, съществува голям интерес към възможността за разкриване на генните основи на есенциалната хипертония 12, 49. Днес съществуват множество проучвания, които дават данни за различни кандидат-гени. За всяко проучване с позитивни резултати обаче съществува и поне едно проучване с негативни резултати и следователно няма дефинитивни заключения за повечето изследвани гени. Несъответствията между проучванията показват големите предизвикателства, които стоят пред изследователите. Те се дължат на малките размери на изследваните популации, на вида на популациите, на вариращите ефекти на генните варианти, свързани с предразположение към развитие на болест, на взаимодействията между гените и средата или на неоптимален дизайн на проучванията. Всеки от тези фактори може да затрудни откриването на локуси, свързани с хипертонията 50. Corvol et al. 51 разглеждат ролята на два гена (гена за ангиотензиноген и гена за епителното натриево каналче) за генезата на есенциалната хипертония и възможното участие и на други кандидат-гени в други проучвания на хипертонията. Геномен скрининг за гени, свързани с артериалното налягане, при хора Списъкът от потенциални кандидат-гени за артериалното налягане е огромен и изследваните до момента гени са само малка част от гените, включени в патогенезета на хипертонията. Успешното 55

3 изследване на тези кандидат-гени не е най-ефективният подход за идентифициране на основните генетични фактори, имащи отношение към есенциалната хипертония при хора. Поради това изследователите се обърнаха към друг подход скрининг на целия геном, с цел откриване на нови гени, които могат да имат отношение към патогенезата на хипертонията, неизвестни до момента. При скрининга на генома членовете на една фамилия с признака, който е от интерес за изследователите, се генотипизират за високополиморфни маркери на регулярни интервали (10 30 cm) в целия геном. Всеки маркер се тества за връзка с признака с цел откриване на геномни региони, които могат да съдържат локуси, повлияващи признака. Повече от 30 проучвания са изследвали човешкия геном за есенциална хипертония. Резултатите от много от тези проучвания са разгледани от Samani 52 и Garcia et al. 53 през 2003 г. Публикуваните до момента проучвания се различават много по отношение на фенотип, етнически произход, критерии на селекция и брой и структура на фамилиите. Те варират от анализ на единични фамилии до големи групи от фамилии. Най-големите проучвания за геномен скрининг за локуси, свързани с артериалното налягане, са Medical Research Council-funded BRItish Genetics of HyperTension (BRIGHT) 54 и The National Heart Lung and Blood Institute s Family Blood Pressure Program (FBPP) Проучването BRIGHT е най-голямото проучване на селектирана етническа група то включва 1599 родствени двойки от кавказката раса. Проучването FBPP включва четири мултицентрови проучвания (HyperGEN 55, GENOA 56, GenNet 57 и SAPPHIRe 58 ), изследващи различни етнически групи. Общият брой изследвани лица с хипертония в проучването FBPP е над Проучванията BRIGHT и FBPP откриха множество хромозомни региони, свързани с хипертонията. Проучването BRIGHT откри локус на хромозома 6q с висока сигнификантност (LOD 3.21) и три други локуса на хромозоми 2q, 5q и 9q 54. Обратно, проучването FBPP не откри локуси с висока сигнификантност. В GenNet е открит локус с най-висока сигнификантност (LOD 2.96) в регион на хромозома 1, който е свързан с диастолното артериално налягане при хора от кавказката раса 57. В HyperGen е открит регион на хромозома 2р при афроамериканци (LOD 2.0) 55, в SAPPHIRe на хромозома 10р (LOD 2.5) 58, а в GENOA не е открит хромозомен локус с връзка с хипертонията 56. Мета-анализ на данните от FBPP не показа зависимост на нито един локус с хипертонията. Локусите на хромозоми 1р и 2р, открити в проучванията GenNet и HyperGen, потвърждават резултатите от други проучвания 59, 60. От всички скринингови проучвания на генома за локуси, свързани с артериалното налягане, само шест откриват региони с висока сигнификантност. Тези региони се намират на хромозоми 2p, 4p, 6q, 14q, 17q и 18q. Други проучвания откриха множество региони, които имат номинална връзка или възможна връзка с хипертонията. Интересен е фактът, че броят на локусите е съпоставим с резултатите от други проучвания, което потвърждава възможността тези региони да съдържат предразполагащи гени за хипертония. Резултатите от проучванията за геномен скрининг потвърждават тезата, че артериалното налягане се регулира от множество генетични локуси, всеки от които има относително слаб ефект върху артериалното налягане в популацията. Фактът, че са открити множество хромозомни региони и някои от тях се различават в различните популации, потвърждава полигенната и хетерогенната природа на хипертонията. Установени са и много обещаващи региони, които може да имат връзка с артериалното налягане. Регионите, които показват сигнификантна връзка с хипертонията, съдържат и голям брой потенциални кандидат-гени, което показва, че може да се очаква откриването на нови гени и метаболитни пътища на хипертонията в близко бъдеще. Генетични основи на полигенната хипертония Генетична архитектура на полигенната хипертония при животински модел Дефиниция на ЛКП за артериалното налягане Локусът за количествен признак (ЛКП) представлява един локус или един ген 61 и идентификацията на ЛКП представлява идентификация на ген за полигенна хипертония в животински модел или при човек. Най-често използваният метод за определяне на ЛКП за артериалното налягане е свързаното унаследяване. Той обаче има две ограничения корелативната му природа и генетичната хетерогенност на изследваната популация. Първо, въпреки че осигурява бърз достъп до хромозомния сегмент, където се разполагат ЛКП за артериалното налягане, свързаното унаследяване е корелативно и не 56

4 показва причинно-следствена зависимост между хромозомния сегмент и фенотипа. Независимо от наличието на статистически инструменти, необходими са доказателства за потвърждаване на причинната зависимост между локализацията на ЛКП и ефекта върху артериалното налягане. Следователно са необходими допълнителни изследвания в тази насока. Второ, свързаното унаследяване обикновено се провежда с помощта на популации, изведени от две групи с различни характеристики на артериалното налягане. Няма два идентични организма в една популация и тази генетична хетерогенност показва, че сигнификантната свързаност на даден локус може да бъде повлияна от други локуси и не може да се определи дали се дължи изключително на изследвания локус. За реално представяне на фенотипния ефект на единичен локус или по-точно на единичен хромозомен сегмент, включващ ЛКП за артериалното налягане, този сегмент трябва да бъде проучен в изолация. Без доказателства от такова проучване, резултатите от свързаното унаследяване имат само спомагателна функция. За преодоляване на тези ограничения се използват конгенни щамове за дефинитивно определяне на ЛКП за артериалното налягане въз основа на причинно-следствената зависимост между хромозомния регион, съдържащ ЛКП, и ефекта върху артериалното налягане, и хомогенни индивиди по отношение на изследвания хромозомен регион. В табл. 2 са представени ЛКП за артериалното налягане, определени чрез конгенни щамове при хипертензивни модели при плъхове. Хромозома Комбинация от щамове Брой ЛКП ЛКП - означение 1 DSS/LEW 3 QTL2 QTL1a QTL1b Размер на ЛКП интервала 2.73 Mb 8.2 cm 13.5 cm Начин на унаследяване DSS/LEW 1 C1QTL 16 cm Менделов L доминантен SHR/WKY 2 QTL1 QTL2 3.0 Mb 10.7 cm Ефект върху артериалното налягане, mmhg -26 (-35) (-27) Процентна разлика в артериалното налягане (-14) (+18) Епистатични взаимодействия SHR/WKY 1 QTL 27.6 cm +19 SHRSP/WKY 1 QTL >30 cm +10 Да, с QTL на 10 хромозома SHRSP/WKY 1 QTL 70 cm (-39) 43 SHR/BN 1 QTL 9 cm -17 SBH/SBN 2 SS1a SS1b 40 cm 15 cm (-25) (-28) SHR/BB 1 QTL 16 cm Менделов DSS/MNS 3 C2QTL1 5 Mb M доминантен -41 C2QTL1 e еспистатичен по отношение на C2QTL2 или C2QTL3 C2QTL2 20 Mb M доминантен -44 C2QTL2 и C2QTL3 са адитивни C2QTL3 4.7 Mb S доминантен -39 DSS/WKY 2 QTL1QTL2 QTL3 <9 cm <7 cm <4 cm (-20) (-15) (-15) DSS/LEW 1 C2QTL4 3.0 Mb SHR/WKY 3 pbp1 pbp2 pbp3 SHRSP/WKY 2 QTL QTL >7 cm >15 cm >13 cm 15 cm 15 cm неясно Епистатичен QTL на 10 хромозома SHR/BN 1 QTL 45 cm DSS/DSR 2 QTL Mb 1.25 QTL2 Mb DSS/LEW 2 C3QTL3 10 Mb BPQTL 13 cm BPQTL е епистатичен по отношение на +BPQTL +BPQTL 12 cm

5 5 DSS/LEW 2 C5QTL1 C5QTL2 cm cm (-10) (-10) SHR/BN 1 BP7 >23 cm DSS/DSR 1 C7QTL1 177 kb (-30) 8 DSS/LEW 2 -C8QTL1 +C8QTL2 >40 cm 23 cm Взаимодействащи си SHR/BN 1 QTL >50 cm DSS/DSR 1 C9QTL1 117 kb DSS/LEW 4 Менделов C10QTL1, C10QTL3 и C10QTL4 са епистатични, но адитивни на C10QTL2. C10QTL Mb L доминантен ЛКП на хрозомозома 2 C10QTL2 4.6 Mb L доминантен C10QTL Mb L доминантен C10QTL4 820 kb L доминантен DSS/LEW 1 BPQTL Mb DSS/MNS 2 C10QTL1 Л 2.6 cm (-35) C10QTL2 Л 3.2 cm (-20) SHR/WKY 1 QTL >6 cm +3.3 ЛКП на хромозома 1 13 DSS/DSR 1 QTL 23.7 cm (-24) DSS*/DSR 1 QTL 10 cm -27 DSS*/DSR 1 QTL 15 cm -11 DSS/BN 1 QTL Chr MHS/MNS 1 QTL 6.6 cm (-10) DSS/LEW 1 C16QTL 1.2 Mb Менделов EW доминантен DSS/BN 1 QTL Chr16-20 DSS/LEW 1 C17QTL 42 Mb Менделов LEW полудоминантен 18 DSS/LEW 3 C18QTL1 10 cm Да, и за трите ЛКП C18QTL2 9 cm C18QTL3 >20 cm SHR/BB 1 QTL 12 cm +6 DSS/BN 1 QTL Chr SHR/BN 1 QTL 12.2 cm SHR/BN 1 QTL >10 cm -15 SHR/BB 1 QTL >2 cm +15 X SHR/BB 1 QTL 36 cm +11 Y SHR/WKY 1 QTL unclear SHR/BN 1 QTL unclear -15 Tабл. 2. ЛКП за артериалното налягане, дефинирани чрез конгенни щамове и базирани на причинноследствени зависимости QTL - ЛКП; BN - Bro; BN Brown Norway щам; BB предразположен към диабет и нормотензивен BB/OK щам; DSR сол-резистентен щам; DSS сол-сензитивен щам; LEW щам на Lewis; MHS хипертензивен щам Milan; MNS нормотензивен щам Milan; SBH предразположен към хипертония щам Sabra; SHR спонтанно-хипертензивен щам; SHRSP спонтанно хипертензивен щам с предразположение към инсулт; WKY хипертензивен щам Wista Kyoto; * използваният DSS щам е бил генетично контаминиран. Ефект върху артериалното налягане: символите + и се отнасят до повишаващ и понижаващ артериалното налягане ефект на ЛКП, а разликата в артериалното налягане е определена като разликата в налягането на конгенетичния щам минус налягането на прогениторния щам чрез директно измерване. В повечето случаи е използвано средното артериално налягане, а в останалите случаи систолното артериално налягане. Стойността на артериалното налягане в скоби означава оценка на систолното артериално налягане по индиректен начин. Процентната разлика на артериалното налягане се отнася до относителната степен на ефекта на ЛКП, изразена като процент на средното артериално налягане, разделено на общата разлика в средното артериално налягане между двата родителски щама хипертензивен и нормотензивен. Начинът на унаследяване е изследван чрез хетерозиготи. Епистатичните взаимодействия между два ЛКП са определени в двойни конгенетични щамове; cm centimorgan; Mb мегабази; kb килобази. Въпреки че ЛКП за артериалното налягане при плъхове DSS са дефинирани при високосолева диета с цел ускоряване на аналитичния процес, най-малко C10QTL1 62 и C17QTL 63 показват ефект върху артериалното налягане и при нискосолева диета 64. Следователно ЛКП при плъхове DSS могат да бъдат смятани не за сол-чувствителни, а за сол-ускорени. 59

6 ЛКП за артериалното налягане, унаследяващи се по Менделовите закони Локусът за количествен признак за артериалното налягане представлява моногенен определител по два начина: първо, той действа независимо от друг подобен локус, и второ, има пълна доминантност, рецесивност и/или непълна доминантност. Всеки ЛКП сам по себе си е достатъчен да повлияе артериалното налягане и не е необходимо да се комбинира с друг ЛКП, за да окаже ефект върху артериалното налягане (табл. 2). Следователно, въпреки че артериалното налягане се определя от множество ЛКП, отделният ЛКП може да се разглежда като моногенен признак в контрола на артериалното налягане. Множество ЛКП за артериалното налягане показват пълна нормотензивна доминантност, тоест едно копие от нормотензивния алел е достатъчно за понижение на артериалното налягане в същата степен, както и две копия. Следователно силата на тези алели потвърждава Менделовия механизъм на унаследяване на ЛКП за артериалното налягане. Организиране на ЛКП за артериалното налягане Ефекти на ЛКП за артериалното налягане при хипертония и нормотония Животните с хипертония притежават алели за ЛКП, повишаващи артериалното налягане, и алели за ЛКП, понижаващи артериалното налягане, както и животните с нормално артериално налягане Следователно регулацията на артериалното налягане може да бъде разглеждана като баланс между действието на двата вида алели на отделните ЛКП. Логичен е въпросът как при действието на взаимно балансиращи се алели се развива хроничната хипертония? Етиологично, как организмът поддържа нормалното артериално налягане или хипертонията, докато ЛКП, понижаващи и повишаващи артериалното налягане, са активни в генома? Дали повишаващите и понижаващите артериалното налягане алели не се изключват едни други по принципа 1+( 1)=0 или съществува по-комплексно взаимодействие? ЛКП ЛКП епистатични взаимодействия Най-добрият пример за епистатично взаимодействие е представен от проучване на взаимодействието между два прилежащи ЛКП C10QTL1 и C10QTL4, чиито хромозомни интервали са прецизирани почти до експериментални граници 62. Съответно 16 и 10 гена или и локуси се намират на всеки ЛКП интервал. С тази фина конгенна резолюция е елиминирана възможността във всеки ЛКП интервал да съществува повече от един ЛКП. Епистатичната йерархия между двата ЛКП не е известна обаче, тъй като техните ефекти върху артериалното налягане са неразграничими. Пример за йерархична зависимост между двата епистатични ЛКП е взаимодействието на два ЛКП върху хромозома 3. Един ЛКП притежава хипотензивен ефект, а другият хипертензивен 67. В комбинация техните ефекти върху артериалното налягане се очаква да се компенсират взаимно, но реалният ефект на комбинацията е понижение на артериалното налягане до същото ниво, до което понижава налягането и само понижаващият артериалното налягане алел. Това показва, че понижаващият артериалното налягане алел действа епистатично по отношение на повишаващия налягането алел. Класификация на ЛКП за артериалното налягане в зависимост от епистатичните модули Епистатичните взаимодействия са такива, че ефектът на множество ЛКП, които действат епистатично един спрямо друг, не могат да надвишат ефекта на единичен ЛКП 62. ЛКП, който стои по-високо в епистатичната йерархия, надхвърля ефекта на ЛКП, който стои по-ниско в йерархията. Това обяснява, поне отчасти, парадоксалния феномен на наличие на нормално артериално налягане при носителство на повишаващи налягането алели и как се поддържа хипертония при носителство на понижаващи налягането алели. На фиг. 1 е представена вероятната механистична йерархия на няколко ЛКП. Повишаващият налягането ЛКП и понижаващият налягането ЛКП вероятно участват в обща, йерархична каскада. Всеки от тях може да участва в една от последователните стъпки, водещи до финално определяне на артериалното налягане (както в p/c1, фиг. 1). Тъй като те имат неразличими фенотипни ефекти и първият има епистатичен ефект по отношение на втория, понижаващият налягането ЛКП ще действа в последната част на p/c1. Останалите ЛКП могат да бъдат модулирани в зависимост от известните за тях епистатични зависимости (фиг. 1). 60

7 Модул 1 p/c1? Модул 2 p/c2 Модул 3 p/c3 +BP QTL C10QTL1 C10QTL4 C10QTL3 C10QTL2 -BP QTL АН? Модул 4 p/c4 Модул 5 p/c5 (C2QTL1) C2QTL2? Модул 6 p/c6 p/c7? (Модул 7) C2QTL3 (C2QTL1) C18QTL1 C18QTL2 C18QTL3 Фиг. 1. Предварително организиране на ЛКП (QTL) за артериалното налягане (АН) при плъхове DSS в епистатични модули Предложената схема е опростена и не включва шънтове, бифуркации и/или компенсаторни пътища/каскади (p/cs). Модул означава епистатичен модул. p/c1 (или модул 1) е базиран на резултатите, публикувани от Palijan 67, p/c2 (модул 2) и p/c3 (модул 3) са базирани на резултатите на Charron 62, p/c4 (модул 4) и p/c5 (модул 5) са базирани на резултатите на Dutil 68, а p/c6 (модул 6) е базиран на резултатите на Charron 69. Известно е, че модули 2 и 3 са различни, както и модули 4 и 5. Не е известно каква е зависимостта между някои модули. Така например модул 1 може да принадлежи към останалите пет модула или да е независим. Модул 2 е независим от модул 3, но може да принадлежи към останалите 4 модули или да е отделен. Подобно е положението и по отношение на зависимостите между останалите модули. Само епистатичната йерархия между BP QTL е +BP QTL в модул 1 е определена. Епистатичната йерархия между ЛКП в останалите модули не е известна. Стрелките и прекурсорите в един p/c само посочват общите направления и генерираните продукти. Те не означават последователни стъпки, нито брой на стъпките, нито точното положение на p/c. Възможно е да съществуват различен брой стъпки между два прекурсора. Символите + и означават ЛКП алели на LEW с повишаващ и понижаващ артериалното налягане ефект. Механистичната схема, представена на фиг. 1, служи като основен строителен блок и входна точка, около която се интегрират всички ЛКП, свързани с регулацията на артериалното налягане. За постигането на тази цел са необходими двойни конгенетични комбинации между два ЛКП, репрезентативни по отношение на всеки епистатичен модул. Ако те действат епистатично, могат да бъдат каталогизирани в един и същи модуларен p/c, ако не принадлежат към различни модуларни p/c. ЛКП с адитивни ефекти върху артериалното налягане Ефектите на някои комбинации от ЛКП са адитивни, не епистатични. Например, C2QTL2 и C2QTL3 имат адитивни ефекти по отношение един на друг, тоест всеки ЛКП може да повиши ефекта на другия. В този случай всеки ЛКП може да използва отделен паралелен p/c, напр. p/c4 и p/c5 (фиг. 1), и в комбинация C2QTL2 и C2QTL3 могат да доведат до общ адитивен ефект. Потенциални гени на есенциалната хипертония Разкрити са молекулните механизми, които определят някои редки моногенни форми на хипертония и хипотония 70, 71, но малък успех има в идентифицирането на гените и подлежащите механизми на есенциалната хипертония. Основна причина за това е, че множество взаимодействащи си ЛКП могат да повлияят фенотипа и множество ЛКП имат отношение към определянето на артериалното налягане. ЛКП за артериалното налягане могат да бъдат контролирани чрез регулаторни системи 69. Към тези сложни генетични механизми се добавят и наследствени ограничения като генетична хетерогенност, фенотипна вариабилност, статистическа грешка, фактори на околната среда при всички изследвани модели на есенциалната хипертония при човек. Изследванията на есенциалната хипертония при човек са ограничени и от корелативните резултати. При човешките изследвания са недопустими експериментални манипулации, за да бъде изведена 62

8 причинно-следствената зависимост. Резултатите от директните (напр. асоциация на гените) и индиректните (геномно свързано унаследяване) подходи 72 предоставиха информация за потенциалните кандидат-гени и хромозомни региони, съдържащи ЛКП за есенциална хипертония. Въпреки че изследванията на геномните асоциации бяха използвани за откриване на предразположение за развитие на определени заболявания 73, 74, те имат приложение и по отношение на есенциалната хипертония. Приемайки, че изследваният ген е каузален, а не просто маркер на контрола на артериалното налягане, изследваният кандидат-ген трябва да бъде асоцииран с есенциалната хипертония. Въз основа на това приемане са извършени множество проучвания на потенциални гени. Тези гени принадлежат към пет физиологични класа: ренин-ангиотензиналдостеронова система, натриева концентрация, адренергична система, съдова система и метаболитна система 75. В табл. 3 са представени резултатите от мета-анализи на кандидат-гени за есенциална хипертония 1, 76, 77. От животински модели към човека Нови експериментални проучвания разкриха молекулните пътища и концептуалните механизми на ЛКП за полигенната хипертония. Те могат да бъдат полезни за разбирането на есенциалната хипертония по няколко начина. Първо, разкриването на молекулната база за индивидуални ЛКП за артериалното налягане може да бъде от полза за изучаването на патофизиологичните механизми на есенциалната хипертония. Например α-адуцин е открит за първи път в полигенния модел Milan и по-късно е използван за провеждане на асоциационни проучвания при есенциална хипертония 78, -Адуцин може да предизвика развитие на хипертония чрез подобряване на тубулната натриева абсорбция. Друг ЛКП за артериалното налягане е 11 -хидроксилазата (Cyp11b1) в плъховете на Дал 79, независимо от малкото асоциационни проучвания на CYP11B1, проведени при есенциална хипертония 80. Второ, концепциите за полигенната хипертония, разработени въз основа на животински модели, могат да подобрят познанията ни за есенциалната хипертония. Важно откритие е, че докато един ген или хромозомен регион е свързан с есенциалната хипертония в една популация, в друга може да не е (табл. 2). Тази непоследователност направи всички резултати от генетичните изследвания недостоверни или неокончателни 75, 81. Гените, представени в табл. 2, изглежда подчертават този проблем. Той може да се дължи, поне отчасти, на специфичността на популацията и генетичният механизъм може да бъде обяснен чрез данни, получени от животински проучвания на полигенната хипертония. Тъй като дефект в един ЛКП в един епистатичен модул (фиг. 1) може да бъде достатъчен, за да окаже ефект върху артериалното налягане, едно лице с хипертония, представително за специфична популация, може да има промяна в един ЛКП, а друго лице Ген ACE AGT CYP11B2 GNB3 MTHFR NOS3 Геномно изследване Резултати Инсерция/делеция на ACE, не асоциирана с хипертония в немска популация Инсерция/делеция на ACE, не асоциирана с хипертония AGT-6 не е асоцииран с артериалното налягане M235T е асоцииран с хипертония при кавказката и азиатската раса M235T е асоцииран с хипертония в немска популация Слаба асоциация с M235T 17% по-висок риск при носителите на T-алела в сравнение с C-алела с етническа вариабилност Малка, но сигнификантна обща асоциация на C-T полиморфизъм с есенциална хипертония и географска асоциация, свързана с географската ширина T-алелът е асоцииран с повишен риск за диастолна хипертония и хетерогенност по време на бременност Етнически зависима асоциация с 4b/a полиморфизъм Предполагаема свързаност на 2p14 и 3p14.1 с артериалното налягане Предполагаема свързаност на 2p и 7p при африканската раса Свързаност на артериалното налягане с 3p14.1-q12.3 и 2p12-q22.1 при кавказката раса Предполагаема свързаност на множество региони с артериалното налягане Tабл. 3. Мета-анализ на хромозомните региони и кандидат-гените ACE ангиотензин-конвертиращ ензим; AGT ангиотензиноген; AGTR1 ангиотензинов рецептор тип 1; CYP11B2 алдостерон-синтаза; END ендотелин; GNB3 G-протеин 3; MTHFR метилентетрахидрофолат-редуктаза; NOS3 синтаза на азотния оксид 63

9 с хипертония, представително за друга популация, може да има промяна в съвсем различен ЛКП в същия епистатичен модул. Следователно и двете лица са с повишено артериално налягане, но подлежащите генетични промени са различни. Освен това дефект в ЛКП на по-високо ниво в епистатичната йерархия може да маскира ефектите на ЛКП на по-ниско ниво в същия път/каскада. При анализ на функцията на ЛКП в асоциация с артериалното налягане в човешки проучвания, липсата на ефект очевидно се дължи на инхибиция на друг ген в епистатичната йерархия. Друг важен резултат от животинските модели на полигенната хипертония по отношение на есенциалната хипертония е, че основните ефекти на ЛКП на артериалното налягане могат да бъдат маскирани от генетичната хетерогенност. Класическото схващане е, че артериалното налягане е количествен и полигенен признак и следователно всеки ЛКП може да притежава само малък ефект върху общото артериално налягане и е необходима комбинация от повече от един ЛКП за достигане на прага, който произвежда фенотипен ефект. Тази хипотеза е използвана за обяснение на наблюдението, че не са открити големи ЛКП в популационните проучвания 81, 82. Обратно на това наблюдение, почти всички ЛКП с доказана причинно-следствена зависимост имат големи ефекти върху артериалното налягане (табл. 2). Само един ЛКП е достатъчен, за да промени артериалното налягане (табл. 2). Дори единичен доминантен алел на ЛКП е достатъчен, за да окаже силен ефект върху артериалното налягане, съпоставим с ефекта на два алела 83. Няма проучвания на значимите ЛКП за артериална хипертония при хора, дори при изолирани популации. Причината вероятно са присъщите ограничения на човешкия генетичен анализ. Подобно на свързаното унаследяване при животински популации 84, генетичната хетерогенност размива ефекта на единичния ЛКП за артериалното налягане и го допълва с ЛКП ЛКП и геномната регулация 69. Дори при свързаното унаследяване в животински популации при еднаква среда ЛКП с големи ефекти, като C18QTL1 (48%) 69, проявява малък ефект (7.5%) 85. Генетичната хетерогенност сама по себе си е достатъчна, за да обясни липсата на големи ефекти на ЛКП в човешки проучвания. Перспективи Съществуват много затруднения при идентифицирането на ЛКП на молекулно ниво при животни и хора, при изучаването на функционалната йерархия на ЛКП, при изследването на геномните регулаторни механизми, контролиращи функциите на ЛКП, и при разкриването на взаимодействията ген околна среда и ген пол и епигенетичните ефекти върху контрола на артериалното налягане. Първо, идентификацията на ЛКП при животински модели се нуждае от интеграция на мутационните промени на даден ген за един ЛКП (напр. чрез генно профилиране и мутационен скрининг) с функционална валидация (напр. чрез фина конгенетична резолюция, трансгенеза и/или генно таргетиране) 61. След идентифицирането на ЛКП на молекулно ниво може да се извърши директен пренос на патофизиологичния механизъм към есенциалната хипертония. Второ, докато ЛКП за артериалното налягане може да бъде проучен чрез корелация чрез асоциация на гена в човешката популация и дори в популация с есенциална хипертония с помощта на най-мощните статистически инструменти 76, валидността на кандидат-гена трябва да бъде потвърдена чрез подходящ животински модел чрез фина конгенетична резолюция, трансгенеза и/или генно таргетиране. Трето, регулаторните механизми или идентификацията на супресори на хипертонията могат да променят функциите на ЛКП за артериалното налягане 69. Два типа генетични фактори могат да действат като супресори на хипертонията един или няколко ЛКП за артериалното налягане сами по себе си и един или няколко гена, различни от ЛКП. Ако ЛКП за артериалното налягане е такъв супресор на хипертонията, комбинацията му с друг конгенетичен щам в двойна или множествена комбинация може да доведе до интересни резултати. Ако супресорът е ген, различен от ЛКП, е необходимо да бъде изолиран хромозомният сегмент, в който се намира генът, и да бъде подложен на молекулна идентификация. На последно място, взаимодействията между гените и околната среда, епигенетичните фактори, взаимодействията между гените, ефектите на стареенето и солевата чувствителност могат да повлияят развитието на хипертонията Следва продължение 64