Polymorphism of Genes Encoding Selenoproteins in the Indigenous Population of Siberia: Adaptive Variant rs1133238-A of the SEPHS2 Gene

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

In the present study, we analyzed the distribution of polymorphism variants of 25 genes encoding selenoproteins in indigenous Siberian populations, based on data on the variability of exons and adjacent noncoding DNA sequences. The study showed that there are virtually no polymorphism variants in the indigenous population of Siberia that differ greatly in frequency from those in the East Asian population, which could indicate the effect of selection on genes encoding selenoproteins. Nevertheless, we have proposed a set of loci in exons (rs3732532 of TXNRD3 gene, rs1050450 of GPX1 gene, rs6748996 of SELENOI gene, rs225014 of DIO2 gene) and noncoding region of genes (rs2291250 of SELENOS gene, rs201938903 of SELENOW gene, rs11258324 of SEPHS1 gene), further study of their polymorphism in different ethnic groups of Siberia is quite reasonable. The most promising locus is rs1133238 of the SEPHS2 gene. The frequency of the rs1133238-A variant was found to exceed 30% in northeastern Siberia, although its frequency is significantly lower (~12%) in other regions of Siberia. Considering the association between the rs1133238-A variant and blood mercury levels in Canadian Eskimos, it is suggested that the increased frequency of the rs1133238-A variant in populations of the coastal regions of Northeast Siberia (Koryaks, Chukchi, Eskimo) may be due to the protective role of this allele against the effects of mercury compounds on the body.

About the authors

B. A. Malyarchuk

Institute of Biological Problems of the North, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: malbor@mail.ru
Magadan, 685000 Russia

N. V. Pokhilyuk

Institute of Biological Problems of the North, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences

Magadan, 685000 Russia

A. N. Litvinov

Institute of Biological Problems of the North, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences

Magadan, 685000 Russia

References

  1. Миних В.Б. Базовые аспекты метаболизма селена и биосинтез селенопротеинов в организме человека // Усп. биол. химии. 2022. Т. 62. С. 369–390.
  2. Ferreira R.R., Carvalho R.V., Coelho L.L. et al. Current understanding of human polymorphism in selenoprotein genes: А review of its significance as a risk biomarker // Int. J. Mol. Sci. 2024. V. 25. P. 1402. https://doi.org/10.3390/ijms25031402
  3. Köhrle J. The trace element selenium and the thyroid gland // Biochimie. 1999. V. 81. P. 527–533. https://doi.org/10.1016/s0300-9084(99)80105-9
  4. Köhrle J. Selenium, iodine and iron-essential trace elements for thyroid hormone synthesis and metabolism // Int. J. Mol. Sci. 2023. V. 24. https://doi.org/10.3390/ijms24043393
  5. Parajuli R.P., Goodrich J.M., Chan L.H.M. et al. Genetic polymorphisms are associated with exposure biomarkers for metals and persistent organic pollutants among Inuit from the Inuvialuit Settlement Region, Canada // Sci. Total Environ. 2018. V. 634. P. 569–578. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.03.331
  6. Yao Y., Pei F., Kang P. Selenium, iodine, and the relation with Kashin-Beck disease // Nutrition. 2011. V. 27. P. 1095–1100. https://doi.org/10.1016/j.nut.2011.03.002
  7. White L., Romagne F., Muller E. et al. Genetic adaptation to levels of dietary selenium in recent human history // Mol. Biol. Evol. 2015. V. 32. P. 1507–1518. https://doi.org/10.1093/molbev/msv043
  8. Cornelis M.C., Fornage M., Foy M. et al. Genome-wide association study of selenium concentrations // Hum. Mol. Genet. 2015. V. 24. P. 1469–1477. https://doi.org/10.1093/hmg/ddu546
  9. Agamy O., Ben Zeev B., Lev D. et al. Mutations disrupting selenocysteine formation cause progressive cerebello-cerebral atrophy // Am. J. Hum. Genet. 2010. V. 87. P. 538–544. https://doi.org/10.1016/j.ajhg.2010.09.007
  10. Alfthan G., Xu G.L., Tan W.H. et al. Selenium supplementation of children in a selenium-deficient area in China: Blood selenium levels and glutathione pero- xidase activities // Biol. Trace Elem. Res. 2000. V. 73. P. 113–125. https://doi.org/10.1385/BTER:73:2:113
  11. Xiong Y.M., Zou X.Z., Chen Q. et al. Relationship between Gpx1 Pro198leu polymorphism and susceptibi- lity of Kashin-Beck disease // Value Health. 2015. V. 18. P. A638. https://doi.org/10.1016/j.jval.2015.09.2270
  12. Yu F.F., Sun L., Zhou G.Y. et al. Meta-analysis of association studies of selenoprotein gene polymorphism and Kashin-Beck disease: An updated systematic review // Biol. Trace Elem. Res. 2022. V. 200(2). Р. 543–550. https://doi.org/10.1007/s12011-021-02705-2
  13. Голубкина Н.А., Папазян Т.Т. Селен в питании. Растения, животные, человек. М.: «Печатный город», 2006. 250 с.
  14. Синдирева А.В., Эрдэнэцогт Э., Голубкина Н.А., Гурьев Н.Е. Интегральный подход к нормированию действия селена в системе почва–растение–животное для разработки научно-обоснованной профилактики микроэлементозов в регионах России и Монголии. Омск: Издательский центр КАН, 2024. 244 с.
  15. Побилат А.Е., Волошин Е.И. Особенности содержания селена в системе почва–растение (обзор) // Вестник КрасГАУ. 2020. № 11. С. 98–105. https://doi.org/10.36718/1819-4036-2020-11-98-105
  16. Зорина Д.Ю., Бацевич В.А. Микроэлементный статус коренного населения Арктики (чукчи и эскимосы) по результатам анализа волос // Вестник Москов. ун-та. Серия 23. Антропология. 2011. № 4. С. 105–111.
  17. Little M., Achouba A., Ayotte P., Lemire M. Emerging evidence on selenoneine and its public health relevance in coastal populations: A review and case study of dietary Se among Inuit populations in the Canadian Arctic // Nutr. Res. Rev. 2024. V. 37. P. 1–10. https://doi.org/10.1017/S0954422424000039
  18. Achouba A., Dumas P., Ouellet N. et al. Selenoneine is a major selenium species in beluga skin and red blood cells of Inuit from Nunavik // Chemosphere. 2019. V. 229. P. 549–558. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2019.04.191
  19. Foster C.B., Aswath K., Chanock S.J. et al. Polymorphism analysis of six selenoprotein genes: Support for a selective sweep at the glutathione peroxidase 1 locus (3p21) in Asian populations // BMC Genet. 2006. V. 7. https://doi.org/10.1186/1471-2156-7-56
  20. Engelken J., Espadas G., Mancuso F.M. et al. Signatures of evolutionary adaptation in quantitative trait loci influencing trace element homeostasis in liver // Mol. Biol. Evol. 2016. V. 33. P. 738–754. https://doi.org/10.1093/molbev/msv267
  21. Kumar L., Chowdhari A., Sequeira J.J. et al. Genetic affinities and adaptation of the South-West coast populations of India // Genome Biol. Evol. 2023. V. 15. https://doi.org/10.1093/gbe/evad225
  22. Santesmasses D., Gladyshev V.N. Pathogenic variants in selenoproteins and selenocysteine biosynthesis machinery // Int. J. Mol. Sci. 2021. V. 22. https://doi: 10.3390/ijms222111593
  23. Cardona A., Pagani L., Antao T. et al. Genome-wide analysis of cold adaption in indigenous Siberian populations // PLoS One. 2014. V. 9. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0098076
  24. Hallmark B., Karafet T.M., Hsieh P. et al. Geno- mic evidence of local adaptation to climate and diet in indigenous Siberians // Mol. Biol. Evol. 2019. V. 36. P. 315–327. https://doi.org/10.1093/molbev/msy211
  25. Kolesnikov N.A., Kharkov V.N., Zarubin A.A. et al. Signals of directed selection in the indigenous populations of Siberia // Russ. J. Genet. 2022. V. 58. P. 473–477. https://doi.org/10.1134/S102279542204007X
  26. Ермаков В.В. Концепция биогеохимических провинций А.П. Виноградова и ее развитие // Геохимия. 2017. № 10. С. 875–890. doi: 10.7868/S0016752517100041
  27. Pagani L., Lawson D.J., Jagoda E. et al. Genomic analyses inform on migration events during the peopling of Eurasia // Nature. 2016. V. 538. P. 238–242. https://doi.org/10.1038/nature19792
  28. Bang J., Kang D., Jung J. et al. SEPHS1: Its evolution, function and roles in development and diseases // Arch. Biochem. Biophys. 2022. V. 730. https://doi.org/10.1016/j.abb.2022.109426
  29. Excoffier L., Lischer H.E.L. Arlequin suite ver. 3.5: A new series of programs to perform population genetics analyses under Linux and Windows // Mol. Ecol. Resour. 2010. V. 10. P. 564–567. https://doi.org/10.1111/j.1755-0998.2010.02847.x
  30. Watterson G.A. The homozygosity test after a change in population size // Genetics. 1986. V. 112. P. 899–907. https://doi.org/10.1093/genetics/112.4.899
  31. Slatkin M. A correction to the exact test based on the Ewens sampling distribution. Genet. Res. 1996. V. 68. P. 259–260. https://doi.org/10.1017/s0016672300034236
  32. Yi X., Liang Y., Huerta-Sanchez E. et al. Sequencing of 50 human exomes reveals adaptation to high altitude // Science. 2010. V. 329. P. 75–78. https://doi.org/10.1126/science.1190371
  33. Fumagalli M., Moltke I., Grarup N. et al. Greenlandic Inuit show genetic signatures of diet and climate adaptation // Science. 2015. V. 349. P. 1343–1347. https://doi.org/10.1126/science.aab2319
  34. Takata Y., King I.B., Lampe J.W. et al. Genetic variation in GPX1 is associated with GPX1 activity in a comprehensive analysis of genetic variations in selenoenzyme genes and their activity and oxidative stress in humans // J. Nutr. 2012. V. 142. P. 419–426. https://doi.org/10.3945/jn.111.151845
  35. Jablonska E., Gromadzinska J., Peplonska B. et al. Lipid peroxidation and glutathione peroxidase activity relationship in breast cancer depends on functional polymorphism of GPX1 // BMC Cancer. 2015. V. 15. P. 657. https://doi.org/10.1186/s12885-015-1680-4
  36. Chan P.H.Y., Chan K.Y.Y., Schooling C.M. et al. Association between genetic variations in GSH-related and MT genes and low-dose methylmercury exposure in children and women of childbearing age: А pilot study // Environ. Res. 2020. V. 187. https://doi.org/10.1016/j.envres.2020.109703
  37. Kwon J.W., Shin E.S., Lee J.E. et al. Genetic variations in TXNRD1 as potential predictors of drug-induced liver injury // Allergy Asthma Immunol. Res. 2012. V. 4. P. 132–136. https://doi.org/10.4168/aair.2012.4.3.132
  38. Adlard B., Bonefeld-Jørgensen E.C., Dudarev A.A. et al. Levels and trends of metals in human populations living in the Arctic // Int. J. Circumpolar Health. 2024. V. 83. https://doi.org/10.1080/22423982.2024.2386140
  39. Dudarev A.A., Chupakhin V.S., Vlasov S.V. et al. Traditional diet and environmental contaminants in coastal Chukotka III: Metals // Int. J. Environ. Res. Public Health. 2019. V. 16. https://doi.org/10.3390/ijerph16050699
  40. Ikemoto T., Kunito T., Tanaka H. et al. Detoxification mechanism of heavy metals in marine mammals and seabirds: Interaction of selenium with mercury, silver, copper, zinc, and cadmium in liver // Arch. Environ. Contam. Toxicol. 2004. V. 47. P. 402–413. https://doi.org/10.1007/s00244-004-3188-9
  41. Rupa S.A., Patwary M.A.M., Matin M.M. et al. Interaction of mercury species with proteins: Тowards possible mechanism of mercurial toxicology // Toxi- col. Res. 2023. V. 12. P. 355–368. https://doi.org/10.1093/toxres/tfad039

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».