«ИММУНОГЕНЕТИЧЕСКИЙ ПРОФИЛЬ ПОПУЛЯЦИЙ ЧЕЛЯБИНСКОЙ ОБЛАСТИ (РУССКИЕ, ТАТАРЫ, БАШКИРЫ, НАГАЙБАКИ) В СТРУКТУРЕ МИРОВЫХ ПОПУЛЯЦИЙ ...»

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Челябинский государственный университет»

На правах рукописи

Чернова Мария Сергеевна

ИММУНОГЕНЕТИЧЕСКИЙ ПРОФИЛЬ ПОПУЛЯЦИЙ

ЧЕЛЯБИНСКОЙ ОБЛАСТИ (РУССКИЕ, ТАТАРЫ, БАШКИРЫ,

НАГАЙБАКИ) В СТРУКТУРЕ МИРОВЫХ ПОПУЛЯЦИЙ

14.03.09 – Клиническая иммунология, аллергология Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель:

Бурмистрова Александра Леонидовна доктор медицинских наук, профессор Челябинск - Оглавление Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Характеристика и эволюция системы HLA

1.2. Значение HLA в антропологии и популяционной генетике........ 1.3. Популяции Челябинской области

Глава 2. Материалы и методы исследования

2.1. Контингент обследуемых лиц

2.2. Иммуногенетическое типирование

2.3. Статистическая обработка

Глава 3. Результаты

3.1. Русские ЧО. Распределение частот генов HLA-А и -В и их гаплотипов

3.2. Татары ЧО. Распределение частот генов HLA-А и -В и их гаплотипов

3.3. Башкиры ЧО. Распределение частот генов HLA-А и -В и их гаплотипов

3.4. Нагайбаки ЧО. Распределение частот генов HLA-А и -В и их гаплотипов

3.5. Неравновесное сцепление между локусами HLA A и В в популяциях Челябинской области

3.6. Генетические расстояния между популяциями ЧО и другими мировыми популяциями

3.7. Дерево популяций

3.8. Анализ соответствий

3.9. Корреляция между географическим и генетическим расстояниями

Глава 4. Обсуждение

Заключение

Список сокращений

Список литературы

Приложение

Введение Актуальность темы исследования и степень ее разработанности Открытие первого лейкоцитарного антигена человека Жаном Досе в 1958 году [65] положило начало всестороннему изучению системы HLA (Human Leukocyte Antigen). Интенсивному развитию исследований в значительной мере способствовало тесное сотрудничество ученых из разных стран мира. Международные рабочие совещания, посвященные HLA и Иммуногенетике, сыграли важную роль в изучении главного комплекса гистосовместимости, разработке классификации и номенклатуры аллелей, а также помогли разработать стандарты для клинической практики.

На сегодняшний день система HLA представляет собой одну из самых изученных генетических систем организма человека. Это объясняется тем, что она является ключевым элементом в иммунной системе, позволяющим отличать «свое» от «чужого» [35, 61, 113]. По этой причине для успешной трансплантации органов и тканей необходимо максимальное совпадение донора и реципиента по антигенам HLA.

Помимо этого, гены HLA играют важную роль в предрасположенности к ряду аутоиммунных и инфекционных заболеваний, определяя адекватность иммунного ответа [34, 48, 98, 137, 153]. Тщательный молекулярный анализ этих генов ложится в основу эпидемиологических исследований. Статистические сравнения между группой больных и контролем, принадлежащими к одной популяции, позволяют установить предрасположенность или устойчивость, связанную с определенными аллелями HLA. Знание о повышенной частоте предрасполагающего аллеля в данной популяции является важным условием при оценке генетических рисков развития аутоиммунных и инфекционных заболеваний, определяя адекватность иммунного ответа [53, 58, 108].

Помимо непосредственной практической значимости в медицине система HLA благодаря необычайному полиморфизму представляет большой интерес для антропологических исследований, изучения генетической истории человеческого вида и механизмов молекулярной эволюции [122, 133, 149]. Уже в 1980 году Жан Досе в своей нобелевской речи подчеркивал особую роль HLA в антропологических исследованиях [66]. В настоящее время на ежегодных конференциях, посвященных иммуногенетике, значительное внимание уделяется исследованию профилей HLA различных мировых популяций, а гены системы HLA, наряду с другими генетическими маркерами (мтДНК, Y-хромосома, микросателлитные локусы), используются для исследований демографической истории популяций.

Российская Федерация является одним из наименее изученных регионов мира в плане установления HLA-профиля популяций. Это связано как с е размерами, так и с чрезвычайно большим числом народностей, проживающих на е территории. В связи с этим, этническое разнообразие нашей страны не было использовано в полной мере для исследования полиморфизма генов HLA. Однако в последние годы, благодаря распространению в России методов ДНК-типирования, такая возможность появилась. [27].

многонациональных и поликонфессиональных регионов России. С глубокой древности на территории края сталкивались народы, пришедшие с Востока и с Запада. В результате их взаимодействия происходило не только взаимное проникновение культурных влияний, но также генетическое смешение и формирование новых этносов. На сегодняшний день Челябинская область насчитывает более 20 национальностей, из которых, согласно Всероссийской переписи населения 2010 г., 83,8 % составляют русские, 5,36 % – татары и 4,81 % – башкиры. Кроме того, на территории Челябинской области проживает 7679 нагайбаков, что составляет 90% от общей численности этой популяции [74]. Неизбежный процесс глобализации, активно начавшийся в XX веке, неумолимо стирает перемещения и исчезновение необходимости выбора брачного партнера в пределах своей популяции приводят к обмену генами между ранее изолированными народами, что в значительной мере затрудняет популяционно-генетические исследования. Эти обстоятельства объясняют необходимость проведения подобных исследований в настоящее время.

Цель исследования Установить иммуногенетический профиль популяций Челябинской области (русские, татары, башкиры и нагайбаки) по генам HLA I класса (HLA-A и -B) и определить их место в структуре мировых популяций.

Задачи исследования 1. Охарактеризовать распределение генных частот локусов HLA-А и -В, а также их гаплотипических сочетаний в 4-х популяциях Челябинской области: русские, татары, башкиры, нагайбаки.

2. Исходя из полученных частот локусов HLA-А и -В рассчитать генетические расстояния между популяциями Челябинской области и другими мировыми популяциями, и на их основе построить дерево популяций.

3. На основе частот локусов HLA-А и -В провести анализ соответствий для последующего разделения популяций на группы и установления места популяций Челябинской области в структуре мировых популяций.

4. Рассмотреть корреляцию между генетическим и географическим расстояниями для популяций Челябинской области в сравнении с другими мировыми популяциями.

Методология и методы исследования «Популяционная иммуногенетика». Выборка представителей 4-х национальностей, проживающих на территории Челябинской области, проводилась среди доноров Челябинской областной станции переливания крови. Принадлежность к определенной этнической группе определялась согласно рекомендациям 8-го Международного Уоркшопа 1980 года.

В ходе экспериментальной части исследования установлено распределение генных частот локусов HLA A и B. Типирование проводилось при помощи полимеразной цепной реакции с сиквенсспецифическими праймерами.

Для проведения аналитической части исследования был произведен поиск данных о распределении генных частот HLA локусов А и В в мировых популяциях, в результате чего была сформирована выборка из 22х популяций, проживающих на Евразийском континенте. При выборе популяций особое внимание уделялось тому, чтобы генные частоты были определены с помощью молекулярно-генетических методов. Матрица распределения генных частот, включающая 26 популяций, легла в основу расчета генетических расстояний по Нею, которые, в свою очередь, стали основой для построения популяционного дерева методом объединенных соседей.

Для визуализации информации, заключенной в генных частотах, проведен анализ соответствий, который позволяет представить взаимное положение популяций на графике, построенном по двум первым осям инерции. Исходя из расположения популяций на графике анализа соответствий, популяции были разделены на группы.

Расстояния между популяциями, рассчитанные на основе их координат, на графике анализа соответствий, сопоставлены с физическими расстояниями между популяциями для определения корреляции между генетическим и географическим расстояниями.

Степень достоверности, апробация результатов, личное участие автора Результаты молекулярно-генетического типирования получены при помощи праймеров, успешно проходящими ежегодный контроль на качество типирования EPT (External Proficiency Testing), организованный Европейской Федерацией Иммуногенетики (EFI). Анализ результатов проводился методами, используемыми для обработки данных в популяционной иммуногенетике. Результаты, полученные на основе генов HLA, в целом согласуются с данными, представленным для мтДНК. В работе использованы современные методы получения и обработки исходной информации с использованием прикладных компьютерных программ: Arlequin 3.5, Phylip 3.68, R-статистика.

Основные результаты диссертации доложены и обсуждены на российских и зарубежных научных конференциях, посвященных HLA и иммунологического типирования тканей «Фундаментальное и прикладное значение оценки генов иммунного ответа» (г. Челябинск, 2008), Всероссийская конференция с международным участием «Главный комплекс гистосовместимости – к 50-летию открытия» (г. СанктПетербург, 2009), 5th East-West Immunogenetics Conference (Чехия, 2010), 25th European Immunogenetics and Histocompatibility Conference (Чехия, 2011), 8th East-West Immunogenetics Conference (Австрия, 2014).

Личный вклад соискателя состоит в непосредственном участии во всех этапах диссертационного исследования, в планировании научной работы, наборе популяционных выборок, проведении молекулярногенетического типирования, углубленном анализе отечественной и зарубежной научной литературы, анализе и интерпретации экспериментальных данных, их систематизации, статистической обработке с описанием полученных результатов, написании и оформлении рукописи диссертации, основных публикаций по выполненной работе.

Положения, выносимые на защиту Русские Челябинской области являются типично европеоидной популяцией, не демонстрирующей признаков монголоидного влияния.

Русская популяция – единственная из рассмотренных нами мировых популяций, для которой отсутствует корреляция между генетическим и географическим расстояниями.

Башкиры Челябинской области примерно в равной степени включают в себя как европеоидные, так и монголоидные характеристики распределения генов HLA. Среди популяций Челябинской области они демонстрируют наибольшую корреляцию между генетическим и географическим расстояниями. По всей видимости, башкиры не только первыми из исследованных популяций, появились на Южном Урале, но и сформировались как этнос на его территории.

Татары и нагайбаки Челябинской области располагаются среди популяций Юго-Восточной Европы (хорватов, македонцев, болгар, турок), в непосредственной близости друг от друга. В то же время, в обеих популяциях обнаружено аллельное семейство В*46, не встречающееся в европейских популяциях, а, следовательно, указывающее на присутствие монголоидного вклада в генофонд данных популяций.

Нагайбаки Челябинской области, несмотря на сходство с татарами, своими предполагаемыми предками, имеют ряд особенностей в распределении генов HLA. В нагайбакской популяции присутствует аллельное семейство В*45, не обнаруженное в других популяциях Челябинской области, и крайне редко встречающееся в других мировых популяциях. Кроме того, нагайбаки отличаются от других популяций Челябинской области наличием наибольшего количества уникальных гаплотипов HLA А-В, большинство из которых не характерно ни для одной другой мировой популяции.

Научная новизна В ходе нашего исследования впервые методом молекулярного типирования получены данные о распределении частот генов HLA A и HLA B, а также их гаплотипов, в 4-х популяциях Челябинской области:

русские, татары, башкиры, нагайбаки. Впервые, исходя из генных частот исследованными и мировыми популяциями, и на их основе построено неукорененное дерево объединенных соседей. Кроме того, впервые на основе генов HLA I класса проведен анализ соответствий для популяций Челябинской области (русские, татары, башкиры, нагайбаки), благодаря чему установлено их место в структуре мировых популяций.

Проведенные исследования демонстрируют уникальные особенности HLA-профиля популяций, проживающих на территории Южного Урала.

Полученные генные частоты вошли в международную базу данных The www.allelefrequencies.net.

закономерности распределения генов HLA в мировых популяциях, представляют интерес для изучения генетической истории человеческого вида, а, кроме того, создают основу для развития клинической трансплантологии, позволяя составить более эффективные алгоритмы поиска совместимого неродственного донора стволовой клетки.

Теоретическая и практическая значимость Данные о распределении частот генов HLA A и HLA B, а также их самостоятельное популяционно-генетическое значение. В 2011 году они были включены в международный проект Analysis of HLA Population Data (AHPD), результаты которого отражены в международной базе данных популяционной иммуногенетики The Allele Frequency Net Database www.allelefrequencies.net.

Полученные данные могут быть использованы в качестве контроля для исследований по проблеме «HLA и болезни» в соответствующих неродственного донора гемопоэтических стволовых клеток.

Внедрение результатов исследования в практику Результаты типирования представителей 4-х национальностей вошли в состав Регистра доноров стволовой клетки Челябинской областной станции переливания крови.

Данные о распределении генных частот HLA используются в качестве контроля при исследовании связи HLA с заболеваниями.

Результаты работы внедрены в учебный процесс: используются при преподавании отдельных тем курса иммунологии на биологическом факультете ФГБОУ ВПО «Челябинский государственный университет».

Автор имеет 25 опубликованных работ, из них по теме диссертации опубликовано 16 научных работ общим объмом 2,7 печатного листа, в том числе 5 публикаций в научных журналах и изданиях, которые включены в перечень российских рецензируемых научных журналов и изданий для опубликования основных научных результатов диссертаций, а опубликовано 5 работ в материалах всероссийских и международных конференций.

Структура и объем диссертации Диссертация изложена на 101 странице машинописного текста.

Состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов исследования, обсуждения полученных результатов, заключения, выводов, списка сокращений, списка литературы и приложения. Диссертация иллюстрирована 10 таблицами 7 рисунками.

Список литературы содержит 175 источников, в том числе 31 работ отечественных и 142 зарубежных авторов.

1.1. Характеристика и эволюция системы HLA В данном разделе рассматривается строение генов Главного комплекса гистовоместимости (MHC) человека или системы HLA (Human Leukocyte Antigen). Основное внимание уделено классическим генам первого класса, изученным в ходе исследования (HLA-А и HLA-В). Кроме того, рассмотрена эволюция данной генетической системы на протяжении миллионов лет. Рассмотрены модели эволюции мультигенных семейств, а также механизмы, принимающие участие в возникновении и поддержании полиморфизма.

Структура и свойства системы HLA. Система HLA была открыта в 1958 году Жаном Досе [65], 20 лет спустя после открытия ее аналога у мыши [84]. В 1984 году было установлено ее точное местоположение на коротком плече 6-й хромосомы 6p21.3 [125]. В 1999 году проведено полное секвенирование данного фрагмента размером 3,6 мегабаз [165].

Было выяснено, что регион MHC характеризуется высокой плотностью генов и включает значительное количество генов, связанных с иммунитетом (около 40% экспрессируемых генов).

В составе главного комплекса гистосовместимости выделяют три класса генов: I, II и III (рисунок 1). Такая кластерная организация системы HLA, скорее всего, имеет функциональное преимущество, и не является простым совпадением. Однако механизмы, непосредственно вовлеченные в его реализацию на сегодняшний день не известны [87]. Ближе всего к центромере находятся гены HLA II класса, представленные локусами HLADP, -DQ, -DR. Кодируемые ими молекулы в основном экспрессируются на поверхности клеток иммунной системы и построены из двух нековалентно связанных пептидных цепей примерно одинакового размера – (35 кД) и (28кД).

Рисунок 1 – Расположение генов I, II и III классов в регионе HLA на коротком плече 6-й хромосомы Участок протяженностью 1 Мб, расположенный между локусами генов I и II классов, включает гены III класса HLA. В его состав входят гены с различными функциями, такие как гены семейства TNF, ген HSP и гены комплемента (C2, C4B, C4A, Bf). В данном регионе практически нет псевдогенов, в отличие от участков, несущих гены первого и второго классов [165].

Среди генов HLA I класса выделяют «классические» локусы (HLAA, HLA-B, HLA-C) и «неклассические» (HLA-E, -F и -G). Последние отличаются ограниченным полиморфизмом и необычным тканевым распределением своих продуктов. Функции данных молекул долгое время оставались неизвестными, но на сегодняшний день описано, что они участвуют в поддержании иммунной толерантности [126].

Что касается «классических» генов I класса, то они экспрессируются на поверхности всех типов клеток, кроме эритроцитов и ворсинчатого трофобласта. Они представляют собой гетеродимеры, состоящие из двух полипептидных цепей – тяжелой (46 кД) и легкой (12 кД). Из них только тяжелая субъединица ( – цепь) является продуктом главного комплекса гистосовместимости и именно с ней связаны иммунные функции молекулы. Цепь пронизывает плазматическую мембрану и имеет три внеклеточных домена – 1, 2 и 3. Вариабельность молекулы сконцентрирована в доменах 1 и 3; домен 2 лишен полиморфизма.

Легкая () цепь представлена 2 – микроглобулином. Это продукт гена, который локализован на 15-ой хромосоме [83], т. е. не входит в состав комплекса HLA. 2 – микроглобулин генетически однороден и напрямую не участвует в реализации функций HLA – I. Его роль сводится к транспорту – цепи на поверхность клетки. 2 – микроглобулин не имеет трансмембранного участка, удерживаясь на мембране за счет нековалентной связи с – доменом. 2 – микроглобулин легко сбрасывается с клетки, и его определение в крови и моче используется в диагностике некоторых (прежде всего гематологических) заболеваний [19].

молекулы HLA I и II классов, представляет собой один из самых полиморфных регионов в геноме человека [81]. Постоянное обновление числа аллелей для каждого локуса HLA, регистрируется в базе данных IMGT/HLA (http://www.ebi.ac.uk/imgt/hla), которая предоставляет нуклеотидные и аминокислотные последовательности HLA аллелей и молекул, а также информацию о номенклатуре [144]. Наибольший уровень разнообразия, наблюдаемый в локусах HLA, находится во втором и третьем экзоне для генов I класса и во 2-м экзоне для генов II класса. Эти экзоны на уровне белков соответствуют антигенсвязывающему участку в молекуле HLA. В среднем различия между двумя аллелями HLA колеблются от 10 до 26 нуклеотидов, в зависимости от локуса, но может последовательности молекул HLA показывает, что аллельные варианты различаются заменами, соответствующими антигенсвязывающему участку, особенно в карманах, участвующих в связывании боковых цепей пептидов.

Пептиды элюированные от различных молекул HLA I класса различаются некоторыми позициями, в частности, соответствующими 2-ой и 9-ой аминокислоте в кармане [73]. На основании того, что различные молекулы HLA связывают разные пептиды, был сделан вывод о функциональном значении полиморфизма HLA (высокой степени вариабельности последовательностей), наличие которого позволяет молекуле HLA связывать большое количество разнообразных патогенов, представляемых Т-клеточным рецептором [149].

На сегодняшний день, согласно глобальной базе данных по инфекционным заболеваниям GIDEON, насчитывается почти (http://www.gideononline.com) опасных для человека патогенов. Учитывая количество неизвестных патогенов, а также патогенов, с которыми человечество сталкивалось на протяжении своей истории, неудивительно, что у генов, участвующих в иммунном ответе, наблюдается столь высокая степень полиморфизма. Поскольку иммунный ответ на определенный эпитоп пептида патогена зависит от аллеля HLA, присутствующего у индивидуума, гетерозиготные индивидуумы потенциально обладают большим антигенсвязывающим репертуаром, а значит могут с большим успехом противостоять патогенам [149].

характеристикой системы HLA является сильное неравновесное сцепление между ее локусами. Неравновесность сцепления означает, что антигены тесно сцепленных локусов оказываются вместе чаще, чем следует из предположения о случайной ассоциации [143]. Например, некоторые аллели локуса DRB1 демонстрируют сильное неравновесное сцепление со специфическими аллелями локусов DQA1 и DQB1. Более того, во многих популяциях аллели с высокой гомологией в одном локусе HLA (DRB1) могут находиться в неравновесном сцеплении с одними и теми же аллелями других локусов (DQA1 и DQB1), что может указывать на эволюционные взаимоотношения между аллелями [78]. Одним из объяснений различных гаплотипических сочетаний аллелей HLA в разных популяциях являются дополняющие или компенсаторные свойства аллельных продуктов, кодируемых этим гаплотипом, что позволяет связывать эпитопы разных патогенов [149]. Так, например, существует теория, согласно которой А*01 и В*08 обеспечивают селективное преимущество перед лицом эпидемий таких болезней, как чума или оспа.

Однако возможно, что потомки людей, выживших во время подобных эпидемий, сохраняют восприимчивость к иным болезням, поскольку их уникальный генный комплекс не обеспечивает адекватный ответ на другие факторы окружающей среды. Главная трудность этой гипотезы состоит в допущении, что отбор действует на несколько генов одновременно и обеспечивает тем самым возникновение наблюдаемых значений [25].

Альтернативная гипотеза связывает неравновесное сцепление с прохождением популяции через «бутылочное горлышко», либо недавним событием смешения популяций. Когда популяция, лишенная некоторых аллелей, скрещивается с другой, для которой характерна их высокая частота, возникает неравновесное сцепление, которое сохраняется на протяжении нескольких поколений. В малых группах неравновесность может быть обусловлена эффектом основателя и дрейфом генов [121].

Наконец, некоторые случаи неравновесного сцепления являются результатом неслучайного кроссинговера во время мейоза, так как хромосомные сегменты могут быть в большей или меньшей степени ломкими [127]. Однако будь то давление отбора или ограничения кроссинговера, неравновесность сцепления может исчезать в течение нескольких поколений Эволюция системы МНС. Считается, что гены I и II класса имеют общее происхождение, однако в настоящее время нет единого мнения о том, какой ген мог быть родоначальником более 600 миллионов лет назад [109, 114]. Гены, относящиеся к семейству I класса найдены за пределами MHC или на других хромосомах [38, 57, 80, 91, 124, 139, 142, 157]. Что касается генов II класса, то они имеют гораздо более скромный разброс. На этом основании некоторые авторы [114] полагают, что гены II класса эволюционировали из генов I класса. Другие исследования полагают, что предковая молекула MHC имела структуру подобную II-классу, а I класс появился позже на ее основе [103, 111, 115].

В качестве самостоятельной структурной единицы система МНС появляется, начиная с хрящевых рыб [44, 79, 168]. Многочисленные изменения, накопленные за это время (региональные и хромосомные транслокации, множественные дупликации, потеря и приобретение локусов) делают этот регион одним из самых динамичных в геноме [132, 160]. В зависимости от вида организма наблюдается большое разнообразие в количестве и структурной организации генов, входящих в систему MHC.

Это объясняется тем, что за дивергенцией вида следует быстрая эволюция его MHC путем дупликации и делеции, что ведет к появлению специфического полиморфизма [156, 169].

Гены I класса эволюционируют значительно быстрее генов II класса за счет феномена замены генов в зависимости от вида. Так, например, гены класса в большинстве случаев являются ортологичными для млекопитающих и сумчатых [103, 161], в то время как гены I класса не являются таковыми даже в разных порядках в классе Млекопитающих [33, 102, 104], а иногда и между видами, принадлежащими к одному роду [55].

Было, однако, замечено, что неортологичные гены I класса занимают гомологичные участки (названные блоками или зонами) [33, 114] окружены очень консервативными генами, которые не входят в состав I класса. Эти гены формируют своеобразный «каркас», который позволяет генам I класса эволюционировать за счет дупликации и делеции внутри каждого блока [32].

Для описания эволюции мультигенных семейств, присутствующих в геноме разных видов животных и растений, было предложено три теоретические модели (рисунок 2).

Рисунок 2 – Модели эволюции мультигенных семейств. а.

Дивергентная эволюция б. Согласованная эволюция. в. Эволюция путем «рождения и гибели».

Согласно первой из них – модели дивергентной эволюции – гены, появившиеся в результате дупликации одного предкового гена, постепенно дивергируют, со временем накапливая различия. Примером такой эволюции могут быть цепи гемоглобина [105]. Вторая теория предполагает согласованную эволюцию генов мультигенного семейства внутри каждого вида, как в случае рибосомальной РНК, [51]. Однако ни одна из этих теорий не подходит ни для MHC, ни для других мультигенных семейств иммунной системы [130]. В результате, была предложена третья модель, названная эволюция «рождения и гибели» («birth and death evolution») [112, 129]. Согласно данной модели, новые гены появляются в результате дупликации, после чего некоторые из них остаются в геноме на длительные периоды времени, в то время как другие подвергаются делеции, либо становятся нефункциональными в результате мутаций. Этот процесс позволяет объяснить различия в числе генов в регионе MHC у разных видов, а также потерю ортологов. Тот факт, что около 50% генов в регионах HLA I и II классов составляют псевдогены [109], подтверждает данную гипотезу. Теория «рождения и гибели» на сегодняшний день является общепринятой в научном сообществе, занимающимся изучением генов МНС. Однако место в этом процессе генной конверсии остается предметом обсуждения. Одной из причин является недостаточное понимание ее механизма у животных [130]. Исследование генной конверсии в регионе МНС началось в восьмидесятых годах ХХ века [39, 92]. По мнению некоторых авторов, данный механизм вносит значительно больший вклад в появление новых аллельных вариантов, чем точечные мутации, поскольку «родительские» последовательности уже прошли генетический дрейф и очищающий отбор [94]. Данную версию подтверждают многочисленные доказательства. Описаны 80 аллелей HLA I класса, возникших в результате генной конверсии [134, 135]. Ярким примером служит аллель HLA-B*5301, обуславливающий устойчивость к малярии [95], и отличающийся от B*3501 только 77-83 кодонами.

Механизм генной конверсии, особенно в локусе HLA-B, был предложен для многих популяций южно-американских индейцев, у которых найдены аллели, отличающиеся присутствием в известном аллельном варианте отдельных фрагментов других аллелей [45, 56]. Этот феномен не ограничивается Южной Америкой и наблюдается во многих мировых популяциях [50, 138, 164]. Предполагается, что генная конверсия корректирует функциональные свойства молекул вместо того, чтобы изменять их радикально.

В то же время, в теории «рождения и гибели» генная конверсия не является необходимым условием для объяснения высокой степени полиморфизма HLA I и II классов [130]. Кроме того, исследование показывает, что уровень рекомбинации внутри МНС не выше, чем в других участках генома, однако за счет балансирующего отбора, участвующего в поддержании полиморфизма на протяжении длительного рекомбинаций и генных конверсий [162].

Для человека, в отличие от мыши генная конверсия происходит в основном между аллелями одного локуса [88]. Исключением является аллель B*73:01, образовавшийся в результате рекомбинации между аллелем HLA-B и аллелем HLA-C. Так экзоны 2 и 3 в B*73:01 больше похожи на последовательности аллелей локуса B, а экзоны с 4-го по 8-й ближе к локусу C.

Помимо изучения механизмов рекомбинации, полиморфизм MHC представляет отдельный интерес с точки зрения давления отбора. Чаще всего подобное разнообразие объясняется действием балансирующего отбора [101, 130], который подразделяется на три основных типа:

преимущество гетерозигот, частотно-зависимый отбор и отбор приспособленность, чем гомозиготы [47, 69]. Такое преимущество гетерозигот основано на предположении о том, что гетерозиготы способны распознавать большее количество патогенов благодаря наличию двух разных аллелей. Во втором случае преимущество того или иного аллеля напрямую зависит от его частоты в популяции, и генотипы с редкими Предполагается, что чем чаще встречается тот или иной аллель, тем быстрее к нему вырабатывается устойчивость паразита. В третьем случае, Hedrick, Thomson и Klitz [93] предположили, что определенный аллель определяет устойчивость к тому или иному паразиту. Поскольку присутствие/отсутствие данного паразита варьирует во времени и пространстве, отбор в каждый конкретный момент действует по-разному.

1.2. Значение HLA в антропологии и популяционной генетике Анализ геномного разнообразия современных популяций человека на основе полиморфных ДНК-маркеров является мощным инструментом для описания генетических особенностей народов, реконструкции их исторических взаимоотношений, а также становления человека как биологического вида в целом. Система HLA относится к «классическим»

иммунологическим маркерам популяционной генетики [28]. Возможность определения полиморфизма антигенов серологическими методами позволила изучить распределение локусов HLA в популяциях еще до появления молекулярно-генетического типирования. Кодоминатность маркеров HLA позволяла отличить гетерозигот от гомозигот, определять генотипы индивидуумов и устанавливать аллельные частоты. На сегодняшний день система HLA продолжает занимать важное место в изучении популяционных взаимоотношений. При этом благодаря необычайному полиморфизму даже ограниченный набор локусов является достаточно информативным. Неравновесное сцепление, наблюдаемое между локусами, отражает процессы миграции и генетического дрейфа и в условиях отсутствия отбора может указывать на количество поколений прошедшее со времени разделения близких популяций [133].

использования генетических маркеров HLA в филогенетике. Serjeantson et al. [154] на основе генных частот и неравновесного сцепления локусов HLA А и В установили взаимоотношения и направления миграций в 16-ти популяциях Тихоокеанских островов. Shaw et al. [155] использовали частоты генов HLA-A, -B, -DR и -DQ, а также их гаплотипы для демонстрации того, что тайваньские аборигены имеют генетический родственники проживают на острове Ява. Используя распределение аллелей в HLA I (A и B) и II (DRB1 и DQB1) классов, неравновесное сцепление и кластерный анализ Arnaiz-Villena et al. [43] показали, какие из американских индейцев являются первыми коренными жителями Америки, а какие пришли с более поздними волнами миграции. Не так давно Buhler и Sanchez-Mazas [54] при помощи секвенирования семи генов HLA у 23,500 индивидуумов из 200 популяций обнаружили значительную корреляцию между генетическим и географическим расстояниями, что совпадает с более ранними исследованиями HLA, основанными на генных определяющую роль в оценке генетического разнообразия [133]. При этом следует отметить, что для популяций, близко расположенных друг по отношению к другу, генетическое и географическое расстояния имеют высокую корреляцию (рисунок 3). Однако с увеличением географического расстояния в большинстве случаев данная корреляция пропадает [60].

Рисунок 3 – Корреляция между генетическим (Fst) и географическим расстоянием.

Не следует забывать о том, что почти все классические локусы HLA находятся под влиянием тех или иных форм естественного отбора [141].

Однако еще в самом начале применения полиморфизма HLA в популяционной генетике было отмечено, что естественный отбор не является единственным механизмом, участвующим в эволюции данной разнообразия по всему миру являются миграции [147, 149]. Исследования, цель которых была определить коэффициент отбора для локусов HLA, показали, что антигенсвязывающий участок молекул HLA находится лишь под небольшим давлением отбора, не превышающим нескольких подвергающиеся отбору, достигают значительно больших значений, например, 10–20% для G6PD/A- связанный с малярией [152]. Кроме того, интенсивность отбора по локусам HLA может различаться в зависимости от региона, в зависимости от патогенной нагрузки. А для некоторых регионов давление отбора может вообще отсутствовать, как это было показано для Юго-Восточной Европы по сравнению с Северо-Западной Африкой [63].

Таким образом, разнообразие гаплотипов, вариация аллельных частот и анализ неравновесного сцепления генов HLA предоставляют важную информацию для антропологических исследований, и исключать использование полиморфизма HLA для изучения миграций человечества по причине действия отбора было бы неразумно.

европеоидов и монголоидов на уровне HLA I класса. Исследование принадлежащих к различным расам, является одним из основных направлений изучения главного комплекса гистосовместимости. Важным этапом в определении основных иммуногенетических характеристик мировых популяций стали коллективные исследования, выполненные в 1987-1991гг. в рамках программы XI Международного рабочего совещания по исследованию HLA [97], в так называемом антропологическом разделе, в котором участвовало 1000 научных центров. Участники программы изучили распределение HLA-антигенов в 80 популяциях и этнических группах, относящихся к европеоидной, монголоидной и негроидной расам [97].

В последующие 20 лет в связи с появлением молекулярногенетического типирования данные об HLA разнообразии мировых популяций были расширены и стали более точными. В настоящее время существует профессиональный сайт – http://www.allelefrequencies.net – база данных, содержащая информацию о распределении антигенов, генов и гаплотипов HLA среди мировых популяций. В 2008 году Solberg et al. [159] составили таблицу наиболее распространенных аллелей для 10 мировых регионов по 8 локусам HLA.

В соответствии с этими данными, для европеоидной популяции характерно следующее: в локусе HLA-А наиболее распространенным является аллель А*02:01:01G, который считается филогенетически самым старым. С высокой частотой представлены также гены А*01:01:01G, А*03:01 и А*24:02:01G. Их суммарная частота составляет 0,63. В локусе НLA-В наиболее распространенны гены HLA B*07:02, B*08:01, B*44:02 и B*51:01. Их суммарная частота составляет около 0,36. Наиболее распространенным HLA гаплотипом для европейских популяций является HLA A*01:01-B*08:01, встречающийся с частотой от 0,02 до 0,14 в зависимости от популяции. Расширенный гаплотип AH8.1 A*01:01в состав Cw*07:01-B*08:01-DRB1*03:01-DQA1*05:01-DQB1*02:01, которого он входит, включает 4,7 миллиона нуклеотидных оснований и представляет собой второй самый длинный гаплотип в геноме человека [99, 140]. Длинна и частота данного гаплотипа необычна для системы HLA, уровень эволюции которой приводит к быстрой деградации столь длинных гаплотипов. Предполагается, что он появился в Иберии или Африке, а современные носители восходят к единому общему предку [140].

Другой европейский гаплотип, также включающий частые аллели – HLA A*03:01-B*07:02 – распространен в основном в западной и центральной Европе. Он также входит в состав расширенного гаплотипа AH7.1 A*0301-C*0702- B*0702- DRB1*1501-DQA1*0102-DQB1*0602. В настоящее время данный гаплотип считается самым протяженным в человеческом геноме (4,8 миллиона пар оснований). Следует отметить, что в составе данного гаплотипа вместо аллеля HLA A*03:01 может стоять HLA А*02:01.

расширенных гаплотипов: A*02:01-C*05:01-B*44:02-DRB1*04:01DQA1*03:01DQB1*03:02 и A*02:01-C*05:01-B*44:02-DRB1*07:01- DQA1*02:01-DQB1*02:02, по всей видимости, появился в Европе в раннем доисторическом периоде. При этом его частота, в отличие от частоты гаплотипа A*01:01-B*08:01 значительно меньше варьирует между разными популяциями [97].

Кроме общих аллелей и гаплотипов, характерных для всех европеоидов, отдельная европейская популяция может иметь свои особенности, отражающие либо степень изоляции данной народности, либо степень смешения с другими этническим группами [62]. Так, например, для североевропейских популяций характерно повышение частот аллельных групп B*15 и B*40, в то время как в юго-восточной Европе чаще встречаются B*18 и B*35 [82].

Среди азиатских популяций, в отличие от европейских, не наблюдается такой однородности, и установить закономерности распространения аллелей HLA значительно сложнее. У типичных монголоидов (китайцы, тайцы и др.) наиболее распространенным аллелем в локусе HLA А является А*24:02. Далее следуют А*11:01, А*02:01 и А*02:07. Сумма частот данных аллелей составляет 0,66. В локусе НLA В наиболее распространен аллель В*40:01 достигающий частоты 0,35 у тайцев. Далее следует типичный монголоидный В*46:01 [82]. Данный аллель является результатом межлокусной генной конверсии между аллелями B*15:01 и HLA-C. Это наиболее распространенный ген HLA B, который появился за пределами Африканского континента. По оценкам его носителями являются 400 миллионов людей в Восточной Азии.

Предельно низкая частота данного аллеля за пределами Восточной Азии указывает на недавнюю экспансию В*46 из первоначально небольшой популяции. Частотное распределение аллеля позволяет предполагать, что он возник на юго-востоке Китая, либо в Бирме [100]. Кроме того, в монголоидных популяциях распространены такие аллели как В*13:01 и В*15:02. Суммарная частота вышеперечисленных аллелей составляет 0, [82].

Среди гаплотипов следует отметить типичный монголоидный гаплотип включающий A*02:07 и В*46:01. Он входит в состав двух расширенных гаплотипов: A*02:07-C*01:02-B*46:01-DRB1*09:01DQA1*03:02-DQB1*03:03 в юго-восточной Азии и A*02:07-C*01:02B*46:01-DRB1*08:03-DQA1*01:03-DQB1*06:01 в северо-восточной Азии [82].

Популяционные исследования в этой области представляют, несомненно, теоретический и практический интерес. В связи с тем, что для европеоидной и монголоидной рас характерны свои особенности генетического профиля НLA, принадлежность к определенной этнической группе может определять особенности ассоциаций НLA-антигенов с заболеваниями, а также HLA-ассоциированные особенности иммунной системы популяции [17].

1.3. Популяции Челябинской области Южный Урал – это уникальный географический регион, по которому проходит граница двух частей света – Европы и Азии. В течение многих веков здесь скрещивались судьбы разных мировых цивилизаций, наложивших неизгладимый отпечаток на историю и культуру края [10].

Этнографы отмечают этническую сложность, неоднородность состава населения Южного Урала. Удобные водные пути способствовали взаимным контактам народов двух частей света; степь и лесостепь с глубокой древности были районами постоянных миграционных процессов, волны которых доходили и до таежных массивов [22]. Южный Урал издревле служил своего рода коридором, по которому в далеком прошлом осуществлялось «великое переселение народов», а впоследствии «накатом» прошли волны миграции. В формировании народов края известна роль угров Западной Сибири, индоиранцев Ближнего Востока, тюрков Южной Сибири и Алтая, а позднее кочевых татаро-монгольских племен и славянских народов Центральной и Западной Европы.

Следствием их взаимодействия на протяжении тысячелетий явился неоднородный этнографический и антропологический состав местного населения [8].

Башкиры. Самыми древними жителями края в новейшей истории считаются башкиры, появившиеся на данной территории с IV века н.э. в результате Великого переселения народов. В формировании башкир основную роль сыграли тюркские кочевые племена, которые волнами приходили на территорию Южного Урала с востока [3]. В Южном Приуралье эти племена входили в контакт с племенами булгаромадьярской группы, смешались с местными финно-угорскими племенами и, вероятно, иранскими народами (аланами и сарматами) [14]. В году башкиры одновременно с булгарами были покорены монголотатарами и присоединены к Золотой Орде. В Х в. в среду башкир начал проникать ислам, который в XIV в. стал господствующей религией, о чем свидетельствуют относящиеся к тому времени мусульманские мавзолеи и намогильные эпитафии. Вместе с исламом башкиры приняли арабскую письменность, начали приобщаться к арабской, персидской (фарси), а затем и тюркоязычной письменной культуре [4]. К XIII столетию, ко времени монголо-татарского нашествия, в основном завершился процесс формирования этнического облика башкир [5]. На сегодняшний день на территории Челябинской области проживает более 166 тысяч башкир [74].

Татары. Первое упоминание о татарах на территории Челябинской области относится к первой половине XI века. Ал-Гардизи (персидский ученый того времени) отмечал, что территория Южного Урала (в том числе и часть современной Челябинской области), входила в состав Кимакского каганата – одного из средневековых тюркских государств.

Население этого каганата состояло их семи близкородственных племен, в том числе Татар и Кипчаков. Татары были правящим домом в этом каганате [23]. Однако следует помнить что этноним «татары» появился только в середине XIX века [11], а до этого предки татар именовались булгарами и образовывали государство Волжская Булгария. Осенью г. Волжская Булгария была завоевана монголами [26]. После распада Золотой Орды и образования Сибирского ханства поволжские татары стали появляться на Южном Урале, и к ХVI веку на территории Урала и Зауралья сформировался особый тюркский этнос, близкий как к казанским, так и к сибирским татарам [8].

Следующий исторический период заселения татарами территории современной Челябинской области связан с русской колонизацией этой территории, в которой татары играли очень важную роль. Сейчас на территории Челябинской области татары выступают как единый народ и часть общетатарского этноса. Единственной обособившейся группой оказались нагайбаки, которые под названием «уфимских новокрещен»

известны с начала XVIII века [23].

Нагайбаки представляют собой этнографическую группу татар, проживающих по большей части в Нагайбакском и Чебаркульском районах Челябинской области. Поскольку ведущим элементом в этногенезе нагайбаков был поволжско-татарский (ногайско-кыпчакский), язык их представлял собой говор в составе среднего диалекта татарского языка, каковым и является до сих пор, и имеет сходные черты с говорами кряшен других областей Волго-Уралья. По мнению различных исследователей нагайбаки имеют ногайско-татарское или казанскотатарское происхождение. К концу XVIII века они жили в Верхнеуральском уезде: Нагайбакской крепости (у современного села Нагайбаково в Бакалинском районе Республики Башкортостан), селе Бакалы и 12 деревнях. Кроме нагайбаков-казаков в этих селениях жили татары-тептяри, с которыми у казаков существовали интенсивные брачные связи. В 1736 году по указу императрицы Анны Иоанновны в целях укрепления пограничья с Башкирией на территории Южного Зауралья было создано Нагайбакское казачье войско, а на реке Ик заложена Нагайбакская крепость. Туда из Уфимского уезда на службу были собраны "новокрещены", переехавшие из Татарии и Башкирии с женами и детьми. Часть нагайбаков жила в казачьих поселениях Оренбургского уезда: Подгорном, Гирьяле, Алабайтале, Ильинском, Нежинском. Несмотря на то, что в народной памяти сохранялась легенда о казанско-татарском происхождении, к началу ХХ в. нагайбаки Верхнеуральского уезда совершенно четко противопоставляли себя остальным татарам [12, 31].

Русские. На сегодняшний день русские составляют основное население Челябинской области, однако до второй половины XVI века их на территории Южного Урала не было. Русские люди появились здесь с завоеванием Казанского ханства. Массовая миграция русского населения на Южный Урал началась в XVIII-м веке, когда русский этнос уже окончательно сформировался. Переселение шло в двух основных формах:

принудительной колонизации по инициативе государства и в виде стихийного народного переселения из Центра, Украины, Приуралья, Северного Урала [10]. В 19-м веке русские стали преобладающим этносом в данном регионе.

Согласно Повести временных лет, русские – это потомки славян, переселившихся в древние времена с Дуная в бассейн Днепра. Известный лингвист академик О. Н. Трубачв [24] на основе анализа славянской лексики гончарного, кузнечного и прочих ремсел пришл к заключению, что носители раннеславянских диалектов (или их предки) в то время, когда формировалась соответствующая терминология, находились в тесных контактах с будущими германцами и италиками, то есть индоевропейцами Центральной Европы. По его мнению, праславянские племена выделились из индоевропейской общности на севере Балкан в районе Дуная, после чего мигрировали и смешивались с другими этносами [24]. На формирование славян в силу длительного географического соседства оказали некоторое влияние скифо-сарматы, но это влияние, согласно данным археологии, антропологии, генетики и лингвистики в основном ограничилось словарными заимствованиями и использованием лошадей в хозяйстве [21]. Долгое время бытовала версия, что русские являются продуктом ассимиляции славянами местного финно-угорского населения верхнего Поволжья (меря, мещера, мурома) [119]. Однако данный вопрос является спорным. Данные генетики, лингвистики и даже антропологии не подтверждают эту гипотезу [1].

Глава 2. Материалы и методы исследования

Работа проводилась на базе федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Челябинский государственный университет» в рамках комплексной темы НИР «Популяционная иммуногенетика. Исследование полиморфизма генов иммунного ответа: генов гистосовместимости, генов стресса и генов цитокинов этнических групп Южного Урала» (№ государственной регистрации 01201257623).

2.1. Контингент обследуемых лиц Иммуногенетическое типирование проведено среди представителей 4-х национальностей: русские (n=345), татары (n=154), башкиры (n=133) и нагайбаки (n=112). В исследование вошли случайно выбранные неродственные лица, постоянно проживающие на территории Челябинской области. Все представители русской национальности проживали в городе Челябинске. Среди татар, включенных в выборку, 97 человек проживали в городе Челябинске, 27 человек – в Кунашакском районе Челябиинской области, оставшиеся 30 человек – в других городах и районах области.

Большинство представителей башкирской национальности (90 человек) также проживали в городе Челябинске, 22 и 13 человек – в Аргаяшском и Кунашакском районах, соответственно; оставшиеся 8 человек проживали в других городах и районах Челябинской области. Среди нагайбаков человек проживали в селе Кассель, 32 человека – в селе Фершампенуаз, человек в селе Париж, остальные 22 человека проживали в других селах Челябинской области. Принадлежность к определенной этнической группе определялась по официальным документам и данным генеалогического анамнеза в трех поколениях согласно рекомендациям 8-го Международного Уоркшопа 1980 года [96].

Для проведения сравнительного анализа популяций Челябинской области с мировыми популяциями было выбрано 22 популяции Евразийского континента. Название популяции, количество человек в выборке и данные о публикации приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Мировые популяции, вошедшие в исследование.

2.2. Иммуногенетическое типирование В качестве материала для исследования использовалась венозная кровь, взятая в пробирки с этилендиаминтетрауксусной кислотой (ЭДТА).

Выделение ДНК из представленных образцов проводили с использованием производителя. Генотипирование осуществляли методом полимеразной цепной реакции с сиквенс-специфическими праймерами (PCR-SSP). Из праймеров согласно методике описанной в статье Downing et al. [70] были приготовлены 30 смесей праймеров для локуса HLA-A и 46 смесей для использовались «Терцик», производитель НПФ «ДНК-Технология» и амплификатор GeneAmp 9700 Applied Biosystems (США). Детекцию результатов проводили в 2,5% агарозном геле.

2.3. Статистическая обработка Определение абсолютного количества аллельных семейств (X) локусов HLA A и B проводилось путем прямого подсчета полученных результатов. Генная частота (gf), представляющая собой долю определенного аллельного семейства среди всех аллельных семейств в исследуемой популяции, вычислялась по формуле:

где Х – абсолютная частота аллельного семейства, N – удвоенное количество человек в исследуемой выборке.

Для каждого значения генной частоты проводилось вычисление ее стандартной ошибки (se) [9]:

Соответствие наблюдаемого распределения аллельных семейств равновесию Харди-Вайнберга определялось в компьютерной программе Arlequin 3.5 [89, 75].

Кроме того, в программе Arlequin 3.5 проводилась оценка частот двухлокусных гаплотипов HLA A-B и определение гаметной фазы методом максимизации ожидания (Expectation-Maximization algorithm) [68, повторяющуюся процедуру, целью которой является установление ассоциации между аллелями двух локусов и определение наиболее вероятных частот двухлокусных гаплотипов.

Оценка неравновесного сцепления – неслучайной ассоциации двух аллелей в прилегающих локусах – проводилась после определения гаметной фазы. На основе классического коэффициента, измеряющего отклонение частоты наблюдаемого гаплотипа от случайного сочетания аллелей разных локусов (D), было рассчитано стандартизованное значение Данная величина в отличие от D, не зависит от относительной (D’).

частоты аллеля, вследствие чего высокие значения неравновесного сцепления наблюдаются не только для частых, но и для редких аллелей.

где pij – частота гаплотипа несущего аллель i в локусе 1 и аллель j в локусе 2, D’ij – значение, стандартизованное при помощи максимальной величины (D’ij max), которое оно может принимать [75, 116] где D’ij max может принимать одно из следующих значений использовались для выяснения эволюционных взаимосвязей. Расчт генетических расстояний и построение неукорененных деревьев проводили при помощи компьютерной программы Phylip 3.68 [76]. Среди множества мер генетического расстояния было выбрано наиболее широко используемое – генетическое расстояние по Нею [76, 128], которое, по данным компьютерного моделирования, является наиболее эффективным среди методов, основанных на матрицах расстояний [146].

где m – количество локусов, i – количество аллелей в локусе m, p1mi – частота аллеля i в локусе m в первой популяции, p2mi – частота аллеля i во второй популяции.

Генетическое расстояние по Нею предполагает, что различия в частотах обусловлены генетическим дрейфом и применяется в случае бесконечной изоаллельной модели мутаций, в которой присутствует определенная частота нейтральных мутаций, а каждый мутант несет новый аллель. Предполагается также, что все локусы имеют равные частоты нейтральных мутаций и изначальное генетическое разнообразие в популяции находится в равновесии между мутацией и генетическим дрейфом, а эффективный размер каждой популяции остается постоянным.

В качестве метода конструирования деревьев был выбран метод объединенных соседей (NJ, Nieghbor-joining), разработанный Сейто и Неем [76, 145]. Метод объединенных соседей относится к методам матриц расстояний и зависит от измерения генетического расстояния между изучаемыми популяциями. Данный метод не требует допущения гипотезы молекулярных часов и позволяет объединить разные скорости эволюции в разных линиях происхождения. Это особенно важно для локусов, находящихся под действием естественного отбора, к которым относится HLA. В результате получается неукорененное дерево.

Для графического представления распределения локусов HLA А и В в популяциях Челябинской области в сравнении с другими мировыми популяциями был проведен анализ соответствий (Сorrespondence Аnalysis) Он представляет собой разведочно-описательный метод, позволяющий визуально и численно исследовать структуру таблиц сопряженности большой размерности.

соответствий состоит в том, чтобы перейти от исходной матрицы данных к новой, более простой матрице, потеряв при этом как можно меньше информации. Получаемые двумерные карты представляют собой наилучшую возможную аппроксимацию исходного расположения профилей точек. Мерой качества полученного решения выступает процент инерции, объясненной двумя осями.

Эффективность анализа соответствий проявляется также в том, что данные о строках и столбцах матрицы накладываются на одну плоскость и могут интерпретироваться одинаковым способом [30].

После проведения анализа соответствий, популяции были разделены на группы. Для этого применялся наиболее популярный метод кластеризации – метод k-средних (k-means). Он разбивает множество элементов векторного пространства на заранее известное число кластеров k. Действие алгоритма таково, что он стремится минимизировать среднеквадратичное отклонение на точках каждого кластера. Основная идея заключается в том, что на каждой итерации перевычисляется центр масс для каждого кластера, полученного на предыдущем шаге, затем векторы разбиваются на кластеры вновь в соответствии с тем, какой из новых центров оказался ближе по выбранной метрике. Алгоритм завершается, когда на какой-то итерации не происходит изменения кластеров.

Анализ соответствий и кластеризацию производили при помощи статистической программы R пакета ade4 [175].

расстояниями. Коэффициент корреляции — параметр, который характеризует степень взаимосвязи между двумя выборками. В данном случае применен ранговый коэффициент корреляции Спирмана [20], вычисляемый по формуле:

где - сумма квадратов разностей рангов, а - число парных наблюдений.

Это непараметрический метод, при котором определяется фактическая степень параллелизма между двумя количественными рядами изучаемых признаков и дается оценка тесноты установленной связи с помощью количественно выраженного коэффициента [20].

Коэффициент корреляции изменяется от -1 (строгая обратная зависимость) до 1 (строгая прямая зависимость). При значении 0 зависимости между двумя выборками нет. При использовании коэффициента ранговой корреляции условно оценивают тесноту связи между признаками, считая значения коэффициента равные 0,3 и менее, показателями слабой тесноты связи; значения более 0,4, но менее 0,7 - показателями умеренной тесноты связи, а значения 0,7 и более - показателями высокой тесноты связи [20]. Оценка значимости коэффициента корреляции проводилась при помощи критерия Стьюдента.

межпопуляционные расстояния, отображенные на графике, полученном в результате проведения анализа соответствий. Географические расстояния рассчитаны на основе координат, указанных для популяций на сайте allelefrequencies.net по следующей формуле:

d=6378,137*acos(sin(А)·sin(B) + cos(А)·cos(B)·cos(А B)), (7) где А и B – широты пунктов А и В, А, B – долготы пунктов А и В, d – расстояние между пунктами, измеряемое в километрах.

Общая корреляция между двумя матрицами проведена при помощи теста Мантеля в статистической программе R. Данный непараметрический тест рассчитывает значимость корреляции через перестановки строк и столбцов одной из исходных матриц.

На первом этапе нашего исследования были установлены генные частоты локусов HLA A и B в 4-х популяциях Челябинской области, проведена оценка частот двухлокусных гаплотипов HLA A-B и определена степень их неравновесного сцепления.

3.1. Русские ЧО. Распределение частот генов HLA-А и -В и их гаплотипов Генные частоты для локусов HLA A и B и их стандартные ошибки в популяции русских Челябинской области представлены в таблицах 1 и 2, соответственно (приложения 1 и 2). В локусе HLA А обнаружено аллельных семейств, наиболее часто встречающимися из которых (gf>0,100) являются А*02, А*01 и А*03. В то время как к редким аллельным семействам (gf0,010) – A*68-B*44 (hf=0,012) – отсутствовал в других исследованных популяциях Челябинской области.

3.2. Татары ЧО. Распределение частот генов HLA-А и -В и их гаплотипов Генные частоты для локусов HLA A и B и их стандартные ошибки в популяции татар Челябинской области представлены в таблицах 1 и 2, соответственно (приложения 1 и 2). У татар в локусе HLA А обнаружено 15 аллельных семейств, частота 4 из которых (А*02, А*03, А*01 и А*24) превышает 0,100. С частотой менее 0,010 встречаются А*29 и А*66. Не представлены в данной выборке такие аллельные семейства как А*34, А*36, А*43, А*69, А*74 и А*80.

В локусе HLA В найдено 24 аллельных семейства, 3 из которых (В*07, В*18 и В*35) встречаются с частотой более 0,100. К редким аллельным семействам относятся В*14 и В*55. Частота их встречаемости не превышает 0,010. К аллельным семействам не представленным в данной выборке относятся В*42, В*45, В*47, В*53, В*54, В*59, В*67, В*78, В*81, В*82 и В*83.

Для 154 представителей татарской популяции найдено различных двухлокусных гаплотипов, из которых 28 встречаются с частотой более 0,010 (таблица 3 в приложении 3). Наибольшие значения наблюдаются сразу для двух гаплотипов включающих аллельное семейство А*03: A*03-B*07 (hf=0,046) и A*03-B*35 (hf=0,046). На третьем месте находится гаплотип A*02-B*13, встречающийся с частотой hf=0,039.

В татарской популяции также присутствует один относительно частый гаплотип A*29-B*07 (hf=0,013) уникальный для данной популяции.

3.3. Башкиры ЧО. Распределение частот генов HLA-А и -В и их гаплотипов Распределение генных частот и их стандартных ошибок в популяции башкир Челябинской области представлено в таблицах 1 и 2 (приложения 1 и 2). Для локуса HLA А в выборке башкир ЧО было обнаружено аллельных семейств. При этом два из них (А*02 и А*24) относятся к часто встречающимся (gf>0,1) и их совместная генная частота составляет 0,5. С частотой менее 0,01 встречается только А*66. Остальные аллельные семейства локуса А (А*29, А*34, А*36, А*43, А*69, А*74, А*80) в данной выборке не представлены.

Локус HLA В в популяции башкир ЧО представлен 26 аллельными семействами, среди которых В*13 и В*51 встречаются с частотой более 0,1. К редко встречаются аллельным семействам (gf0,010 (таблица 3 в приложении 3). Наиболее распространенным гаплотипом в башкирской популяции является A*02B*48, встречающийся с частотой hf=0,060. Помимо башкирской популяции данный гаплотип был обнаружен в татарской и нагайбакской популяциях, однако полностью отсутствовал среди русских. Второй и третий по частоте встречаемости гаплотипы – A*02-B*13 (hf=0,056) и A*02-B*40 (hf=0,053) – присутствуют во всех 4-х популяциях, но именно в башкирской популяции их частоты достигают наибольших значений. При этом один из частых гаплотипов (hf>0,010) башкирской популяции A*24B*46 (hf=0,011) не был обнаружен ни в одной из оставшихся популяций Челябинской области.

3.4. Нагайбаки ЧО. Распределение частот генов HLA-А и -В и их гаплотипов Генные частоты и их стандартные ошибки в популяции нагайбаков Челябинской области приведены в таблицах 1 и 2 (приложения 1 и 2). В локусе HLA А представлено 14 аллельных семейств, наиболее часто встречающимися из которых (gf>0,100) являются А*02, А*24 и А*03. При этом все остальные представленные семейства встречаются с частотой от 0,010 до 0,100. К аллельным семействам отсутствующим в данной выборке относятся А*34, А*36, А*43, А*66, А*69, А*74 и А*80.

В локусе HLA В в популяции нагайбаков встречается 25 аллельных семейств, среди только для В*35 частота превышает 0,1. 5 аллельных семейств (В*38, В*52, В*54, В*56, В*58) имеют частоту менее 0,01. А такие семейства как В*42, В*47, В*55, В*59, В*67, В*73, В*78, В*81, В* и В*83 не встречаются вовсе.

Общее количество различных двухлокусных гаплотипов HLA A-B у 112 представителей нагайбакской популяции составило 82 (таблица 3 в приложении 3). При этом частота встречаемости 32-х из этих гаплотипов превышала 0,010. Наиболее распространенный среди нагайбаков HLA A-B гаплотип – A*03-B*35 (hf=0,058) встречается также в русской и татарской популяции Челябинской области (hf=0,049 и hf=0,046, соответственно), однако полностью отсутствует у башкир. Два других частых гаплотипа – A*02-B*44 (hf=0,049) и A*01-B*08 (hf=0,049) – характерны для всех 4-х исследованных популяций, а их наибольшие значения наблюдаются у русских.

Отличительной чертой нагайбаков от 3-х других популяций ЧО, является присутствие сразу шести уникальных гаплотипов с частотой hf>0,010: A*25-B*13 (hf=0,031), A*29-B*14 (hf=0,022), A*29-B* (hf=0,013), A*30-B*50 (hf=0,018), A*32-B*48 (hf=0,022), A*33-B* (hf=0,013).

3.5. Неравновесное сцепление между локусами HLA A и В в популяциях Челябинской области После определения гаметной фазы двухлокусных гаплотипов HLA была определена стандартизованная степень неравновесного A-B сцепления (D’). В таблицах 4-7 (приложения 4-7) показана степень неравновесного сцепления для всех теоретически возможных двухлокусных гаплотипов в популяциях русских, татар, башкир и нагайбаков, соответственно. Статистически значимые значения отмечены звездочкой.

При этом наибольшие величины неравновесного сцепления между локусами А и В (D’>0,50) в популяции русских ЧО наблюдаются для следующих гаплотипов: A*01-B*08 (D’=0,83), A*01-B*37 (D’=0,79), A*33B*58 (D’=0,75), A*24-B*48 (D’=0,72), A*29-B*44 (D’=0,72), A*66-B* (D’=0,66), A*25-B*18 (D’=0,57), A*30-B*13 (D’=0,55).

В популяции татар степень неравновесного сцепления двухлокусных гаплотипов HLA A-B приведена в таблице. Отмечено 7 гаплотипов, у которых D’ больше 0,5: A*01-B*08 (D’=0,67), A*02-B*50 (D’=0,83), A*02B*46 (D’=1), A*23-B*44 (D’=0,58), A*25-В*18 (D’=0,64), A*29-B* (D’=1), A*30-B*73 (D’=1).

В башкирской популяции неравновесное сцепление между локусами HLA A и B представлены в таблице. Наибольшие значения D’ наблюдается в следующих случаях: A*01-B*08 (D’=0,73), A*01-B*37 (D’=1), A*03-B* (D’=0,64), A*02-B*48 (D’=0,64), A*11-B*52 (D’=0,73), A*11-B* (D’=0,73), A*25-B*56 (D’=1), A*32-B*73 (D’=1), A*33-B*14 (D’=1), A*66B*49 (D’=1).

В популяции нагайбаков гаплотипы HLA A-B с неравновесным сцеплением (D’) больше 0,5 следующие: A*01-B*08 (D’=0,50), A*01-B* (D’=0,63), A*02-B*41 (D’=0,74), A*02-B*44 (D’=0,73), A*23-B* (D’=0,59), A*24-B*15 (D’=0,70), A*24-B*39 (D’=0,52), A*29-B*14 (D’=1), A*29-B*45 (D’=1), A*30-B*50 (D’=0,79), A*31-B*52 (D’=0,50).

С целью визуализации информации, заключенной в генных частотах рассматриваемых популяций, на втором этапе нашего исследования проведен анализ генетического родства между популяциями Челябинской области и другими мировыми популяциями.

3.6. Генетические расстояния между популяциями ЧО и другими мировыми популяциями На основании частот локусов HLA A и B были рассчитаны исследуемых популяций Челябинской области (русские, татары, башкиры, нагайбаки) использовались данные о распределении генных частот в 22-х других мировых популяциях, приведенных в таблице 8: южные ирландцы, валлийцы, французы, бельгийцы, чехи, финны, немцы, южные саамы Швеции, поляки, чуваши, северные саамы Швеции, македонцы, хорваты, болгары, турки, уйгуры, тувинцы, монголы, китайцы, японцы, корейцы (37, 40, 41, 42, 46, 64, 72, 74, 77, 86, 106, 110, 118, 120, 123, 131, 136, 150, 171, 172, 173). Для удобства представления полученные значения генетических расстояний умножены на 100. Генетические расстояния по Нею для 4-х популяций Челябинской области по отношению к другим генетических расстояний представлена в таблице 9 (приложение 8).

Таблица 8 – Генетические расстояния по Нею, рассчитанные по локусам HLA A и B для популяций Челябинской области (русские, татары, башкиры, нагайбаки) по отношению друг к другу и 22-м другим мировым популяциям.

3.7. Дерево популяций Полученная матрица генетических расстояний легла в основу неукорененного дерева, построенного методом объединенных соседей и представленном на рисунке 1.

Рисунок 1 – Неукорененное дерево, построенное методом объединенных соседей на основании генетических расстояний, рассчитанных исходя из частот HLA-A и -B для 26 популяций России и мира.

3.8. Анализ соответствий На основе генных частот локусов HLA A и B в 26 рассматриваемых популяций выполнен анализ соответствий. В отличие от традиционных методов тестирования гипотез, в которых исследуется a priori сформулированные гипотезы о связях между переменными, разведочный анализ данных используется для выявления связей при отсутствии (или недостатке) априорной информации о связях между переменными.

Результаты анализа соответствий представлены на рисунке 2. График построен по двум первым осям инерции. Ось х представляет 38% информации, в то время как ось у только 13%. Популяции, имеющие сходные распределения аллельных семейств локусов HLA А и В, представлены точками, лежащими близко друг к другу; и, напротив, популяции с сильно различающимися распределениями, располагаются далеко друг от друга.

Рисунок 2 – Анализ соответствий для 26 популяций по первой и второй осям инерции. Зеленым цветом отмечены популяции «западного» кластера, сиреневым – «северного» кластера, голубым – «южного» кластера, оранжевым – популяции «восточного» кластера, розовым – популяция парсов Пакистана.

Для разделения популяций на группы был применен метод k-средних.

Исходя из данных дерева, построенного на основе генетических расстояний, значение k было выбрано равным 5. В результате были получены кластеров. В первый, «западный», кластер вошли популяции русских ЧО, южных ирландцев, поляков, валлийцев, чувашей, французов, немцев, чехов и бельгийцев. Во второй, «северный», - популяции финнов, северных и южных саами. В третий, «южный» – популяции татар ЧО, башкир ЧО, нагайбаков ЧО македонцев, турок, болгар, хорватов, и уйгур. В четвертый, «восточный»

– популяции тувинцев, монголов, японцев, китайцев и корейцев. И, наконец, пятый кластер включил единственную популяцию – парсы Пакистана.

Особенностью анализа соответствий является возможность представлять объекты и переменные на одном графике. В данном случае на рисунке 3 представлен график с нанесенными на него популяциями и аллельными группами.

Рисунок 3 – Анализ соответствий с одновременным представлением популяций и аллельных групп. Синие треугольники обозначают аллельные семейства, внесшие наибольший вклад в построение оси х, зеленые – оси у.

Отмечены только те аллельные группы, которые внесли наибольший вклад в формирование представленных осей. Для первой оси это аллельные группы A*01, A*03 A*11, A*24, B*08, B*46, B*54 и B*58, для второй – B*13, B*15, B*18, B*35, B*40, B*50, B*51 и B*73. При этом, чем дальше от начала координат своей оси находится аллельная группа, тем больший вклад она внесла в ее формирование. Взаимное расположение популяций и аллельных групп показывает, насколько определенная аллельная группа характерна для той или иной популяции.

Последним этапом нашей работы стало определение корреляции между генетическим и географическим расстояниями для популяций ЧО и рассматриваемых в ходе исследования мировых популяций.

расстояниями Общий коэффициент корреляции между двумя матрицами расстояний полученный в результате теста Мантеля проведенного в 999 повторах составила r=0,77 с уровнем значимости p=0,001.

На рисунке 4 в порядке возрастания представлены коэффициенты корреляции Спирмана между географическим и генетическим расстоянием для каждой из 26-ти рассматриваемых популяций. Звездочки обозначают степень достоверности полученного значения.

Рисунок 4 – Коэффициент корреляции Спирмена для 26 популяций.

В ходе обсуждения полученные результаты о распределении генов и гаплотипов HLA в 4-х популяциях Челябинской области сопоставлены с частотами для других мировых популяций. Далее рассмотрены генетические расстояния по отношению к другим мировым популяциям и дерево объединенных соседей, построенное на основе этих расстояний. Кроме того, проведен анализ взаимного расположения популяций на графике анализа соответствий. Наконец, рассмотрена корреляция между генетическим и географическим расстояниями для популяций Челябинской области в сравнении с показателями для мировых популяций.

Русские ЧО. Распределение генов и гаплотипов HLA. В популяции русских Челябинской области распределение аллельных групп в локусе A является характерным для типичных центрально- и западноевропейских популяций. Так наиболее распространенной аллельной группой стала A* (gf=0,319), за ней следуют A*01 (gf=0,148) и A*03 (gf=0,158). Присутствие аллельного варианта А*23, одного из сплитов А9, с частотой 0,023 также отражает близость с европеоидами, поскольку в азиатских популяциях он практически не встречающегося. Интересно, что для подавляющего большинства как европейских, так и азиатских популяций характерно преобладание А*26 над А*25, однако если в Европе эти значения сопоставимы, то в Азии А*26 встречается в несколько раз чаще, чем А*25. У русских ЧО наблюдается обратная ситуация и А*25 (gf=0,046) встречается в полтора раза чаще А*26 (gf=0,033), что достаточно редко наблюдается среди мировых популяций. Данная особенность характерна и для других славянских популяций, так как отмечена не только у других популяций русских из Москвы, Самары и Санкт-Петербурга [82, 167] и у западных славян – поляков и чехов [131, 173]. Кроме того, эта черта присутствует у некоторых других народов Российской Федерации, таких как поморы [74], чуваши [42] и нагайбаки. Распределение частот остальных аллельных семейств локуса HLA A также типично для европеоидов.

В локусе HLA B генные частоты с небольшими отклонениями соответствуют среднеевропейским. При этом в ряде случаев значения оказываются ближе к показателям для Западной, а не для Восточной Европы.

соответствующие частоты для других славянских восточноевропейских популяций [36, 131, 173] и чаще встречается в западноевропейских популяциях [37, 46, 64, 71]. С другой стороны, подобная частота B* типична для азиатских популяций, но, следует отметить, что в других, a priori «более монголоидных» популяциях ЧО, частоты B*15 существенно ниже по сравнению с русскими. Маловероятно, что повышение частоты данной аллельной группы в русской популяции свидетельствует о смешении с монголоидами. Скорее это может указывать на присутствие финно-угорской компоненты, поскольку у финно-угорских народов наблюдаются высокие (>0,1) частоты B*15 [74, 90, 107,148].

Другая аллельная группа, не вписывающаяся в градиент частот между Европой и Азией – B*07. Е частота в западной Европе колеблется в пределах 0,070-0,248 [36, 131, 173], в то время как в Восточной снижается и варьирует от 0,024 до 0,080 [37, 46, 64, 71]. У русских ЧО данный показатель снова увеличивается и составляет 0,151, снижаясь затем у восточноазиатских народов [110, 118, 136, 172], где его частота не превышает 0,100. В то же время рекордных мировых значений (gf=0,35) B*07 достигает в Индии [166].

В России, в отличие от Западной Европы, В*07 входит в состав наиболее часто встречающегося двухлокусного гаплотипа: А*03-В*07 (hf=0,061;

D’=0,29). Самый распространенный западноевропейский гаплотип A*01В*08 оказался в русской популяции только на третьем месте (hf=0,052), однако именно для него характерен наибольший показатель неравновесного сцепления (D’=0,83). Что касается остальных частых гаплотипов, то они встречаются практически в любой европейской популяции.

Таким образом, русские ЧО представляют собой типично европейскую популяцию, в которой не наблюдается достоверной монголоидной примеси.

Данный факт подтверждает данные антропологии, согласно которым средние антропологические показатели русских или совпадают со средними западноевропейскими величинами, или отклоняются от них, оставаясь, однако, в пределах колебаний западных групп. Так было установлено, что для русского населения характерна крайне редкая встречаемость эпикантуса (12 случаев среди 8,5 тысяч обследованных) [6], что сопоставимо со значениями, наблюдаемыми в Германии [29]. С появлением современных технологий исследования генома эти данные нашли свое подтверждение и на генетическом уровне [1]. На основе данных мтДНК, с одной стороны, была показана высокая гетерогенность русской популяции, однако с другой стороны, «усредненный» русский генофонд находился в непосредственной близости от стран Центральной Европы (Германия, Австрия, Польша).

Исследования профиля HLA в разных городах России, проведенные еще серологическим методом [52], также указывают на неоднородность русской популяции, но, как и в случае мтДНК, в целом полученные значения соответствуют показателям для Европейских популяций.

Татары ЧО. Распределение генов и гаплотипов HLA. Распределение генов HLA А и В у татар во многом сходно с русской популяцией, и, следовательно, европеоидами, однако наблюдается небольшое, но явное монголоидное влияние.

Наиболее распространенными генами в локусе А являются типичные для европеоидов А*01 (gf=0,127), А*02 (gf=0,26) и А*03 (gf=0,156). Еще одним частым вариантом является А*24 (gf=0,107), частота которого в Европе повышается в направлении с северо-запада на юго-восток, наибольших значений достигая в Азии. В целом показатели для локуса А находятся в пределах колебаний европейских частот. В локусе В различия с западноевропейскими популяциями более выражены, хотя колебания для каждой отдельной аллельной группы незначительны. Так наблюдается небольшое понижение частот В*07 (gf=0,107) и В*08 (gf=0,045) по сравнению с западноевропейскими популяциями [37, 46, 64, 71], однако их значения остаются выше, чем в странах Юго-Восточной Европы [40, 41, 106] и Азии [110, 118, 136, 172]. Татарскую популяцию, как и другие популяции ЧО, отличает достаточно высокая частота В*13 (gf=0,107) не встречающаяся у европеоидов, и не характерная для монголоидов. В большинстве случаев данный вариант встречается в составе гаплотипа А*02-В*13 (hf=0,039) без достоверного неравновесного сцепления. Еще одной особенностью является повышенная частота В*35 (gf=0,120) и соответствующего ему гаплотипа А*03-В*35 (hf=0,045; D’=0,26), который наряду с А*03-В*07 (hf=0,045;

D’=0,32) является самым распространенным в татарской популяции.

Подобная частота В*35 не характерна ни для азиатских, ни для западноевропейских популяций, однако близка к значениям для популяций юго-востока Европы [40, 41, 86, 106]. Небольшие показатели для В*44, также сближают татар с этими популяциями.

Основным показателем монголоидного вклада в этногенез татар служит В*46, обнаруженный в татарской популяции. Данный вариант встречается в популяции только в составе гаплотипа А*02-В*46 (hf=0,009;

D’=1), который, вероятно, является наиболее распространенным гаплотипом на Земле [82]. Сильное неравновесное сцепление говорит об относительно недавнем появлении В*46 в татарской популяции и свидетельствует о присутствии на одном из этапов становления татарского этноса монголоидных популяций. В то же время, небольшие частоты данного гена, а также совокупные частоты других аллельных семейств локусов HLA А и В указывают на то, что монголоидное участие было незначительным.

Башкиры ЧО. Распределение генов и гаплотипов HLA. В локусе А у башкир, как и в большинстве мировых популяций преобладает аллельный вариант А*02, частота которого составляет 0,33. На втором месте по частоте встречаемости находится аллель А*24 (gf=0,143), что является характерной чертой монголоидов. Однако, несмотря на то, что у башкир ЧО данный вариант встречается чаще, чем у русских из разных регионов России [52, 82], его частота остается ниже, чем в монголоидных популяциях России: бурят, тувинцев, якутов [15, 85, 120]. Частоты типичных европейских вариантов А*01 (gf=0,086) и А*03 (gf=0,086), напротив, снижены по сравнению с русскими и другими европеоидами, однако остаются значительно выше, чем соответствующие показатели у монголоидов[110, 118, 136, 172]. В то же время, частота варианта А*11 (gf=0,068), высокие значения которой наблюдаются у монголоидов, особенно в южных популяциях, у башкир ЧО аналогична показателям для русских. А*23, крайне редкий для монголоидов, у башкир присутствует и встречается на уровне других популяций ЧО (gf=0,019).

Частота встречаемости А*68 у башкир составляет 0,083, что значительно превышает этот показатель у европейских и монголоидных популяций России и мира [37, 46, 64, 110, 136, 172]. Интересно, что наибольших значений частота А*68 достигает в популяциях, проживающих в Южной Америке [67, 117].

Отличительной особенностью распределения аллелей локуса В у башкир, проживающих в Челябинской области, является высокая частота встречаемости гена В*13 (gf=0,158). Этот показатель в несколько раз выше, чем в любой европейской или монголоидной популяции России [15, 52, 85, 120, 167]. Такая высокая частота гена В*13 сопоставима только с популяцией парсов Пакистана (зороастрийцев), где она составляет 0,143 [123]. Вторым наиболее распространенным вариантом в башкирской популяции является В*51 с частотой встречаемости 0,105. Подобные значения характерны для большинства азиатских популяций, расположенных на широтах 30N-45N, соответствующих историческому Шлковому пути [82].

Частоты некоторых аллельных семейств занимают промежуточное положение между Европой и Азией. Так по сравнению с европеоидами снижается частоты В*08 (gf=0,030) и В*07 (gf=0,079), приближаясь к значениям, наблюдаемым в монголоидных популяциях. Одновременно с этим повышается частота аллельных семейств, характерных для типичных монголоидов: В*40 (gf=0,083) принимает промежуточные значения между европейскими и азиатскими популяциями.

Частота В*35 (gf=0,071) у башкир сопоставима с русскими. Однако следует отметить, что ни в одном случае он не встречается в гаплотипе A*03B*35, который является самым частым для B*35 среди европеоидов, а также для трех остальных популяций ЧО. В то же время, гаплотип A*02-B*35, более характерный для монголоидов, находится у башкир на четвертом месте по частоте встречаемости (hf=0,041; D’=0,36).

На четвртом месте по частоте встречаемости варианта гена в башкирской популяции отмечается вариант гена В*48 – 0,079. В*48, по всей видимости, является результатом рекомбинации, которая произошла в начале заселения человеком Центральной Азии, а затем распространилась в Океанию и Новый свет [82]. Этот ген практически не встречается в европеоидных популяциях, в то время как в монголоидных его частоты сильно варьируют от 0,024 у японцев [110] до 0,26 у тайцев [82]. Интересно, что данный вариант гена определен в еще одной популяции России, а именно у коренного северного народа европейской части России – ненцев [74], где он встречается с частотой 0,146. Следует отметить, что двухлокусный гаплотип A*02-B* гаплотипов, встречающихся у башкир, демонстрируя при этом высокую степень неравновесности сцепления (D’=0,62). Среди мировых популяций данный гаплотип встречается достаточно редко, за исключением популяций Перу и Тайваня [82].

Вариант гена В*46, обнаруженный у башкир с частотой 0,026, практически не встречается в популяциях России, изученных на сегодняшний день. У башкир В*46 не имеет достоверного неравновесного сцепления ни с одним аллелем локуса А, что указывает на длительное присутствие данного варианта в популяции.

Среди наиболее распространенных гаплотипов в башкирской популяции встречаются как типично европейские (А*01-В*08, А*03-В*07, А*02-В*44), так и более характерные для азиатских популяций (А*02-В*13, А*02-В*40, А*24-В*51). Помимо этого на девятом месте с частотой 0, находится гаплотип А*02-В*50, который нельзя отнести ни к тем, ни к другим. Данный гаплотип встречается также в популяции татар (hf=0,023) и нагайбаков (hf=0,018) ЧО. Что касается других мировых популяций, то он не имеет выраженной локализации и характерен для отдельных популяций в разных частях света.

Нагайбаки ЧО. Распределение генов и гаплотипов HLA. При анализе распределения HLA в популяции нагайбаков наблюдаются черты, характерные как для европеоидов, так и для монголоидов. Как и в других исследованных популяциях Южного Урала в локусе А нагайбаков преобладающим геном является А*02 (gf=0,219). Второй по частоте встречаемости – А*24 (gf=0,161), что наблюдается в монголоидных популяциях, а также у башкир Южного Урала. В то же время, у нагайбаков отмечена высокая частота А*25 (gf=0,080), даже по сравнению с европеоидными популяциями, не говоря уже о монголоидах, где данный вариант распространен крайне мало. В половине случаев А*25 входит в состав гаплотипа А*25-В*18 (hf=0,040; D’=0,46.) Также как у русских и других славянских народов частота А*25 у нагайбаков выше частоты А* (gf=0,031). Интересно, что среди популяций Южного Урала у нагайбаков наблюдается наибольшая частота А*29, который, как и А*25 крайне редко встречается в Азии и больше характерен для стран Западной Европы [37, 46, 64, 71].

Что касается локуса В, то нагайбаки, единственные из исследованных нами популяций, демонстрируют преобладание частоты В*08 (gf=0,089) над В*07 (gf=0,080). Это самое высокое значение для В*08 среди популяций ЧО, и характерно скорее для стран Западной Европы [37, 46, 64, 71]. В то же время, в составе гаплотипа с А*01-В*08 данный ген встречается всего в половине случаев (hf=0,049), и частота гаплотипа ниже, чем в популяции русских (hf=0,052), несмотря на то, что у последних частота самого В* составляет только 0,061. Среди всех популяций ЧО именно у нагайбаков этот гаплотип обладает наименьшей неравновесностью сцепления (D’=0,5).

Частота В*07 наряду с частотами для В*18 (gf=0,080) и В*35 (gf=0,134) приближает нагайбаков к популяциям Юго-Восточной Европы [40, 41, 106].

распространенный также у татар и башкир, у нагайбаков практически не встречается (hf=0,004) и не имеет достоверного неравновесного сцепления. В то же время гаплотип А*02-В*07 находится на четвертом месте по частоте встречаемости (gf=0,045) и только в популяции нагайбаков имеет достоверное значение неравновесного сцепления (D’=0,43) Наиболее распространенный гаплотип в нагайбакской популяции – А*03-В* популяций наибольших значений он достигает также на территории России – в популяции чувашей [42].

Как и для других популяций ЧО у нагайбаков несколько повышена частота В*13 (gf=0,089), однако чаще всего он встречается в необычном гаплотипе – А*25-В*13 (hf=0,031; D’=0,33) – не наблюдаемом ни в одной другой популяции ЧО.

У нагайбаков, также как у татар и башкир, встречается монголоидный В*46, причем его частота (gf=0,027) превышает соответствующую частоту даже у башкир (gf=0,026), считающихся наиболее монголоидной популяцией ЧО. Интересно, что в половине случаев данный вариант входит в состав гаплотипа А*33-В*46 (hf=0,013; D’=0,48), не встречающегося в других популяциях ЧО. Даже в монголоидных популяциях, где значения В* достигают 0,179 [172] данный гаплотип определяется крайне редко (0,010), не встречающихся в других исследованных южноуральских популяциях: А*25-В*13 (hf=0,031), А*32-В*48 (hf=0,022), А*29-В*14 (hf=0,022), А*30-В*50 (hf=0,018), А*29-В*45 (hf=0,013) и А*33В*46 (hf=0,013). Для русских, башкир и татар наблюдается всего по одному такому гаплотипу. При этом большинство из перечисленных гаплотипов не характерны ни для одной мировой популяции.

рассчитанных по методу Нея. Генетическое расстояние позволяет на основе различий в генных частотах оценить степень дивергенции двух популяций со времени их разделения. Дрейф генов приводит к тому, что генные частоты в каждой популяции изменяются случайным образом, и чем дольше эти популяции эволюционируют отдельно друг от друга, тем больше между ними накапливается различий. С другой стороны процессы миграции способствуют выравниванию накопившихся различий, затрудняя тем самым интерпретацию полученных результатов.

Интересно, что для русских Челябинской области наименьшее генетическое расстояние наблюдается по отношению к немцам (3,6) и бельгийцам (3,7). Далее следуют татары ЧО (4,2) и только затем популяции западных славян – поляков и чехов (4,5 и 4,7, соответственно). До остальных популяций Западной Европы генетические расстояния также небольшие и не превышают 10,0. С финнами и южными саамами не наблюдается больших отличий, в то время как северные саамы демонстрируют значительно большие различия не только по отношению к русской популяции, но и к другим мировым популяциям.

По отношению к странам Юго-Восточной Европы наименьшее значение генетического расстояния наблюдается с хорватами (7,3). Другие популяции южных славян – македонцы и болгары – демонстрируют прогрессивное нарастание генетического расстояния (12,2 и 16,2, соответственно), что вероятнее всего отражает факт сильного турецкого влияния на эти популяции в эпоху Османской империи [18]. С нагайбаками и башкирами ЧО наблюдаемые расстояния (10,9 и 9,6, соответственно) больше, чем до популяций стран Западной Европы, однако меньше, чем до азиатских популяций. Наименьшее расстояние до монголоидов наблюдается с тувинцами (20,3), увеличиваясь по направлению к Японии до 47,1. Однако наибольшие значения генетического расстояния для русских отмечены по отношению к популяции парсов Пакистана (68,6).

Для татар ЧО наименьшее генетическое расстояние наблюдается по отношению к русским ЧО (4,2). С другими популяциями ЧО – нагайбаками и башкирами – оно также невелико (6,5 и 7,7, соответственно). По сравнению с русскими несколько увеличивается расстояние до стран Западной Европы, популяций финнов и саами. Одновременно с этим происходит уменьшение расстояния по отношению к Юго-Восточной Европе (турки, болгары, македонцы, хорваты) и странам Азии (монголы, корейцы, китайцы, японцы).

Популяция парсов Пакистана, как и для русских, является наиболее отдаленной, однако величина генетического расстояния заметно меньше (49,9).

Башкиры среди популяций ЧО имеют наибольшие расстояния по отношению к другим популяциям Южного Урала: 7,7 – с татарами, 12,2 – с русскими и 13,0 с нагайбаками. В то же время, среди рассмотренных мировых популяций татары являются их самыми близкими родственниками.

Все остальные значения превышают 10,0. При этом расстояния до европеоидов колеблются от 11,6 с хорватами до 32,1 с южными ирландцами, а до монголоидов от 12,2 с монголами до 34,2 с японцами, то есть являются практически одинаковыми. Наиболее удаленной снова оказывается популяция парсов Пакистана (63,2).

Нагайбаки ЧО наименьшее генетическое расстояние демонстрируют по отношению к татарам ЧО (6,5). Интересно, что следующими идут поляки (8,5), далее македонцы (9,8), чуваши (9,9), хорваты (10,1) и только потом русские (10,9). Расстояния до стран Западной Европы в целом больше, чем для русских и татар, однако меньше, чем для башкир. Показатели по отношению к азиатским странам такие же, как для татар. Как и в случае остальных популяций ЧО наиболее наибольшее генетическое расстояние наблюдается с популяцией парсов Пакистана (44,1).

Анализ дерева объединенных соседей. Дерево, построенное на основе генных частот локусов HLA А и В (рисунок 1) в целом отражает взаимное положение исследованных популяций на евразийском континенте. Можно выделить два полюса, один из которых образуют азиатские популяции, а другой – европейские. В группе европейских популяций сначала отделяются страны Юго-Восточной Европы, а затем северные европеоиды, к которым относятся финны и саамы. Интересно, что к последним примыкают чуваши, по одной из версий имеющие финно-угорское происхождение. Русские ЧО располагаются в европейской группе, между западными европейцами (немцы, французы, бельгийцы, южные ирландцы, валлийцы) и славянскими популяциями (чехи, поляки). Южные славяне (хорваты, македонцы, болгары) находятся на отдельной ветке, включающей также турок.

Три оставшиеся популяции ЧО, в отличие от русских, сложнее отнести к какой-либо определенной группе. Интересно, что татары и нагайбаки располагаются в непосредственной близости от популяций Юго-Восточной Европы. При этом татары расположены ближе к европеоидным популяциям, а нагайбаки, напротив, к азиатским.

На дереве видно, что башкир нельзя отнести ни к монголоидам, ни к европеоидам, они располагаются в центре, находясь примерно на одинаковом удалении от тех и от других. Такое положение полностью соответствует географическому расположению башкир, что, по всей видимости, отражает факт формирования башкирского этноса на территории Южного Урала.

Исследование популяций при помощи анализа соответствий.

Анализ соответствий наряду с построением деревьев на основании генетических расстояний, представляет собой популярный метод для визуализации распределения генных частот в популяциях. Результаты этих двух методов часто оказываются схожими. В то же время, анализ соответствий считается более точным и информативным методом, особенно в случае, когда происходит обмен генами между географически близкими популяциями.

В нашем случае расположение популяций на графике анализа соответствий во многом соответствует их расположению на дереве. График, представленный на рисунке 2, построен по двум первым осям инерции, наиболее полно описывающим информацию, заключенную в распределении локусов HLA А и В в рассматриваемых популяциях (более 50% информации). Первая ось (ось абсцисс) представляет 38% от общей инерции и соответствует направлению запад-восток, четко разделяя европейские и азиатские популяции. Так, чем западнее располагается популяция, тем большее отрицательное значение по оси х она принимает (южные ирландцы, валлийцы, французы, бельгийцы, немцы); и наоборот, восточные популяции имеют высокие положительные значения (японцы, китайцы, корейцы).

Популяции Юго-Восточной Европы (турки, болгары, македонцы, хорваты) по первой оси располагаются между западноевропейскими и азиатскими, оставаясь, однако, ближе к европейским. Вторая ось (ось ординат) описывает только 13% и в основном соответствует направлению с юга на север.

Особенно наглядно это разделение проявляется для европейских популяций:

популяции Юго-Востока Европы (турки, болгары, македонцы, хорваты) имеют отрицательные значения координат по оси y, в то время как североевропейские популяции (северные и южные саамы, финны) – положительные. Между ними, ближе к нулевым значениям по оси у, располагаются оставшиеся европейские популяции (южные ирландцы, валлийцы, французы, бельгийцы, немцы, чехи, поляки).

Среди популяций Челябинской области визуально только башкиры соответствуют своему географическому положению. Три оставшиеся популяции (русские, татары, нагайбаки) располагаются среди европейских популяций.

При помощи метода кластеризации k-средних популяции были разделены на 5 групп. «Северная» группа включила финнов, северных и южных саамов. Следует заметить, что расовое своеобразие саамов давно породило вопрос об их неевропейском происхождении. Вслед за физической антропологией совокупность генетических данных подтверждала факт особости генофонда саамов, которые при анализе популяций Европы возглавили список «генетических чужаков» [59, 60]. Кроме того, принадлежность саамских языков, наряду с финским, к уральской группе языков предполагала их возможное зауральское происхождение. Долгое время оставалось неясным, вызвана ли генетическая особость саамов их особым, внеевропейским происхождением, или же объясняется их долговременной изоляцией от других популяций Европы. Ответ был получен при исследовании митохондриальной ДНК, когда выяснилось, что в генофонд саамов состоит из обычных западно-евразийских гаплогрупп, частоты которых, однако, отличаются от соответствующих частот популяций Западной (и тем более Восточной) Евразии. Был сделан вывод, что саамы происходят не от восточно-евразийских (сибирских) популяций, а от верхнепалеолитического населения Европы. Их последующая длительная изоляция и дрейф генов привели к тому, что из широкого спектра европейских (западно-евразийских) гаплогрупп у саамов сохранились лишь несколько, и потому частоты этих гаплогрупп стали необычными для Европы [163]. Эти же причины могут объяснить, почему при расчете генетических расстояний, саамы, особенно северные, демонстрируют необычно высокие значения до других европейских популяций, но при этом их расположение на графике анализа соответствий совпадает с реальным географическим положением.

В «западную» группу вошли популяции южных ирландцев, валлийцев, французов, бельгийцев, немцев, чехов, поляков, чувашей и русских ЧО.

Русские ЧО, как и в случае построения дерева, снова располагаются в группе европейских популяций, недалеко от чехов и поляков. Согласно данным мтДНК европейские популяции удивительно похожи на «усредненный»

«среднерусских» значений резко отличается только северная часть Скандинавии, одна румынская и одна из множества итальянских популяций.

Умеренные отличия показывают Франция, Англия, Испания и Италия - но, среднерусской популяции. В то же время, отдельные группы русских часто демонстрируют значительные отличия от средних показателей.