ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕДКИХ ПОЛИМОРФИЗМОВ ТАТА-БОКСОВ ПРОМОТОРОВ ГЕНОВ HBB, HBD И F9 ЧЕЛОВЕКА НА КИНЕТИКУ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С ТАТА-СВЯЗЫВАЮЩИМ БЕЛКОМ

Гены человека HBB, HBD и F9 относятся к системе кроветворения. Недостаток или избыток продуктов этих генов является причиной наследственных талассемий разной тяжести и гемофилии В Лейдена. Ранее нами было показано, что ряд аннотированных однонуклеотидных полиморфизмов (SNPs) ТАТА-боксов этих генов, ассоциированных с возникновением ß-, δ-талассемий и гемофилии В Лейдена влияет на взаимодействие с ТАТА-связывающим белком (TBP), изменение взаимодействия пропорционально изменению количества продуктов этих генов. В настоящей работе исследуется влияние редких неаннотированных SNPs ТАТА-боксов этих генов на взаимодействие ТАТА-связывающего белка. Для изучения кинетических характеристик образования комплексов ТВР/ТАТА in vitro используются двуцепочечные олигодезоксинуклеотиды, идентичные ТАТА-содержащим участкам промоторов генов HBB, HBD и F9 (нормальным и минорным аллелям), и рекомбинантный ТВР человека. Показано, что замена –25A > C (rs281864525) и делеция –25АА (rs63750953) ТАТА-бокса гена ß-глобина одинаково влияют на аффинность ТВР/ТАТА, которая падает в обоих случаях в три раза, но значительно различается влияние этих SNPs на скорость образования комплексов ТВР/ТАТА: –25A > C приводит к снижению скорости в пять раз, а делеция (–25AA) – к снижению скорости более чем в семь раз. Различное влияние замен оказывается и на прочность комплексов ТВР/ТАТА. Если в случае –25A > C прочность комплексов увеличивается в 1.8 раза, то при делеции –25АА прочность комплексов возрастает в 2.4 раза, несмотря на уменьшение сродства ТАТА-связывающего белка к ТАТА-боксу. Сравнение изменения экспериментальных значений сродства (KD) ТВР/ТАТА нормальных и минорных аллелей c прогнозируемыми показало, что данные хорошо коррелируют друг с другом: коэффициент линейной корреляции r = 0.94 (α < 0.0001). Комплексный подход к изучению редких полиморфизмов может привести к определению наиболее чувствительных маркеров орфанных заболеваний, что внесет вклад в разработку надежных и быстрых методов их диагностирования и лечения.

1. Bank A., O’Neill D., Lopez R., Pulte D., Ward M., Mantha S., Richardson C. Role of intergenic human γ-δ-globin sequences in human hemoglobin switching and reactivation of fetal hemoglobin in adult erythroid cells. Ann. N. Y. Acad. Sci. 2005;1054:48-54.

2. Bell C.J., Dinwiddie D.L., Miller N.A., Hateley S.L. Carrier testing for severe childhood recessive diseases by next-generation sequencing. Sci. Transl. Med. 2011;3:65ra4. DOI 10.1126/scitranslmed.3001756.

3. Cavalli M., Pan G., Nord H., Wallerman O., Arzt E.W., Berggren O., Elvers I., Eloranta M.-L., Rönnblom L., Toh K.L., Wadelius C. Allelespecific transcription factor binding to common and rare variants associated with disease and gene expression. Hum. Genet. 2016;135: 485-497.

4. Dharssi S., Wong-Rieger D., Harold M., Terry S. Review of 11 national policies for rare diseases in the context of key patient needs. Orphanet J. Rare Dis. 2017;12:63.

5. Dooms M. From promising molecules to orphan drugs: Early clinical drug development. Intractable Rare Dis. Res. 2017;(1):29-34. DOI 10.5582/irdr.2016.01094.

6. Drachkova I.A., Arshinova T.V., Ponomarenko P.M., Merkulova T.I., Kolchanov N.A., Savinkova L.K. Effect of Tata box polymorphisms in the human β-globin gene promoter associated with β-thalassemia on the interaction of the Tata-binding protein. Vestnik VOGiS = Herald Vavilov Society for Geneticists Breeding Scientists. 2010;14(4):698-705. (in Russian)

7. Drachkova I., Savinkova L., Arshinova T., Ponomarenko M., Peltek S., Kolchanov N. The mechanism by which TATA-box polymorphisms associated with human hereditary diseases influence interactions with the TATA-binding protein. Hum. Mutat. 2014;35(5):601-608. DOI 10.1002/humu.22535.

8. Frischknecht H., Dutly F. Two new delta-globin mutations: Hb A2-Ninive [!delta133(H11)Val-Ala] and a delta(+)-thalassemia mutation [-31 (A→G)] in the TATA box of the delta-globin gene. Hemoglobin. 2005;29(2):151-154.

9. Galanello R., Origa R. Beta-thalassemia. Orphanet J. Rare Dis. 2010; 5:11.

10. Haeussler M., Raney B.J., Hinrichs A.S., Clawson H., Zweig A.S., Karolchik D., Casper J., Speir M.L., Haussler D., Kent W.J. Navigating protected genomics data with UCSC genome browser in a box. Bioinformatics. 2015;31(5):764-766. DOI 10.1093/bioinformatics/ btu712.

11. Keinan A., Clark A.G. Recent explosive human population growth has resulted in an excess of rare genetic variants. Science. 2012;336: 740-743.

12. Kheradpour P., Ernst J., Melnikov A., Rogov P., Wang L., Zhang X., Alston J., Mikkelsen T.S., Kellis M. Systematic dissection of regulatory motifs in 2000 predicted human enhancers using a massively parallel reporter assay. Genome Res. 2013;23(5):800-811. DOI 10.1101/gr.144899.112.

13. Kolchanov N.A., Ponomarenko P.M., Savinkova L.K., Drachkova I.A., Lysova M.V., Arshinova T.V., Ponomarenko M.P. A step-by-step model of TBP/TATA box binding allows predicting human hereditary diseases by single nucleotide polymorphism. Dokl. Biochem. Biophys. 2008;419:88-92.

14. Kurachi K., Davie E.W. Isolation and characterization of a cDNA coding for human factor IX. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1982;79(21):64616464.

15. Levings P.P., Bungert J. The human beta-globin locus control region. Eur. J. Biochem. 2002;269:1589-1599.

16. MacArthur D.G., Manolio T.A., Dimmock D.P., Rehm H.L., Shendure J., Abecasis G.R., Adams D.R., Altman R.B., Antonarakis S.E., Ashley E.A., Barrett J.C., Biesecker L.G., Conrad D.F., Cooper G.M., Cox N.J., Daly M.J., Gerstein M.B., Goldstein D.B., Hirschhorn J.N., LealS.M., PennacchioL.A., StamatoyannopoulosJ.A., SunyaevS.R., Valle D., Voight B.F., Winckler W., Gunter C. Guidelines for investigating causality of sequence variants in human disease. Nature. 2014;508(7497):469-476. DOI 10.1038/nature13127.

17. Moleirinho A., Seixas S., Lopes A.M., Bento C., Prata M.J., Amorim A. Evolutionary сonstraints in the β-globin cluster: the signature of purifying selection at the δ-globin (HBD) locus and its role in developmental gene regulation. Genome Biol. Evol. 2013;5(3):559-571. DOI 10.1093/gbe/evt029.

18. Persyn E., Karakachoff M., Scouarnec S. Le, Clézio C. Le, Campion D., French Exome Consortium Schott J.-J., Redon R., Bellanger L., Dina C. DoEstRare: A statistical test to identify local enrichments in rare genomic variants associated with disease. PLoS ONE. 12(7). DOI 10.1371/journal.pone.0179364.

19. Picketts D.J., Mueller C.R., Lillicrap D. Transcriptional control of the factor IX gene: analysis of five cis-acting elements and the deleterious effects of naturally occurring hemophilia B Leyden mutations. Blood. 1994;84(9):2992-3000.

20. Ponomarenko M., Rasskazov D., Arkova O., Ponomarenko P., Suslov V., Savinkova L., Kolchanov N. How to use SNP_TATA_Comparator to find a significant change in gene expression caused by the regulatory SNP of this gene’s promoter via a change in affinity of the TATA-binding protein for this promoter. Biomed. Res. Int. 2015; 2015:359835. DOI 10.1155/2015/359835.

21. Savinkova L., Drachkova I., Arshinova T., Ponomarenko P., Ponomarenko M., Kolchanov N. An experimental verification of the predicted effects of promoter TATA-box polymorphisms associated with human diseases on interactions between the TATA boxes and TATA-binding protein. PLoS ONE. 2013;8(2):22-23.

22. Schechter A.N. Hemoglobin research and the origins of molecular medicine. Blood. 2008;112(10):3927-3938. DOI 10.1182/blood-200804-078188.

23. Sherry S.T., Ward M.H., Kholodov M., Baker J., Phan L., Smigielski E.M., Sirotkin K. dbSNP: the NCBI database of genetic variation. Nucleic Acids Res. 2001;29(1):308-311. DOI 10.1093/nar/29.1.308.

24. Steinberg M., Adams J.G. 3rd Hemoglobin A2: origin, evolution, and aftermath. Blood. 1991;78:2165-2177.

25. Wu J., Wu M., Li L., Liu Z., Zeng W., Jiang R. dbWGFP: a database and web server of human whole-genome single nucleotide variants and their functional predictions. Database (Oxford). 2016;pii: baw024. DOI 10.1093/database/baw024.