The polymorphic locus rs1799945 of the  HFE  gene determines the risk of severe preeclampsia

Maria Yu. Abramova; Абрамова Мария Юрьевна; Irina V. Ponomarenko; Пономаренко Ирина Васильевна; Valentina S. Orlova; Орлова Валентина Семеновна; Irina V. Batlutskaya; Батлуцкая Ирина Витальевна; Olga A. Efremova; Ефремова Ольга Алексеевна; Mikhail I. Churnosov; Чурносов Михаил Иванович

doi:10.26442/20795696.2023.2.202062

The polymorphic locus rs1799945 of the HFE gene determines the risk of severe preeclampsia

Authors: Abramova M.Y.¹, Ponomarenko I.V.¹, Orlova V.S.¹, Batlutskaya I.V.¹, Efremova O.A.¹, Churnosov M.I.¹
Affiliations:
1. Belgorod State National Research University
Issue: Vol 25, No 2 (2023)
Pages: 234-238
Section: ORIGINAL ARTICLE
URL: https://gynecology.orscience.ru/2079-5831/article/view/546116
DOI: https://doi.org/10.26442/20795696.2023.2.202062
ID: 546116

Cite item

Full Text

Abstract
Full Text
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

Background. Preeclampsia (PE) is a gestation complication that affects not only maternal and perinatal mortality but also the quality of life of women who have undergone PE, as well as their children in later life, which determines the urgency and relevance of the search for early markers of this complication of pregnancy, including genetic determinants.

Aim. To evaluate the associations of GWAS-related hypertension candidate genes with the occurrence of severe PE.

Materials and methods. All patients included in this study (217 females with severe PE and 498 females with physiological pregnancies) underwent a molecular genetic study of five GWAS-significant polymorphic loci of arterial hypertension candidate genes (rs1799945 HFE, rs805303 BAG6, rs4387287 OBFC1, rs633185 ARHGAP42, rs2681472 ATP2B1) and assessed the compliance of the empirical distribution of allelic variants and genotypes theoretically expected under Hardy–Weinberg law (at p_bonf≤0.01). The associative search was performed using logistic regression analysis, and the odds ratio and its 95% confidence interval were calculated in PLINK v. 2.050. For polymorphisms that showed significant associations with severe PE, their regulatory effects were considered when using international projects on functional genomics (GTExportal, HaploReg (v4.1), PolyPhen-2).

Results. The GG genotype of the rs1799945 polymorphic locus of the HFE gene is significantly associated with an increased risk of severe PE within the recessive genetic model (odds ratio 2.41; p_perm=0.01). The polymorphism of rs1799945 of the HFE gene is localized in the histone markers H3K4me1 and H3K4me3 in pathogenetically significant organs and tissues for the development of PE, located in an evolutionarily conserved region located in the area of hypersensitivity to DNase-1. The rs1799945 locus of the HFE gene determines the missense mutation (aspartic acid replaces the amino acid histidine at position 63 in the Hereditary hemochromatosis protein) with the “BENIGN” predictor potential.

Conclusion. The rs1799945 polymorphic locus of the HFE gene is associated with a high risk of severe PE.

Keywords

preeclampsia, risk factors, gene, HFE, single nucleotide polymorphism

Full Text

Введение

Преэклампсия (ПЭ) считается одним из наиболее опасных осложнений беременности, клиническими проявлениями которого являются артериальная гипертензия (АГ), протеинурия, дисфункция различных органов и систем, впервые возникающие после 20-й недели гестации [1]. ПЭ осложняет течение беременности в 2–8% всех случаев, оказывая значительное влияние на структуру материнской и перинатальной заболеваемости и смертности. Так, в странах с неблагополучным социально-экономическим развитием материнская смертность в результате развития гипертензивных расстройств беременности достигает 26%, а риск развития сердечно-сосудистых и цереброваскулярных заболеваний в отдаленном будущем у женщин с ПЭ в 2–5 раз выше, чем у женщин с физиологическим течением беременности. Примерно 1/3 женщин с ПЭ требуется досрочное родоразрешение вне зависимости от гестационного возраста плода, что непосредственно сопряжено с недоношенностью. Установлено, что у детей, рожденных от женщин, беременность которых осложнена ПЭ, отмечается высокий риск развития в отдаленном будущем респираторных нарушений, патологий нервной системы и почек, сердечно- сосудистых заболеваний, инсулинорезистентности. Перинатальная смертность при беременности, осложненной ПЭ, составляет 5,2 на 1 тыс. случаев, тогда как при физиологическом течении беременности – 3,6 на 1 тыс. случаев, а при ранней манифестации ПЭ (до 34-й недели гестации) риск мертворождения повышается в 7 раз [2–4].

В настоящее время принято считать, что раннее формирование ПЭ сопряжено с нарушением плацентации в первые месяцы гестации, а материнские факторы лежат в основе позднего развития ПЭ (после 34-й недели). Однако, несмотря на широкое изучение данного осложнения беременности многими научными коллективами и наличием множества выдвинутых теорий, этиология и патогенез ПЭ так и остаются полностью не изученными [5]. Результаты большинства научных исследований определяют ПЭ как многофакторное заболевание, в развитии которого вклад генетических детерминант составляет более 55% [6, 7]. На данный момент определено более 100 однонуклеотидных полиморфных локусов (SNP) различных групп генов-кандидатов, ассоциированных с ПЭ [8, 9]. Однако следует отметить, что полученные результаты зачастую противоречивы и не подтверждаются при проведении репликативных исследований на выборках, включающих представителей других популяций и рас, что диктует необходимость дальнейшего изучения роли генетических факторов в формировании ПЭ [10].

Цель исследования – оценить ассоциации полиморфизма GWAS-значимых генов-кандидатов АГ с развитием ПЭ тяжелого течения.

Материалы и методы

В выборки для данной работы вошли 217 женщин с ПЭ тяжелого течения и 498 индивидуумов с физиологически протекающей гестацией. Все женщины находились под наблюдением врачей – акушеров-гинекологов Перинатального центра ОГБУЗ «Белгородская клиническая больница Святителя Иоасафа» и дали добровольное согласие на участие в настоящем исследовании. В изучаемые выборки включались женщины русского этноса, которые родились и проживали на территории Центрального Черноземья России и не имели между собой родственных связей. Верификация диагноза ПЭ осуществлялась на основании наличия АГ (диастолическое артериальное давление – ДАД≥90 мм рт. ст. и/или систолическое артериальное давление – САД≥140 мм рт. ст.) и протеинурии (≥0,3 г/сут). Оценка степени тяжести ПЭ проводилась согласно критериям, указанным в клинических рекомендациях «Гипертензивные расстройства во время беременности, в родах и послеродовом периоде. Преэклампсия. Эклампсия» (2016 г.). Диагноз ПЭ тяжелого течения устанавливался при регистрации тяжелой АГ (ДАД – более 110 мм рт. ст. и/или САД – более 160 мм рт. ст.) и суточной протеинурии более 5 г/л в сочетании с одним или более параметрами, свидетельствующими о сопутствующем развитии полиорганной недостаточности [11]. Клиническое, клинико-анамнестическое и клинико-лабораторное обследование беременных проведено на сроке родоразрешения, под контролем этического комитета медицинского института ФГАОУ ВО НИУ БелГУ.

Всем женщинам с ПЭ и лицам контрольной группы проведено молекулярно-генетическое исследование пяти полиморфных локусов генов-кандидатов, которые показали значимую ассоциативную связь с развитием АГ согласно материалам каталога полногеномных исследований (GWAS): rs1799945 HFE, rs805303 BAG6, rs4387287 OBFC1, rs633185 ARHGAP42, rs2681472 ATP2B1. Выбор данных полиморфных маркеров (и последующее их включение в исследование) обусловлен наличием статистически значимых (p≤5×10^-8) ассоциаций с развитием АГ по данным двух и более GWAS-исследований, а также существенным регуляторным потенциалом согласно материалам онлайн-ресурса HaploReg (v.4.1) (http://compbio.mit.edu/HaploReg) и базы данных GTExportal (http://www.gtexportal.org/). Проведен анализ эмпирического распределения аллелей и генотипов на его соответствие теоретически ожидаемому согласно закону Харди–Вайнберга (за статистически значимые принимались отклонения, соответствующие p_bonf≤0,01) в изучаемых выборках. Выявление ассоциаций исследуемых полиморфных маркеров с формированием ПЭ тяжелого течения производилось с использованием логистического регрессионного анализа, в рамках которого тестировалось четыре генетические модели: аллельная, доминантная, рецессивная и аддитивная, с введением поправок на ковариаты (возраст, наследственная отягощенность по ПЭ, индекс массы тела до беременности). При проведении генетического анализа осуществлялась коррекция на множественные сравнения с применением адаптивного пермутационного теста (pperm), статистически значимым считался уровень p_perm<0,05. Характер ассоциативных связей изучаемых полиморфных вариантов с формированием ПЭ тяжелого течения оценивался согласно показателям отношения шансов (ОШ) и 95% доверительного интервала – ДИ для ОШ. Указанные статистические вычисления производились в программе PLINK v. 2.050 (http://zzz.bwh.harvard.edu/plink).

Для полиморфных маркеров, которые показали значимые ассоциации с развитием ПЭ тяжелого течения, рассмотрена их связь с уровнем транскрипционной активности (eQTL) и альтернативного сплайсинга (sQTL) генов с использованием онлайн ресурса GTExportal. С помощью онлайн программы HaploReg (v4.1) изучены их эпигенетические эффекты, оценка предиктивного класса несинонимичных замен (missense-мутаций) проведена с использованием базы данных PolyPhen-2 (http://genetics.bwh.harvard.edu/pph2/).

Результаты

Анализ соответствия эмпирического распределения генотипов теоретически ожидаемому согласно закономерности Харди–Вайнберга (вводилась поправка Бонферрони на количество анализируемых локусов p_bonf≤0,01; 0,05/5) показал соответствие по всем рассмотренным полиморфным локусам генов-кандидатов АГ (rs1799945 HFE, rs805303 BAG6, rs4387287 OBFC1, rs633185 ARHGAP42, rs2681472 ATP2B1).

Выявлена ассоциативная связь полиморфного маркера rs1799945 гена HFE с развитием ПЭ тяжелого течения. Установлено, что генотип GG rs1799945 гена HFE достоверно ассоциирован с повышением риска развития ПЭ тяжелого течения согласно рецессивной генетической модели (ОШ 2,41, 95% ДИ 1,06–5,45; p=0,03; р_perm=0,01); табл. 1.

Таблица 1. Характеристика ассоциативных связей GWAS-значимых полиморфных локусов генов-кандидатов АГ с формированием ПЭ тяжелого течения / Table 1. Relationships of GWAS-significant polymorphic loci of arterial hypertension candidate genes with severe preeclampsia
Локусы (ген)	Аллели, генотипы	ПЭ тяжелого течения (n=217), % (абс.)	Контрольная группа (n=498), % (абс.)	ОШ (95% ДИ)	p
rs1799945 (HFE)	G	18,31 (78)	19,86 (197)	0,90 (0,66–1,22)	0,54
	C	81,69 (348)	80,14 (795)	1,10 (0,81–1,49)
	GG	6,07 (13)	2,42 (12)	2,60 (1,09–6,22)	0,02
	GC	25,23 (54)	34,88 (173)	0,63 (0,43–0,91)	0,01
	CC	68,69 (147)	62,70 (311)	1,30 (0,91–1,86)	0,14
	Ho/He (p_HWE)	0,25/0,30 0,04	0,35/0,32 0,03
	Минорный аллель G (аллельная модель)			0,90 (0,68–1,21)	0,48
	GG vs GC vs CC (аддитивная модель)			0,90 (0,67–1,21)	0,49
	GG + GC vs CC (доминантная модель)			0,75 (0,53–1,06)	0,11
	GG vs GC + CC (рецессивная модель)			2,41 (1,06–5,45)	0,03
rs805303 (BAG6)	A	33,95 (146)	39,62 (393)	0,78 (0,61–1,00)	0,05
	G	66,05 (284)	60,38 (599)	1,27 (1,00–1,62)
	AA	10,70 (23)	15,93 (79)	0,63 (0,37–1,06)	0,08
	AG	46,51 (100)	47,38 (235)	0,96 (0,69–1,34)	0,89
	GG	42,79 (92)	36,69 (182)	1,29 (0,91–1,81)	0,14
	Ho/He (p_HWE)	0,46/0,45 0,65	0,47/0,48 0,85
	Минорный аллель A (аллельная модель)			0,78 (0,61–1,04)	0,06
	AA vs AG vs GG (аддитивная модель)			0,78 (0,62–1,04)	0,06
	AA + AG vs GG (доминантная модель)			0,77 (0,56–1,07)	0,13
	AA vs AG + GG (рецессивная модель)			0,63 (0,39–1,03)	0,07
rs4387287 (OBFC1)	A	15,15 (60)	19,30 (181)	0,74 (0,53–1,03)	0,08
	C	84,85 (336)	80,70 (757)	1,33 (0,96–1,86)
	AA	1,52 (3)	2,99 (14)	0,50 (0,11–1,88)	0,40
	AC	27,27 (54)	32,62 (153)	0,77 (0,52–1,13)	0,20
	CC	71,21 (141)	64,39 (302)	1,36 (0,93–1,99)	0,10
	Ho/He (p_HWE)	0,27/0,26 0,58	0,33/0,31 0,37
	Минорный аллель A (аллельная модель)			0,74 (0,54–1,03)	0,07
	AA vs AC vs CC (аддитивная модель)			0,74 (0,53–1,02)	0,06
	AA + AC vs CC (доминантная модель)			0,73 (0,51–1,05)	0,09
	AA vs AC + CC (рецессивная модель)			0,50 (0,14–1,76)	0,28
rs633185 (ARHGAP42)	G	27,86 (117)	28,59 (283)	0,96 (0,74–1,25)	0,83
	C	72,14 (303)	71,41 (707)	1,03 (0,79–1,34)
	GG	6,19 (13)	7,07 (35)	0,86 (0,42–1,74)	0,79
	GC	43,33 (91)	43,03 (213)	1,01 (0,72–1,42)	1,00
	CC	50,48 (106)	49,90 (247)	1,02 (0,73–1,43)	0,95
	Ho/He (p_HWE)	0,43/0,40 0,31	0,43/0,41 0,27
	Минорный аллель G (аллельная модель)			0,96 (0,75–1,24)	0,78
	GG vs GC vs CC (аддитивная модель)			0,96 (0,74–1,25)	0,77
	GG + GC vs CC (доминантная модель)			0,97 (0,71–1,35)	0,89
	GG vs GC + CC (рецессивная модель)			0,87 (0,45–1,68)	0,67
rs2681472 (ATP2B1)	G	15,51 (67)	13,92 (137)	1,13 (0,81–1,57)	0,48
	A	84,91 (365)	86,08 (847)	0,88 (0,63–1,22)	0,48
	GG	2,78 (6)	1,83 (9)	1,53 (0,47–4,77)	0,60
	GA	25,46 (55)	24,19 (119)	1,07 (0,72–1,57)	0,78
	AA	71,76 (155)	73,98 (364)	0,89 (0,61–1,29)	0,60
	Ho/He (p_HWE)	0,25/0,26 0,61	0,24/0,24 1,00
	Минорный аллель G (аллельная модель)			1,14 (0,83–1,56)	0,43
	GG vs GA vs AA (аддитивная модель)			1,13 (0,83–1,56)	0,43
	GG + GA vs AA (доминантная модель)			1,12 (0,78–1,60)	0,54
	GG vs GA + AA (рецессивная модель)			1,53 (0,54–4,36)	0,42
Примечание. Ho – гетерозиготность наблюдаемая, He – гетерозиготность ожидаемая, P_HWE – уровень значимости отклонения от закономерности Харди–Вайнберга, полужирным шрифтом выделены статистически значимые результаты.

Полиморфный вариант rs1799945 гена HFE показал статистически значимые ассоциации (p≤5×10^-8) с различными параметрами артериального давления (АД) и АГ по данным восьми GWAS-исследований (на момент обращения к GWAS-каталогу – май 2022 г.). Установлено, что аллель G исследуемого полиморфного варианта является «рисковым» и ассоциирован с повышением уровня АД (САД, ДАД, среднее АД), в то время как аллель C имеет проективное значение в отношении развития АГ и связан с более низкими цифровыми значениями параметров АД, что полностью согласуется с полученными нами данными о «рисковой» роли генотипа GG полиморфизма rs1799945 гена HFE для развития ПЭ тяжелого течения.

Согласно материалам онлайн-ресурса HaploReg (v.4.1) установлено, что полиморфный локус rs1799945 гена HFE локализован в области гистоновых меток, маркирующих энхансеры (модификация H3K4me1) и промоторы (модификация H3K4me3) в патогенетически значимых для развития ПЭ органах и тканях: трофобласте, амнионе, плаценте, головном мозге взрослого человека, культуре мезенхимальных стволовых клеток жировой ткани (Epigenome ID: E025) и гемопоэтических стволовых клетках (Epigenome ID: E036) взрослого организма и др. Также rs1799945 гена HFE расположен в функционально активном регионе генома, который считается эволюционно консервативным и является областью гиперчувствительности к ДНКазе-1. Согласно базам данных HaploReg (v.4.1) и PolyPhen-2 выявлено, что полиморфизм rs1799945 гена HFE относится к missense-мутациям и обусловливает замену аминокислоты гистидина на аспарагиновую кислоту в положении 63 (His63Asp) в полипептиде HFE (Hereditary hemochromatosis protein). Предикторный потенциал данной missense-мутации определен как «BENIGN» (чувствительность – 0,92, специфичность – 0,86, score – 0,142). По данным онлайн-ресурса GTExportal, полиморфный локус rs1799945 ассоциирован со снижением экспрессии генов BTN2A3P, HFE, GUSBP2, RP11-457M11.5 и TRIM38 в подкожной жировой клетчатке, надпочечниках, тканях щитовидной железы взрослого человека и повышением экспрессии генов HIST1H3E, SLC17A1, SLC17A3, и U91328.19 в подкожной жировой клетчатке, надпочечниках, различных отделах головного мозга, матке взрослого человека и др.

Ген HFE расположен на коротком плече 6 хромосомы в положении 6p21.3. и детерминирует синтез одноименного гликопротеина HFE (homeostatic iron regulator), который сходен по структуре с белками главного комплекса гистосовместимости I класса (MHC-I) [12]. Ген HFE является одним из ключевых регуляторов метаболизма железа – контролирует захват связанного с трансферрином железа из плазмы и экспрессию железорегулирующего гормона гепсидина, а также определяет развитие гемохроматоза. Мутация H63D (rs1799945) данного гена обусловливает легкое течение гемохроматоза без выраженных клинических проявлений, сопровождающееся лишь увеличением концентрации сывороточного железа [13, 14]. В свою очередь ионы железа (Fe²⁺ и Fe³⁺) и металлосодержащие ферменты потенцируют образование активных форм кислорода с последующей избыточной активацией процессов перекисного окисления липидов, что играет существенную роль в повреждении ДНК и РНК, эндотелиальной дисфункции, апоптозе и др. [15, 16]. Также установлено, что низкое внутриклеточное содержание железа в макрофагах ингибирует экспрессию провоспалительных цитокинов, а более высокий уровень способствует развитию провоспалительного ответа, что в совокупности с интенсификацией перокисного окисления липопротеинов способствует эндотелиальной дисфункции и индуцирует развитие атеросклероза [17]. Перегрузка железом связана с метаболическими нарушениями (сопряжено с развитием инсулинорезистентности и повышенного содержания атерогенных форм липопротеинов) [18]. В работе X. Wang и соавт. представлены данные об ассоциации повышенного содержания сывороточного железа (ОШ 1,07; 95% ДИ 1,02–1,12; p<0,01) и трансферрина (ОШ 1,19; 95% ДИ 1,08–1,32; p<0,01), вызванные мутациями гена HFE (rs1800562 и rs1799945), с повышенным риском развития сахарного диабета 2-го типа, который является одним из факторов риска развития ПЭ [17]. Таким образом, молекулярные механизмы, регулируемые геном HFE, в той или иной степени вовлечены в звенья патогенеза как на начальном этапе нарушения плацентации, так и на стадии формирования «материнского синдрома» при ПЭ.

Заключение

В ходе настоящего исследования установлена связь полиморфного маркера rs1799945 гена HFE с развитием ПЭ тяжелого течения. Генотип GG полиморфизма rs1799945 гена HFE достоверно ассоциирован с повышенным риском развития ПЭ тяжелого течения в рамках рецессивной генетической модели (ОШ 2,41; 95% ДИ 1,06–5,45; p=0,03; р_perm=0,01). Полиморфный локус rs1799945 гена HFE оказывает существенные функциональные эффекты в организме человека: расположен в эволюционно консервативном регионе, находится в области гиперчувствительности к ДНКазе-1, локализован в области гистоновых маркирующих энхансеры (H3K4me1) и промоторы (H3K4me3) в патогенетически значимых для развития ПЭ органах и тканях (трофобласте, амнионе, плаценте, головном мозге взрослого человека и др.), ассоциирован с экспрессионной активностью генов BTN2A3P, HFE, GUSBP2, RP11-457M11.5, TRIM38, HIST1H3E, SLC17A1, SLC17A3, U91328.19 в различных органах и тканях. Локус rs1799945 гена HFE определяет missense-мутацию (аспарагиновая кислота заменяет аминокислоту гистидин в положении 63 в белке HFE), для данной missense-мутации определен предикторный потенциал «BENIGN» (чувствительность – 0,92; специфичность – 0,86, score – 0,142).

Раскрытие интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Disclosure of interest. The authors declare that they have no competing interests.

Вклад авторов. Авторы декларируют соответствие своего авторства международным критериям ICMJE. Все авторы в равной степени участвовали в подготовке публикации: разработка концепции статьи, получение и анализ фактических данных, написание и редактирование текста статьи, проверка и утверждение текста статьи.

Authors’ contribution. The authors declare the compliance of their authorship according to the international ICMJE criteria. All authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work.

Информированное согласие на публикацию. Пациенты подписали форму добровольного информированного согласия на публикацию медицинской информации.

Consent for publication. Written consent was obtained from the patients for publication of relevant medical information and all of accompanying images within the manuscript.

Соответствие принципам этики. Протокол исследования был одобрен локальным этическим комитетом ФГАОУ ВО НИУ БелГУ (протокол №4 от 10.04.2015). Одобрение и процедуру проведения протокола получали по принципам Хельсинкской конвенции.

Ethics approval. The study was approved by the local ethics committee of Belgorod State University (protocol №4 dated 10.04.2015). The approval and procedure for the protocol were obtained in accordance with the principles of the Helsinki Convention.

Источник финансирования. Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Президента РФ «Изучение генетических факторов репродуктивного здоровья женщин» (МД-3284.2022.1.4).

Funding source. The study was supported by a grant from the President of the Russian Federation, “Study of genetic factors of reproductive health of women” (МД-3284.2022.1.4).