Молекулярные маркеры в системе проявлений иммунного ответа

Автор: Яковлев А.Ф.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Обзоры, проблемы

Статья в выпуске: 2 т.53, 2018 года.

Бесплатный доступ

Гетерогенность популяций по иммунному ответу формируется благодаря генетическому контролю и сложной генетической регуляции функций иммунной системы. Целью статьи был анализ молекулярных механизмов клеточно-опосредованного и гуморального иммунного ответа и маркирования этих признаков для их включения в геномные показатели отбора. Доказано наличие генотипических различий между особями по восприимчивости и толерантности к инфекционным заболеваниям (S.C. Bishop с соавт., 2014). Результаты исследований свидетельствуют о многочисленных однонуклеотидных полиморфизмах (single nucleotide polymorphisms, SNP), модифицирующих степень проявления иммунного ответа у животных, что позволяет рассчитать геномные коэффициенты племенной ценности для этого признака. Существует необходимость в оценке дисперсии косвенных генетических эффектов, которые помогают открыть новые возможности для борьбы с инфекционными заболеваниями посредством отбора. Вместе с тем следует отметить, что на сегодняшний день генетический подход, основанный на количественном анализе индивидуальных проявлений патологии у особи, позволяет охватить только часть полной наследственной изменчивости, влияющей на динамику инфекционных заболеваний. Наиболее перспективным направлением в этих исследованиях представляется оценка характера экспрессии генов, в особенности генов иммунного ответа (В.В. Фирстова с соавт., 2010). Использование SNP-чипов высокой плотности для анализа геномной области главного комплекса гистосовместимости (major histocompatibility complex, MHC-B), которая охватывает у птиц 209296 п.н., позволило определить 45 основных генов с эффектами увеличения разнообразия посредством рекомбинаций. Полученные данные расширяют представление о вкладе рекомбинаций в формирование разнообразия по гаплотипам МНС-B, включая возможность выявления горячих точек таких рекомбинаций и оценки их частоты (J.E. Fulton с соавт., 2016). На хромосомах кур картированы каузативные мутации, которые вызывают генетическую изменчивость врожденных и адаптивных иммунных реакций (A. Slawinska с соавт., 2013). Поиск ключевых мутаций, ответственных за изменчивость иммунного ответа, можно рассматривать как подход в диагностике восприимчивости к заболеваниям. Так, выявлены ассоциации мононуклеотидного полиморфизма с восприимчивостью к туберкулезу (M.L. Bermingham с соавт., 2014). Иммунные реакции попадают в категорию сложных количественных признаков и находятся под контролем нескольких генов, при этом заметное влияние оказывает окружающая среда. Очевидно, в формировании врожденного и адаптивного иммунитета могут принимать участие некоторые гены общего, универсального действия. Можно считать, что для таких иммунных реакций характерен преимущественно аддитивный тип наследования (M. Siwek с соавт., 2015). Селекция на резистентность к заболеваниям представляет серьезные сложности из-за низкой наследуемости. Возможности классического генетического анализа недостаточны для оценки изменчивости этого признака и практического применения в селекции, однако развитие методов молекулярного маркирования создает новые перспективы для отбора на повышение устойчивости животных к заболеваниям. Проведенные исследования ассоциаций различных геномных элементов и общего адаптивного иммунного ответа у разных видов сельскохозяйственных животных дают отправную точку для реализации таких планов. Определение кандидатных генов и биологических путей, связанных с иммунной реактивностью, может помочь в понимании важных процессов, лежащих в основе резистентности или восприимчивости животных к инфекционным болезням.

Еще

Иммунный ответ, антитела, геном, однонуклеотидный полиморфизм, заболевания, резистентность, селекция, количественные признаки, рецепторы, животные, наследуемость, ассоциации, мутации

Короткий адрес: https://sciup.org/142213906

IDR: 142213906   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2018.2.235rus

Список литературы Молекулярные маркеры в системе проявлений иммунного ответа

  • Breeding for disease resistance in farm animals/S.C. Bishop, R.F.E. Axford, F.W. Nicholas, J.B. Owen (eds.). CABI, Wallingford, 2010 ( ) DOI: 10.1079/9781845935559.0000
  • Bishop S.C., Woolliams J.A. Genomics and disease resistance studies in livestock. Livest. Sci., 2014, 146: 190-198 ( ) DOI: 10.1016/j.livsci.2014.04.034
  • Яковлев А.Ф., Смарагдов М.Г. Значительное повышение точности оценки племенной ценности животных в молочном скотоводстве. Зоотехния, 2011, 5: 2-4.
  • Anche M.T., Bijma P., De Jong M.C. Genetic analysis of infectious diseases: estimating gene effects for susceptibility and infectivity. Genet. Sel. Evol., 2015, 47: 85 ( ) DOI: 10.1186/s12711-015-0163-z
  • Lipschutz-Powell D., Woolliams J.A., Bijma P., Doeschl-Wilson A.B. Indirect genetic effects and the spread of infectious disease: are we capturing the full heritable variation underlying disease prevalence? PLoS ONE, 2012, 7(6): e39551 ( ) DOI: 10.1371/journal.pone.0039551
  • Lipschutz-Powell D., Woolliams J.A., Doeschl-Wilson A.B. A unifying theory for genetic epidemiological analysis of binary disease data. Genet. Sel. Evol., 2014, 46: 15 ( ) DOI: 10.1186/1297-9686-46-15
  • Meuwissen T.H.E., Hayes B.J., Goddard M.E. Prediction of total genetic value using genome-wide dense marker maps. Genetics, 2001, 157: 1819-1829.
  • Fulton J.E., McCarron A.M., Lund A.R., Pinegar K.N., Wolc A., Chazara O., Bed’Hom B., Berres M., Miller M.M. A high-density SNP panel reveals extensive diversity, frequent recombination and multiple recombination hotspots within the chicken major histocompatibility complex B region between BG2 and CD1A1. Genet. Sel. Evol., 2016, 48: 1 ( ) DOI: 10.1186/s12711-015-0181-x
  • Siwek M., Slawinska A., Rydzanicz M., Wesoly J., Fraszczak M., Suchocki Т., Skiba J., Skiba K., Szyda J. Identification of candidate genes and mutations in QTL regions for immune responses in chicken. Anim. Genet., 2015, 46(3): 247-254 ( ) DOI: 10.1111/age.12280
  • Slawinska A., Siwek M. Meta and combined QTL analysis of different experiments on immune traits in chickens. J. Appl. Genet., 2013, 54: 483-487 ( ) DOI: 10.1007/s13353-013-0177-6
  • Gray K.A., Cassady J.P., Huang Y., Maltecca C. Effectiveness of genomic prediction on milk flow traits in dairy cattle. Genet. Sel. Evol., 2012, 44: 24 ( ) DOI: 10.1186/1297-9686-44-24
  • Яковлев А.Ф. Использование ДНК-маркеров в селекции голштинского скота. Генетика и разведение животных, 2014, 2: 3-6.
  • Lu X., Liu J., Fu W., Zhou J., Luo Y., Ding X., Liu Y., Zhang Q. Genome-wide association study for cytokines and immunoglobulin G in swine. PLoS ONE, 2013 ( ) DOI: 10.1371/journal.pone.0074846
  • Huang H., Deng H., Yang Y., Tang Z., Yang S., Mu Y., Cui W., Yuan J., Wu Z., Li K. Molecular characterization and association analysis of porcine PANE1 gene. Mol. Biol. Rep., 2010, 37(5): 2571-2577 ( ) DOI: 10.1007/s11033-009-9775-0
  • Юдин Н.С., Айтназаров Р.Б., Князев С.П., Бекенев В.А., Подоба Ю.В., Бердибаева А.Б., Воевода М.И. Роль полиморфизма гена pane1 в формировании репродуктивных показателей у свиней. Вавиловский журнал генетики и селекции, 2014, 18(2): 258-262.
  • Lee Y.M., Alam M., Choi B.H., Kim K.S., Kim J.J. Whole genome association study to detect single nucleotide polymorphisms for blood components (immunity) in a cross between Korean native pig and Yorkshire. Asian Austral. J. Anim., 2012, 25(12): 1674-1680 ( ) DOI: 10.5713/ajas.2012.12503
  • Lim H.T., Lee J.B., Jung E.J., Ko M.S., Lee J.H., Jeon J.T. QTL analysis of white blood cell, platelet and red blood cell-related traits in an F2 intercross between Landrace and Korean native pigs. Anim Genet., 2011, 42(6): 621-626 ( ) DOI: 10.1111/j.1365-2052.2011.02204.x
  • Lu X., Liu J.F., Gong Y.F., Wang Z.P., Liu Y., Zhang Q., Mapping quantitative trait loci for T lymphocyte subpopulations in peripheral blood in swine. BMC Genet., 2011, 12: 79-88 ( ) DOI: 10.1186/1471-2156-12-79
  • Boddicker N.J., Bjorkquist A., Rowland R.R., Lunney J.K., Reecy J.M., Dekkers J.C. Genome-wide association and genomic prediction for host response to porcine reproductive and respiratory syndrome virus infection. Genet. Sel. Evol., 2014, 46(1): 18 ( ) DOI: 10.1186/1297-9686-46-18
  • Boddicker N.J., Waide E.H., Rowland R.R.R., Lunney J.K., Garrick D.J., Reecy J.M., Dekkers J.C.M. Evidence for a major QTL associated with host response to porcine reproductive and respiratory syndrome virus challenge. J. Anim. Sci., 2012, 90: 1733-1746 ( ) DOI: 10.2527/jas.2011-4464
  • Bermingham M.L., Bishop S.C., Woolliams J.A., Pong-Wong R., Allen A.R., Mc Bride S.H. Genome-wide association study identifies novel loci associated with resistance to bovine tuberculosis. Heredity, 2014, 112: 543-551 ( ) DOI: 10.1038/hdy.2013.137
  • Bishop S.C., Doeschl-Wilson A.B., Woolliams J.A. Uses and implications of field disease data for livestock genomic and genetics studies. Frontiers in Genetics, 2012, 3: 114 ( ) DOI: 10.3389/fgene.2012.00114
  • Kirkpatrick B.W., Shi X., Shook G.E., Collins M.T. Whole-genome association analysis of susceptibility to paratuberculosis in Holstein cattle. Anim. Genet., 2011, 42: 149-160 ( ) DOI: 10.1111/j.1365-2052.2010.02097.x
  • Bermingham M.L., Bishop S.C., Woolliams J.A., Pong-Wong R., Allen A.R., McBride S.H. Genome-wide association study identifies novel loci associated with resistance to bovine tuberculosis. Heredity, 2014, 112: 543-553 ( ) DOI: 10.1038/hdy.2013.137
  • Kirkpatrick B.W., Shi X., Shook G.E., Collins M.T. Whole-genome association analysis of susceptibility to paratuberculosis in Holstein cattle. Anim. Genet., 2011, 42: 149-160 ( ) DOI: 10.1111/j.1365-2052.2010.02097.x
  • Lipschutz-Powell D., Woolliams J.A., Bijma P., Doeschl-Wilson A.B. Indirect genetic effects and the spread of infectious disease: are we capturing the full heritable variation underlying disease prevalence? PLoS ONE, 2012, 7(6): e39551 ( ) DOI: 10.1371/journal.pone.0039551
  • Прошин С.Н., Косякова Г.П., Яковлев А.Ф. Иммуноцитохимические маркеры про-лиферации лимфоцитов крови при лейкозе коров. Вопросы нормативно-правового регулирования в ветеринарии, 2015, 2: 90-93
  • Bishop S. Opportunities for incorporating genetic elements into the management of farm animal diseases: policy issues. In: Commission on Genetic Resources for Food and Agriculture/M. de Jong, D. Gray (eds.). Rome, FAO, 2002: 36-39.
  • Lee C.-R., Cho I.H., Jeong B.C., Lee S.H. Strategies to minimize antibiotic resistance. Int. J. Environ. Res. Public Health, 2013, 10(9): 4274-4305 ( ) DOI: 10.3390/ijerph10094274
  • Wagter L., Mallard B.A. Method of identifying high immune response animals. University of Guelph assignee. US20020051789A1. US Application. US Pat., inventors. 2007, No. 7.
  • Thompson-Crispi K.A., Sewleam A., Miglior F., Mallard B A. Genetic parameters of adaptive immune response traits in Canadian Holsteins. J. Dairy Sci., 2012, 95: 401-409 ( ) DOI: 10.3168/jds.2011-4452
  • Thompson-Crispi K.A., Sargolzaei M., Ventura R., Abo-Ismail M., Miglior F., Schenkel F., Mallard B.A. A genome-wide association study of immune response traits in Canadian Holstein cattle. BMC Genomics, 2014, 15: 559-568 ( ) DOI: 10.1186/1471-2164-15-559
  • Martin C.E., Paibomesai M.A., Emam S.M., Gallienne J., Hine B.C., Thompson-Crispi K.A., Mallard B.A. Cytokine profiles from blood mononuclear cells of dairy cows classified with divergent immune response phenotypes. J. Dairy Sci., 2016, 99(3): 2364-2371 ( ) DOI: 10.3168/jds.2015-9449
  • Fleming K., Thompson-Crispi K.A., Hodgins D.C., Miglior F., Corredig M., Mallard B.A. Variation of total immunoglobulin G and β-lactoglobulin concentrations in colostrum and milk from Canadian Holsteins classified as high, average, or low immune responders. J. Dairy Sci., 2016, 99(3): 2358-2363 ( ) DOI: 10.3168/jds.2015-9707
  • Фирстова В.В., Павлов В.М., Горбатов А.А., Комбарова Т.И., Караулов А.В., Дят-лов И.А. Влияние степени воспаления у мышей линии balb/с, индуцированного разными дозами F. tularensis 15 НИИЭГ, на формирование антитуляремийного клеточного и гуморального иммунного ответа. Иммунология, 2014, 3: 147-150.
  • Фирстова В.В., Бахтеева И.В., Титарева Г.М., Зырина Е.В., Иванов С.А., Киселева Н.В., Копылов П.Х., Анисимов А.П., Дятлов И.А. Определение экспрессии маркера ранней активации CD69 на лимфоцитах иммунных мышей после стимуляции их антигенами чумного микроба. Проблемы особо опасных инфекций, 2010, 1(103): 56-59.
  • Фирстова В.В., Бахтеева И.В., Титарева Г.М., Зырина Е.В., Иванов С.А., Анисимов А.П. Определение экспрессии CD69 на лимфоцитах мышей, иммунизированных против чумы, в ответ на стимуляцию антигенами чумного микроба. Медицинская иммунология, 2009, 11(4-5): 336-337.
  • Щуковская Т.Н., Смолькова Е.А., Шмелькова Т.П., Клюева С.Н., Бугоркова С.А. Индуцированная продукция ifn-γ и il-4 как показатель функциональной активности th1-и th2-клеток у вакцинированных против чумы людей. Эпидемиология и вакцинопрофилактика, 2011, 6(61): 78-83.
  • Ездакова И.Ю. Динамика иммунокомпетентных клеток в процессе иммунного ответа на Т-независимые и Т-зависимые антигены. Ветеринарная медицина, 2007, 1: 11-12.
  • Ездакова И.Ю. Идентификация и характеристика биологических свойств белков суперсемейства иммуноглобулинов животных. Автореф. докт. дис. М., 2010.
  • Clop A., Huisman A., van As P., Sharaf A., Derdak S., Sanchez A. Identification of genetic variation in the swine toll-like receptors and development of a porcine TLR genotyping array. Genet. Sel. Evol., 2016, 48: 28 ( ) DOI: 10.1186/s12711-016-0206-0
  • Shinkai H., Arakawa A., Tanaka-Matsuda M., Ide-Okumura H., Terada K., Chikyu M. Genetic variability in swine leukocyte antigen class II and Toll-like receptors affects immune responses to vaccination for bacterial infections in pigs. Comp. Immunol. Microbiol. Infect. Dis., 2012, 35: 523-532 ( ) DOI: 10.1016/j.cimid.2012.05.003
  • Uenishi H., Shinkai H., Morozumi T., Muneta Y., Jozaki K., Kojima-Shibata C., Suzuki E. Polymorphisms in pattern recognition receptors and their relationship to infectious disease susceptibility in pigs. BMC Proceedings, 2011, 5(Suppl. 4): S27 ( ) DOI: 10.1186/1753-6561-5-S4-S27
  • Yang X., Murani E., Ponsuksili S., Wimmers K. Association of TLR5 sequence variants and mRNA level with cytokine transcription in pigs. Immunogenetics, 2013, 65: 125-132 ( ) DOI: 10.1007/s00251-012-0662-9
  • Shinkai H., Suzuki R., Akiba M., Okumura N., Uenishi H. Porcine Toll-like receptors: recognition of Salmonella enterica serovar Choleraesuis and influence of polymorphisms. Mol. Immunol., 2011, 48(9-10): 1114-1120 ( ) DOI: 10.1016/j.molimm.2011.02.004
  • Yang X.Q., Murani E., Ponsuksili S., Wimmers K. Association of TLR4 polymorphism with cytokine expression level and pulmonary lesion score in pigs. Mol. Biol. Rep., 2012, 39(6): 7003-7009 ( ) DOI: 10.1007/s11033-012-1530-2
  • Kich J.D., Uthe J.J., Benavides M.V., Cantão M.E., Zanella R., Tuggle C.K. TLR4 single nucleotide polymorphisms (SNPs) associated with Salmonella shedding in pigs. J. Appl. Genet., 2014, 55(2): 267-271 ( ) DOI: 10.1007/s13353-014-0199-8
  • Середа А.Д., Казакова А.С., Иматдинов А.Р., Колбасов Д.В. Гуморальные и клеточно-опосредованные механизмы иммунитета при африканской чуме свиней (обзор). Сельскохозяйственная биология, 2015, 50(6): 709-718 ( ) DOI: 10.15389/agrobiology.2015.6.709rus
  • Обуховская О.В., Стегний Б.Т. Т-хелперы в иммунокомпетентных органах кур, иммунизированных против респираторного микоплазмоза. Актуальные вопросы ветеринарной биологии, 2015, 3: 27-31.
  • Miller M.M., Goto R.M., Taylor R.L., Zoorob R., Auffray C., Briles R.W. Assignment of Rfp-Y to the chicken major histocompatibility complex/NOR microchromosome and evidence for high-frequency recombination associated with the nucleolar organizer region. PNAS USA, 1996, 93(9): 3958-3962 ( ) DOI: 10.1073/pnas.93.9.3958
  • Hofmann A., Plachy J., Hunt L., Kaufman J., Hala K. V-src oncogene-specific carboxy-terminal peptide is immunoprotective against Rous sarcoma growth in chickens with MHC class I allele B-F12. Vaccine, 2003, 21(32): 4694-4699 ( ) DOI: 10.1016/S0264-410X(03)00516-4
  • Goto R.M., Wang Y., Taylor R.L., Wakenell P.S., Hosomichi K., Shiina T. BG1 has a major role in MHC-linked resistance to malignant lymphoma in the chicken. PNAS USA, 2009, 106(39): 16740-16745 ( ) DOI: 10.1073/pnas.0906776106
  • Miller M.M., Taylor J.R. Brief review of the chicken major histocompatibility complex -the genes, their distribution on chromosome 16 and their contributions to disease resistance. Poultry Sci., 2016, 95(2): 375-392 ( ) DOI: 10.3382/ps/pev379
  • Briles W.E., Bumstead N., Ewert D.L., Gilmour D.G., Gogusev J., Hála K. Nomenclature for chicken major histocompatibility (B) complex. Immunogenetics, 1982, 15(5): 441-447 ( ) DOI: 10.1007/BF00345903
  • Hosomichi K., Miller M.M., Goto R.M., Wang Y., Suzuki S., Kulski J.K. Contribution of mutation, recombination, and gene conversion to chicken MHC-B haplotype diversity. J. Immunol., 2008, 18: 3393-3399 ( ) DOI: 10.4049/jimmunol.181.5.3393
  • Nerren J.R., He H., Genovese K., Kogut M.H. Expression of the avian-specific toll-like receptor 15 in chicken heterophils is mediated by Gram-negative and Gram-positive bacteria, but not TLR agonists. Vet. Immunol. Immunop., 2010, 136(1-2): 151-156 ( ) DOI: 10.1016/j.vetimm.2010.02.017
  • de Koning D.-J., Carlborg O., Haley C.S. The genetic dissection of immune response using gene-expression studies and genome mapping. Vet. Immunol. Immunop., 2005, 105(3-4): 343-352 ( ) DOI: 10.1016/j.vetimm.2005.02.007
  • Lunney J. Understanding genetic disease resistance. U.S. National Hog Farmer. April 26, 2011. Режим доступа: http://www.nationalhogfarmer.com/health-diseases/understanding-genetic-disease-resistance-0415. Дата обращения: 11.04.2018.
  • Глазанова Т.В., Розанова О.Е., Бубнова Л.Н. Роль Т-регуляторных клеток (Treg) в иммуномодуляции, ассоциированной с трансфузиями гемокомпонентов (обзор литературы). Медицинская иммунология, 2014, 16(5): 409-416.
  • Балдуева И.А., Новик А.В., Карицкий А.П., Кулева С.А., Нехаева Т.Л., Данилова А.Б., Проценко С.А., Семёнова А.И., Комаров Ю.И., Пипиа Н.П., Славянская Т.А., Авдонкина Н.А., Сальникова С.В., Беляев А.М., Сепиашвили Р.И. Иммунотерапия рака: современное состояние и проблемы. Аллергология и иммунология, 2015, 16(4): 354-358.
  • Mougiakakos D., Choudhury A., Lladser A., Kiessling R., Johansson C.C. Regulatory T cells in cancer. Adv. Cancer Res., 2010, 107(57): 117-122 ( ) DOI: 10.1016/S0065-230X(10)07003-X
  • Kakita N., Kanto T., Itose I., Kuroda S., Inoue M., Matsubara T., Higashitani K., Miyazaki M., Sakakibara M., Hiramatsu N., Takehara T., Kasahara A., Hayashi N. Comparative analyses of regulatory T cell subsets in patients with hepatocellular carcinoma: a crucial role of CD25-FoxP3-T cells. Int. J. Cancer, 2012, 131(11): 2573-2583 ( ) DOI: 10.1002/ijc.27535
  • Кудрявцев И.В., Борисов А.Г., Кробинец И.И., Савченко А.А., Серебрякова М.К. Определение основных субпопуляций цитотоксических Т-лимфоцитов методом многоцветной проточной цитометрии. Медицинская иммунология, 2015, 17(6): 525-538 ( ) DOI: 10.15789/1563-0625-2015-6-525-538
Еще
Статья обзорная