Взаимодействие генов и окружающей среды

Слово «Взаимодействие» имеет и другие значения.

Взаимодействие гена и окружающей среды — процесс, в ходе которого на основе определённого генотипа и воздействия фактора среды проявляется фенотип. В узком смысле, в генетической эпидемиологии: взаимодействие гена и окружающей среды — сочетание двух факторов риска (генетического и средового), приводящее к резкому изменению фенотипа, отличающемуся от привычного. Представляет собой интерес как способ описания нелинейных изменений фенотипа, качественных скачков в переходе от нормального (здорового) фенотипа к патологическому, которые невозможно объяснить простым сложением действия генетического фактора (варианта гена) и действием среды в отсутствии этого фактора.

Понятие взаимодействия генов и окружающей среды сопутствует определению наследуемости для описания вклада генетической изменчивости и изменчивости факторов среды в развитие фенотипа. При этом, в самом определении наследуемости предполагается, что взаимодействие между этими факторами отсутствует, то есть дисперсией, связанной с взаимодействием гена и окружающей среды, можно пренебречь. Однако, не все фенотипические признаки могут моделироваться только на основе идентификации генотипического варианта и уровня воздействия среды, без учёта взаимодействия генов со средой.

Методологически существует несколько подходов в определении и измерении взаимодействия с использованием аддитивных и мультипликативных моделей^[1]. При использовании аддитивной модели рассчитывается сравнительный риск развития фенотипа от независимого действия каждого из двух факторов и риск при одновременном действии этих факторов. В случае экспериментального подтверждения более высокого или более низкого риска в сравнении с суммой отдельных рисков может констатироваться взаимодействие. Таким образом, взаимодействие получает возможную интерпретацию, иногда также определяемую как синергическое воздействие. Использование мультипликативной модели может предполагать использование взаимодействия как отдельного параметра с расчётом вероятности и величины коэффициента взаимодействия в регрессионном анализе. Наличие статистической достоверности и отличие коэффициента от нуля указывает на взаимодействие между параметрами модели. Прямая интерпретация такого взаимодействия не представляется возможной. Оба способа оценки взаимодействия не предполагают непосредственного механического воздействия одного фактора на другой, а скорее — связь в метаболизме через цепочку воздействий внешних и генетических факторов.

В медицине описано несколько примеров взаимодействия между генами и факторами среды, в частности — эффект взаимодействия между генетическими вариантами в HLA и курением в развитии аутоиммунных заболеваний. Так, при исследовании популяции больных ревматоидным артритом было выявлено, что у курильщиков с определенным аллелем гена HLA-DRB1 риск возникновения серопозитивного заболевания во много раз выше, чем у некурящих или у курильщиков без этого аллеля^[2]. Сходный эффект взаимодействия курения с аллелями HLA-A*02 и HLA-DRB1*15 был показан в отношении риска развития рассеянного склероза^[3]. Наличие взаимодействия между генами и факторами среды помогает объяснить относительно низкий эффект генетических вариантов как факторов риска комплексных заболеваний человека: исследования генетических факторов без учета воздействия среды не учитывают синергический эффект и не описывают взаимодействие.

Примечания

1. Rothman, K.J. and S. Greenland, Modern Epidemiology. Second Edition, 1998: Lippincott Williams &Wilkins
2. Padyukov L., C. Silva, P. Stolt, L. Alfredsson, L. Klareskog, A gene-environment interaction between smoking and shared epitope genes in HLA-DR provides a high risk of seropositive rheumatoid arthritis. Arthritis Rheum, 2004, 50(10): p. 3085-92
3. Hedström AK, Sundqvist E, Bäärnhielm M, Nordin N, Hillert J, Kockum I, Olsson T, Alfredsson L. Smoking and two human leukocyte antigen genes interact to increase the risk for multiple sclerosis. Brain. 2011 Mar;134(Pt 3):653-64

Ссылки

• D Clayton, PM McKeigue. Epidemiological methods for studying genes and environmental factors in complex diseases  (неопр.). Lancet 2001; 358: 1356–60.
• K. van Steen, Travelling the world of gene-gene interactions, Briefings in Bioinformatics, vol. 13, no. 1, pp. 1–19, 2012
• Rothman KJ, Measuring Interaction, Epidemiology, An Introduction, 2nd Edition, 2012, ISBN 978-0-19-975455-7
• Between the Lines of Genetic Code. Genetic Interactions in Understanding Disease and Complex Phenotypes, 2014, Elsevier, Edited by L Padyukov, ISBN 978-0-12-397017-6

См. также

• Эпистаз
• Генотип-средовая ковариация