DOI: 10.18413/2658-6533-2020- 6-3-0-4

Современная геномика в изучении проблем адаптации человека к климату в высоких широтах Сибири

Людмила Павловна Осипова
Дарья Вениаминовна Личман
Брайан Холлмарк
Татьяна Михайловна Карафет
Пэн Сан Сиэ
Джозеф С. Уоткинс
Майкл Ф. Хаммер

Актуальность: Коренные жители Сибири живут в экстремально суровых природных условиях на Земле, испытывая на себе длительное воздействие холода, сильных колебаний продолжительности светового дня и довольно ограниченного рациона питания. Очевидно, что успешное освоение человеком столь сложных для проживания территорий связано не только с культурной, но и с генетической адаптацией. Однако конкретные механизмы генетического приспособления к холодному климату, а также к диете с высоким содержанием животных жиров до сих пор остаются мало изученными. Цель исследования: Поиск маркеров полигенного отбора к климатическому стрессу в высоких северных широтах и пищевому рациону, основанному на богатой животными жирами пище. Материалы и методы: Исследование состояло из трёх этапов. На первом этапе в популяциях нганасан Таймыра (N=21) и якутов Республики Саха (N=21) выполнены отборочное полноэкзомное сканирование и полногеномный анализ однонуклеотидных замен (SNP). На втором этапе в «хвостах» эмпирических распределений выявлены гены-кандидаты, связанные с биологическими процессами и фенотипами, имеющими отношение к адаптации в циркумполярных группах. На третьем этапе лучшие кандидаты генотипированы в дополнительных популяциях Сибири, чтобы определить пространственное распределение частот аллелей и их ассоциации с климатическими переменными. Результаты: Были выявлены гены-кандидаты, из которых наибольший интерес представили гены PLA2G2A, PLIN1, ANGPTL8, вовлечённые в липидный метаболизм и связанные с бурой жировой тканью. В этих генах обнаружены несинонимичные замены, распространённость которых в северных популяциях указывает на вероятное воздействие естественного отбора. Заключение: Полученные результаты подтверждают гипотезу о том, что коренные популяции Сибири генетически адаптировались к жёсткой среде обитания путем отбора по нескольким генам, имеющим отношение к метаболизму жиров.

Ключевые слова: генетика популяций, естественный отбор, холодный климат, липидный обмен, гены PLA2G2A, PLIN1, ANGPTL8, однонуклеотидный полиморфизм.

Количество просмотров: 1420 (смотреть статистику)

Количество скачиваний: 4461

Полный текст (HTML)Полный текст (PDF)К списку статей

Информация для цитирования:

Осипова ЛП, Личман ДВ, Холлмарк Б, и др. Современная геномика в изучении проблем адаптации человека к климату в высоких широтах Сибири. Научные результаты биомедицинских исследований.2020;6(3):323-337.[Osipova LP, Lichman DV, Hallmark B, et al. Modern genomics in studying the problems of human adaptation to climate in north Siberia. Research Results in Biomedicine. 2020;6(3):323-337. Russian]. DOI: 10.18413/2658-6533-2020-6-3-0-4

Комментарии
Список литературы
Благодарности

Пока никто не оставил комментариев к этой публикации.
Вы можете быть первым.

Kuzmin YV, Keates SG. Siberia and neighboring regions in the Last Glacial Maximum: did people occupy northern Eurasia at that time? Journal of Anthropological Archaeology. 2018;10(1):111-24. DOI: https://doi.org/10.1007/s12520-016-0342-z
Pitulko VV, Tikhonov AN, Pavlova EY, et al. Paleoanthropology: Early human presence in the Arctic: Evidence from 45,000-year-old mammoth remains. Science. 2016;351(6270):260-3. DOI: https://doi.org/10.1126/science.aad0554
Pitulko V, Pavlova E, Nikolskiy P. Revising the archaeological record of the Upper Pleistocene Arctic Siberia: Human dispersal and adaptations in MIS 3 and 2. Quaternary Science Reviews. 2017;165:127-48. DOI: https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2017.04.004
Karafet TM, Osipova LP, Gubina MA, et al. High levels of Y-chromosome differentiation among native Siberian populations and the genetic signature of a boreal hunter-gatherer way of life. Human Biology. 2002;74(6):761-89. DOI: https://doi.org/10.1353/hub.2003.0006
Pugach I, Matveev R, Spitsyn V, et al. The Complex Admixture History and Recent Southern Origins of Siberian Populations. Molecular Biology and Evolution. 2016;33(7):1777-95. DOI: https://doi.org/10.1093/molbev/msw055
Tishkoff SA, Reed FA, Ranciaro A, et al. Convergent adaptation of human lactase persistence in Africa and Europe. Nature Genetics. 2007;39(1):31-40. DOI: https://doi.org/10.1038/ng1946
Antelope CX, Marnetto D, Casey F, et al. Leveraging multiple populations across time helps define accurate models of human evolution: A reanalysis of the lactase persistence adaptation. Human Biology. 2017;89(1):81-97. DOI: https://doi.org/10.13110/humanbiology.89.1.05
Hancock AM, Witonsky DB, Ehler E, et al. Human adaptations to diet, subsistence, and ecoregion are due to subtle shifts in allele frequency. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2010;107(Suppl 2):8924-30. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.0914625107
Cannon B, Nedergaard J. Brown Adipose Tissue: Function and Physiological Significance. Physiological Reviews. 2004;84(1):277-359. DOI: https://doi.org/10.1152/physrev.00015.2003
De Marchi U, Castelbou C, Demaurex N. Uncoupling protein 3 (UCP3) modulates the activity of sarco/endoplasmic reticulum Ca 2+-ATPase (SERCA) by decreasing mitochondrial ATP Production. Journal of Biological Chemistry. 2011;286(37):32533-41. DOI: https://doi.org/10.1074/jbc.M110.216044
Cardona A, Pagani L, Antao T, et al. Genome-Wide Analysis of Cold Adaptation in Indigenous Siberian Populations [Internet]. PLoS One. 2014 [cited 2019 Nov 20];9(5):e98076. URL: https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0098076. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0098076
Clemente FJ, Cardona A, Inchley CE, et al. A Selective Sweep on a Deleterious Mutation in CPT1A in Arctic Populations. American Journal of Human Genetics. 2014;95(5):584-9. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ajhg.2014.09.016
Bonnefont JP, Djouadi F, Prip-Buus C, et al. Carnitine palmitoyltransferases 1 and 2: Biochemical, molecular and medical aspects. Molecular Aspects of Medicine. 2004;25(5-6):495-520. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mam.2004.06.004
Glaser C, Heinrich J, Koletzko B. Role of FADS1 and FADS2 polymorphisms in polyunsaturated fatty acid metabolism. Metabolism. 2010;59(7):993-9. DOI: https://doi.org/10.1016/j.metabol.2009.10.022
Fumagalli M, Moltke I, Grarup N, et al. Greenlandic Inuit show genetic signatures of diet and climate adaptation. Science. 2015;349(6254):1343-7. DOI: https://doi.org/10.1126/science.aab2319
Gburcik V, Cawthorn WP, Nedergaard J, et al. An essential role for tbx15 in the differentiation of brown and ‘brite’ but not white adipocytes. American Journal of Physiology – Endocrinology and Metabolism. 2012;303(8):E1053-60. DOI: https://doi.org/10.1152/ajpendo.00104.2012.
Hsieh PH, Hallmark B, Watkins J, et al. Exome sequencing provides evidence of polygenic adaptation to a fat-rich animal diet in indigenous siberian populations. Molecular Biology and Evolution. 2017;34(11):2913-26. DOI: https://doi.org/10.1093/molbev/msx226
Отева ЭА, Масленников АБ, Николаева АА, и др. Особенности липидного состава сыворотки крови у северных селькупов. Терапевтический архив. 1993;65(1):21-24.
Leonard WR, Snodgrass JJ, Sorensen M V. Metabolic adaptation in indigenous Siberian populations. Annual Review of Anthropology. 2005;34(1):451-71. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev.anthro.34.081804.120558
Leonard WR, Sorensen MV, Galloway VA, et al. Climatic influences on basal metabolic rates among circumpolar populations. American Journal of Human Biology. 2002;14(5):609-20. DOI: https://doi.org/10.1002/ajhb.10072
Snodgrass JJ, Leonard WR, Tarskaia LA, et al. Basal metabolic rate in the Yakut (Sakha) of Siberia. American Journal of Human Biology. 2005;17(2):155-72. DOI: https://doi.org/10.1002/ajhb.20106
Tansey JT, Sztalryd C, Hlavin EM, et al. The central role of perilipin A in lipid metabolism and adipocyte lipolysis. IUBMB Life. 2004;56(7):379-85. DOI: https://doi.org/10.1080/15216540400009968
Jang Y, Kim OY, Lee JH, et al. Genetic variation at the perilipin locus is associated with changes in serum free fatty acids and abdominal fat following mild weight loss. International Journal of Obesity. 2006;30(11):1601-8. DOI: https://doi.org/10.1038/sj.ijo.0803312
Song W, Yu H, Lin Y, et al. A functional variant in the exon 5 of PLIN1 reduces risk of central obesity by possible regulation of lipid storage. Biochemical and Biophysical Research Communications. 2015;456(4):896-900. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2014.12.053
Quagliarini F, Wang Y, Kozlitina J, et al. Atypical angiopoietin-like protein that regulates ANGPTL3. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2012;109(48):19751-6. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1217552109
Guo T, Yin RX, Wu J, et al. Association of the angiopoietin-like protein 8 rs2278426 polymorphism and several environmental factors with serum lipid levels. Molecular Medicine Reports. 2015;12(3):3285-96. DOI: https://doi.org/10.3892/mmr.2015.3825
Hernandez RD, Kelley JL, Elyashiv E, et al. Classic selective sweeps were rare in recent human evolution. Science. 2011;331(6019):920-4. DOI: https://doi.org/10.1126/science.1198878
Granka JM, Henn BM, Gignoux CR, et al. Limited evidence for classic selective sweeps in African populations. Genetics. 2012;192(3):1049-64. DOI: https://doi.org/10.1534/genetics.112.144071
Hancock AM, Witonsky DB, Alkorta-Aranburu G, et al. Adaptations to climate-mediated selective pressures in humans [Internet]. PLoS Genetics. 2011 [cited 2019 Nov 20];7(4):e1001375. URL: https://journals.plos.org/plosgenetics/article?id=10.1371/journal.pgen.1001375. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1001375
Hancock AM, Clark VJ, Qian Y, et al. Population genetic analysis of the uncoupling proteins supports a role for UCP3 in human cold resistance. Molecular Biology and Evolution. 2011;28(1):601-14. DOI: https://doi.org/10.1093/molbev/msq228
Vitti JJ, Grossman SR, Sabeti PC. Detecting Natural Selection in Genomic Data. Annual Review of Genetics. 2013;47(1):97-120. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev-genet-111212-133526
Konige M, Wang H, Sztalryd C. Role of adipose specific lipid droplet proteins in maintaining whole body energy homeostasis. Biochimica et Biophysica Acta – Molecular Basis of Disease. 2014;1842(3):393-401. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bbadis.2013.05.007
Sun Z, Gong J, Wu H, et al. Perilipin1 promotes unilocular lipid droplet formation through the activation of Fsp27 in adipocytes. Nature Communications. 2013;4:1594. DOI: https://doi.org/10.1038/ncomms2581
Smith CE, Ordovás JM. Update on perilipin polymorphisms and obesity. Nutrition Reviews. 2012;70(10):611-21. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1753-4887.2012.00515.x
Dijk W, Kersten S. Regulation of lipid metabolism by angiopoietin-like proteins. Current Opinion in Lipidology. 2016;27(3):249-56. DOI: https://doi.org/10.1097/MOL.0000000000000290
Zhang R. The ANGPTL3-4-8 model, a molecular mechanism for triglyceride trafficking. Open Biology. 2016;6(4):150272.DOI: https://doi.org/10.1098/rsob.150272
Tseng YH, Ke PY, Liao CJ, et al. Chromosome 19 open reading frame 80 is upregulated by thyroid hormone and modulates autophagy and lipid metabolism. Autophagy. 2014;10(1):20-31. DOI: https://doi.org/10.4161/auto.26126
Tseng YH, Yeh YH, Chen WJ, et al. Emerging regulation and function of betatrophin. International Journal of Molecular Sciences. 2014;15(12):23640-57. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms151223640
Siddiqa A, Cirillo E, Tareen SHK, et al. Visualizing the regulatory role of Angiopoietin-like protein 8 (ANGPTL8) in glucose and lipid metabolic pathways. Genomics. 2017;109(5-6):408-18. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ygeno.2017.06.006
Burke JE, Dennis EA. Phospholipase A 2 structure/function, mechanism, and signaling. Journal of Lipid Research. 2009;50(Suppl):S237-42. DOI: https://doi.org/10.1194/jlr.R800033-JLR200
Ivandic B, Castellani LW, Wang XP, et al. Role of group II secretory phospholipase A2 in atherosclerosis: 1. Increased atherogenesis and altered lipoproteins in transgenic mice expressing group IIa phospholipase A2. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. 1999;19(5):1284-90. DOI: https://doi.org/10.1161/01.ATV.19.5.1284
Kugiyama K, Ota Y, Takazoe K, et al. Circulating levels of secretory type II phospholipase A 2 predict coronary events in patients with coronary artery disease. Circulation. 1999;100(12):1280-4. DOI: https://doi.org/10.1161/01.CIR.100.12.1280
Paradis ME, Hogue MO, Mauger JF, et al. Visceral adipose tissue accumulation, secretory phospholipase A 2-IIA and atherogenecity of LDL. International Journal of Obesity. 2006;30(11):1615-22. DOI: https://doi.org/10.1038/sj.ijo.0803315
Iyer A, Lim J, Poudyal H, et al. An inhibitor of phospholipase A 2 group IIA modulates adipocyte signaling and protects against diet-induced metabolic syndrome in rats. Diabetes. 2012;61(9):2320-9. DOI: https://doi.org/10.2337/db11-1179
Monroy-Muñoz IE, Angeles-Martinez J, Posadas-Sánchez R, et al. PLA2G2A polymorphisms are associated with metabolic syndrome and type 2 diabetes mellitus. Results from the genetics of atherosclerotic disease Mexican study. Immunobiology. 2017;222(10):967-72. DOI: https://doi.org/10.1016/j.imbio.2016.08.014
Ozguven S, Ones T, Yilmaz Y, et al. The role of active brown adipose tissue in human metabolism. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 2016;43(2):355-61. DOI: https://doi.org/10.1007/s00259-015-3166-7
Shao X, Yang W, Shao X, et al. The role of active brown adipose tissue (aBAT) in lipid metabolism in healthy Chinese adults [Internet]. Lipids in Health and Disease. 2016 [cited 2019 Nov 20];15(1):138. URL: https://lipidworld.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12944-016-0310-8. DOI: https://doi.org/10.1186/s12944-016-0310-8
Souza SC, Christoffolete MA, Ribeiro MO, et al. Perilipin regulates the thermogenic actions of norepinephrine in brown adipose tissue. Journal of Lipid Research. 2007;48(6):1273-9. DOI: https://doi.org/10.1194/jlr.M700047-JLR200
Sawada T, Miyoshi H, Shimada K, et al. Perilipin overexpression in white adipose tissue induces a brown fat-like phenotype [Internet]. PLoS One. 2010 [cited 2019 Nov 20];5(11):e14006. URL: https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0014006. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0014006
Fu Z, Yao F, Abou-Samra AB, et al. Lipasin, thermoregulated in brown fat, is a novel but atypical member of the angiopoietin-like protein family. Biochemical and Biophysical Research Communications. 2013;430(3):1126-31. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2012.12.025
Kuefner MS, Pham K, Redd JR, et al. Secretory phospholipase A2 group IIA modulates insulin sensitivity and metabolism. Journal of Lipid Research. 2017;58(9):1822-33. DOI: https://doi.org/10.1194/jlr.M076141
Snodgrass JJ, Leonard WR, Tarskaia LA, et al. Total energy expenditure in the Yakut (Sakha) of Siberia as measured by the doubly labeled water method. American Journal of Clinical Nutrition. 2006;84(4):798-806. DOI: https://doi.org/10.1093/ajcn/84.4.798
Snodgrass JJ. Health of Indigenous Circumpolar Populations. Annual Review of Anthropology. 2013;42(1):69-87. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev-anthro-092412-155517

Все журналы

Отправить статью

Научные результаты биомедицинских исследований включен в научную базу РИНЦ (лицензионный договор № 765-12/2014 от 08.12.2014).

Журнал включен в перечень рецензируемых научных изданий, рекомендуемых ВАК

Журнал индексируется следующими научными базами и платформами

Научные результаты биомедицинских исследований (ISSN 2658-6533)

The journal materials and website are licensed under Creative Commons «Attribution» 4.0 International.

Учредитель: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Белгородский государственный национальный исследовательский университет» (НИУ «БелГУ»). Адрес: 308015, Белгородская область, г. Белгород, ул. Победы, 85.

Издатель: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Белгородский государственный национальный исследовательский университет» (НИУ «БелГУ»). Адрес: 308015, Белгородская область, г. Белгород, ул. Победы, 85.

Редакция: главный редактор Михаил Иванович Чурносов, e-mail: RR_MedPharm@bsuedu.ru, тел.: +7 (4722) 30-14-03.

Положение о журнале

Регистрационный номер: ЭЛ № ФС 77 - 74739 от 29.12.2018

Остались вопросы?
Можете написать нам:

✉ Ответственный cекретарь

✉ Администратор сайта

✉ Контент менеджер