Az egy gondolkodású 1 gén genetikai elemzése korán megjelenő, súlyosan elhízott gyermekeknél és serdülőknél

Diabetes és anyagcsere-rendellenességek laboratóriuma, Kísérleti Endokrinológiai Intézet, Orvosbiológiai Kutatóközpont, Szlovák Tudományos Akadémia, Pozsony, Szlovákia, Pozsony, Comenius Egyetem Orvostudományi Kar Gyermekgyógyászati ​​Tanszék, Szlovákia, Szociális Orvostudományi, Munkaegészségügyi és Közegészségügyi Intézet, Lipcsei Egyetem, Lipcse, Németország

genetikai

Osztrava Egyetem, Ostrava Egyetem, Fiziológiai és Kórélettani Tanszék, Cseh Köztársaság

Cukorbetegség és anyagcsere-rendellenességek laboratóriuma, Kísérleti Endokrinológiai Intézet, Biomedical Research Center, Szlovák Tudományos Akadémia, Pozsony, Szlovákia

Cukorbetegség és anyagcsere-rendellenességek laboratóriuma, Kísérleti Endokrinológiai Intézet, Biomedical Research Center, Szlovák Tudományos Akadémia, Pozsony, Szlovákia

Cukorbetegség és anyagcsere-rendellenességek laboratóriuma, Kísérleti Endokrinológiai Intézet, Biomedical Research Center, Szlovák Tudományos Akadémia, Pozsony, Szlovákia

Cukorbetegség és anyagcsere-rendellenességek laboratóriuma, Kísérleti Endokrinológiai Intézet, Orvosbiológiai Kutatóközpont, Szlovák Tudományos Akadémia, Pozsony, Szlovákia, Kórélettani Intézet, Orvostudományi Kar, Comenius Egyetem, Pozsony, Szlovákia

Comenius Egyetem Orvostudományi Kar gyermekgyógyászati ​​osztálya, Pozsony, Szlovákia

Szlovákia, Kassa, Szafarik Egyetem Orvostudományi Kar Gyermekgyógyászati ​​Osztálya

Cukorbetegség és anyagcsere-rendellenességek laboratóriuma, Kísérleti Endokrinológiai Intézet, Biomedical Research Center, Szlovák Tudományos Akadémia, Pozsony, Szlovákia

Cukorbetegség és anyagcsere-rendellenességek laboratóriuma, Kísérleti Endokrinológiai Intézet, Biomedical Research Center, Szlovák Tudományos Akadémia, Pozsony, Szlovákia

Vitkovice Kórház Gyermekgyógyászati ​​Osztálya, Ostrava, Csehország

Vitkovice Kórház gyermekorvosi osztálya, Ostrava, Csehország

A Comenius Egyetem Jessenius Orvostudományi Karának belgyógyászati ​​osztálya, Martin, Szlovákia

Cukorbetegség és anyagcsere-rendellenességek laboratóriuma, Kísérleti Endokrinológiai Intézet, Biomedical Research Center, Szlovák Tudományos Akadémia, Pozsony, Szlovákia

Ostrava Egyetem, Ostrava Egyetem, Orvostudományi Kar, Orvosbiológiai Tanszék, Csehország

Cukorbetegség és anyagcsere-rendellenességek laboratóriuma, Kísérleti Endokrinológiai Intézet, Biomedical Research Center, Szlovák Tudományos Akadémia, Pozsony, Szlovákia

Cukorbetegség és anyagcsere-rendellenességek laboratóriuma, Kísérleti Endokrinológiai Intézet, Orvosbiológiai Kutatóközpont, Szlovák Tudományos Akadémia, Pozsony, Szlovákia, Pozsony, Szlovákia, Comenius Egyetem Orvostudományi Kar Gyermekgyógyászati ​​Tanszék, Lipcsei Gyermekgyógyászati ​​Kutatóközpont, Egyetemi Gyermekkórház És serdülők, Lipcsei Egyetem, Lipcse, Németország

Cukorbetegség és anyagcsere-rendellenességek laboratóriuma, Kísérleti Endokrinológiai Intézet, Biomedical Research Center, Szlovák Tudományos Akadémia, Pozsony, Szlovákia

  • Daniela Stanikova,
  • Marek Buzga,
  • Patrik Krumpolec,
  • Martina Skopkova,
  • Martina Surova,
  • Barbara Ukropcova,
  • Lubica Ticha,
  • Miroslava Petrasova,
  • Dominika Gabcova,
  • Miroslava Huckova

Ábrák

Absztrakt

Háttér

A hipotalamusz transzkripciós faktor inaktiváló mutációit a singleindind1 (SIM1) kimutatták a korán jelentkező súlyos elhízás okaként. Mindazonáltal a SIM1 mutációk hozzájárulását az elhízás fenotípusához mindeddig csak néhány populációban vizsgálták. Ebben a tanulmányban a SIM1 funkcionális régióit vizsgáltuk meg súlyosan elhízott szlovák és morva származású gyermekeknél annak megállapítására, hogy a SIM1-en belüli genetikai variánsok befolyásolhatják-e az elhízás kialakulását ezekben a populációkban.

Mód

A SIM1 promoter régiót, az exonokat és az exon-intron határokat szekvenálták 126 független elhízott gyermekben és serdülőben (2–18 éves) és 41 felnőtt szlovák és morva származású sovány kontrollban. A gyermekek és serdülők bevonási kritériumai a testtömegindex standard deviációs pontszáma meghaladta a 2 SD-t a megfelelő életkor és nem esetében, és az elhízás 5 évesnél fiatalabb korban jelentkezett. A SIM1 variáns hordozók klinikai fenotípusait összehasonlítottuk 4 MC4R variáns hordozó klinikai fenotípusaival, valamint 27 nem rokon SIM1 és MC4R mutáció negatív elhízott kontrollral, amelyek életkor és nem szerint párosultak.

Eredmények

Hét korábban leírt SIM1 variánst és egy új heterozigóta p.D134N variánst azonosítottak. Az új változatot patogénnek jósolták 7 in silico szoftverelemzéssel, és a SIM1 fehérje erősen konzervált helyzetében helyezkedik el. A p.D134N variánst egy 18 éves női probandumban (BMI 44,2kg/m 2; +7,5 SD) és 3 elhízott családtagban találtuk. A súlyos elhízás korai kialakulásától függetlenül a proband és testvére (16 éves) nem feleltek meg a metabolikus szindróma kritériumainak. Ezenkívül a variáns hordozók szignifikánsan alacsonyabb preferenciákat mutattak a magas cukortartalmú (p = 0,02) és alacsony zsírtartalmú, alacsony szénhidráttartalmú, magas fehérjetartalmú (p = 0,02) élelmiszerekhez képest az elhízott kontrollokhoz.

Következtetések

4 elhízott egyénnél azonosítottunk egy új SIM1 variánst, a D134N-t, egyetlen törzskönyvből, amely bizonyos ételek alacsonyabb preferenciájával is összefügg.

Idézet: Stanikova D, Buzga M, Krumpolec P, Skopkova M, Surova M, Ukropcova B és mtsai. (2017) Az egy gondolkodású 1 gén genetikai elemzése korán megjelenő, súlyosan elhízott gyermekeknél és serdülőknél. PLoS ONE 12 (5): e0177222. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0177222

Szerkesztő: Yvonne Böttcher, Osloi Egyetem, NORVÉGIA

Fogadott: 2016. november 18 .; Elfogadott: 2017. április 24 .; Közzétett: 2017. május 4

Adatok elérhetősége: Minden releváns adat megtalálható a dokumentumban és a kiegészítő információkat tartalmazó fájlokban.

Finanszírozás: 1. A Szlovák Köztársaság Oktatási, Tudományos, Kutatási és Sportminisztériumának és a Szlovák Tudományos Akadémiának Tudományos Támogatási Ügynöksége - VEGA 2/0166/14, www.vega.sav.sk, a DaG kapta; 2. Az Európai Regionális Fejlesztési Alap által finanszírozott Kutatási és Fejlesztési Operatív Program - Transendogen/26240220051, kapta az IK; 3. A JS-t az ESPE (European Society of Pediatric Endocrinology) kutatási ösztöndíj támogatta.

Versenyző érdeklődési körök: A szerzők kijelentették, hogy nincsenek versengő érdekek.

Bevezetés

Vizsgálatunk célja a SIM1 mutációk felkutatása volt a korán kialakuló súlyos elhízásban szenvedő gyermekeknél; valamint a mutációhordozók részletes metabolikus fenotípusainak leírása és azok fenotípusainak összehasonlítása elhízott, SIM1 variánst nem hordozó egyének fenotípusaival.

Betegek és módszerek

Gyermekek és serdülőkortor

Lean vezérlés

41 szlovák eredetű felnőtt szikár, BMI A-val rendelkező kontroll populációt azonosítottak (p.D134N). Ugyanez a heterozigóta genotípus megtalálható a proband testvérében, apjában és apai nagyapjában is; más elhízott családtagok, az anya és az apai nagymama, nem voltak a p.D134N variáns hordozói (1. ábra).

A négyzetek hímeket jelentenek; körök képviselik a nőstényeket; a kitöltött szimbólumok elhízott egyéneket jelölnek. Probandot egy nyíl jelzi. Az egyes egyedek alatti szöveg mutációs státuszt (NM - heterozigóta p.D134N hordozó; NN - nem hordozó), az elhízás diagnosztizálásakor alkalmazott életkort és a BMI-t (BMI SDS) jelzi. ND - nincs meghatározva.

Sőt, hét korábban leírt SIM1 polimorfizmust találtak a betegek és a kontrollok között (két nem szinonim variáns a kódoló régióban, c.1054C> A (p.P352T) és c.1112C> T (p.A371V), egy szinonim variáns, c. 1959C> T (p.T653 =), egy promóter variáns, c.-256G> A, egy variáns az 5'UTR-ben, c.-127T> C, valamint két variáns a 3'UTR-ben, c. * 113A> T és c. * 348A> T) (1. táblázat).

A p.D134N missense változatról korábban nem számoltak be. Nincs jelen a dbSNP147-ben szereplő 1000 Genomes Project 3. fázisú kiadásban, sem az NHLBI GO Exome Sequencing Projectben átvilágított több mint 6500 egyénben, sem a több mint 60 000 exom adatait összesítő ExAC adatbázisban (1. táblázat). A 134. pozícióban levő aszparaginsav a fehérje PAS1 doménjében található (S1A ábra). Ez a régió evolúciósan konzervált a DNS szintjén (magas GERP, phyloP100way és PhastCons100way pontszámok), valamint fehérje szinten (Multiz100way) (1. táblázat). Pontosabban, a c.400G nukleotid az UCSC Multiz Alingment 100 gerinces minden fajában erősen konzerválódott, és az aszparaginsavat egy másik negatív töltésű aminosav, glutaminsav helyettesíti, a 100 gerinces faj közül csak az egyikben (S1B Ábra). Az aszparaginnal történő szubsztitúciót a SIFT, a polyPhen, a PROVEAN, a MutationAssessor, az SNPs & GO, a MutationTaster becslése szerint károsnak ítélték, és a CADD pontszám 34 ezt a szubsztitúciót az emberi genom 0,04% -ban leginkább károsító változatai közé sorolja (1. táblázat).

A p.D134N hordozók fenotípusai

A p.D134N új SIM1 variánst egy elhízott nőprobban találták, akik normális születési súlyú és hosszúságú rokon szülők születtek. 2 éves korában alakult ki elhízás, és folyamatosan hízik. Gyermekkorában tanulási fogyatékossággal és koncentrációs problémákkal küzdött (anyja közölte). A vizsgálat idején 18 éves volt, és diffúz elhízása 44,2 kg/m 2 BMI-vel volt (BMI SDS +7,5 SD). Nem voltak diszmorf tulajdonságai, nem voltak specifikus társbetegségei, és a pszichológiai vizsgálat szerint normális mentális állapota volt (átlagos értelmi szint, nincsenek koncentrációs vagy tanulási zavarok, vagy érzelmi labilitás). Enyhe éhomi hipertrigliceridémiát mutatott (1,7 mmol/l); míg az éhezés és a 2 órás glikémia a glükóz tolerancia teszt során és a HDL-koleszterin szint a normális tartományban volt (2. táblázat). Az alanin-transzamináz, az aszpartát-transzamináz, a tirotropin és a tiroxin szintje szintén a normál tartományban volt (az adatokat nem mutatjuk be). Nem felelt meg a Nemzetközi Diabetes Szövetség által meghatározott metabolikus szindróma kritériumainak [28].

A proband testvére elhízott volt (BMI 41 kg/m2, BMI SDS +6,2 SD, 16 éves életkor), éhomi hiperinsulinémiával (146,5 pmol/l); míg koplalása és 2 órás oGTT glikémiája, lipidprofilja és vérnyomása a normális tartományban volt. A proband apja elhízott volt (BMI 57,8 kg/m2), és a HbA1c értéknek (6,7%; 49,7 mmol/mol) megfelelően diabetes mellitus, 2 óra oGTT-nél hiperglikémia (10,4 mmol/l), diszlipidémia (trigliceridek 1,8 mmol/l és HDL-koleszterin 0,9 mmol/l), és magas vérnyomás a kezelés során. A proband apai nagyapja elhízott (BMI 35,5 kg/m2), éhomi hiperglikémiával (5,8 mmol/l), míg más anyagcsere-paraméterek a normális tartományban voltak (2. táblázat). Annak ellenére, hogy korán jelentkező súlyos elhízás mutatkozott, a proband és testvére nem felelt meg a Nemzetközi Diabetes Szövetség által meghatározott metabolikus szindróma kritériumainak [28]. Proband apja volt az egyetlen variáns hordozó, aki megfelelt a metabolikus szindróma kritériumainak (2. táblázat).

A p.D134N hordozók fenotípus-összehasonlítása elhízott kontrollokkal

A p.D134N variáns hordozók antropometriai és metabolikus fenotípusait (proband, proband testvére és proband apja) összehasonlítottuk a nemek szerinti, hasonló korú, nem rokon elhízott kontrollokkal, amelyek negatívak voltak a SIM1 és MC4R mutációk esetében (S2 ábra). A p.D134N-t hordozó 2 testvér BMI-je összehasonlítható volt az elhízott kontrollokkal, míg az apa BMI-je magasabb volt a kontrollokhoz képest (S2A és S2B ábra). A variáns hordozók magassága látszólag alacsonyabb volt, mint a kontrollokban (S2C és S2D ábra), azonban a nem hordozó családtagok is alacsony termetűek voltak (2. táblázat). A p.D134N hordozók metabolikus fenotípusainak többsége az elhízott kontrollok tartományába esett, a HDL koleszterinszint esetleges kivételével (S2H ábra). Ezenkívül a variáns hordozók lényegesen alacsonyabban részesítették előnyben az alacsony zsírtartalmú, alacsony szénhidráttartalmú és magas fehérjetartalmú ételeket (p = 0,02), és alacsonyabban részesítették a magas cukortartalmú ételeket (p = 0,02), de más energiaszubsztrátokat normálisan preferáltak az elhízott kontrollokhoz képest (ábra 2). Az egyéb étkezési preferenciák közötti különbségek nem voltak szignifikánsak (az adatokat nem közöltük).

A) Az alacsony zsírtartalmú, alacsony szénhidráttartalmú és magas fehérjetartalmú ételek táplálék-preferenciája és B) a magas cukortartalmú ételek táplálék-preferenciája.

Nem volt szignifikáns különbség a p.D134N variáns hordozók légzési hányadosában és nyugalmi energiafelhasználásában az MC4R mutációs hordozókhoz vagy elhízott család rokonokhoz képest (S3 ábra).

Vita

Szekvenáltuk a SIM1 promoter régiót és exonokat 126 független elhízott gyermekben és serdülőben, valamint 41 felnőtt sovány kontrollt Szlovákiából és Morvaországból. Egy új SIM1 variánst (p.D134N) azonosítottak 126 (0,79%) elhízott, korán kialakuló súlyos elhízással rendelkező gyermek közül. Vannak további közvetlen családtagok, akik szintén elhízottak (BMI> 35,5 kg/m 2), köztük 3 p.D134N variáns és 2 nem hordozó. Az új változat patogenitását in silico elemzések támasztották alá. Az elhízott kontrollokhoz hasonló számos fenotípus-hasonlóság ellenére a p.D134N variáns hordozók lényegesen alacsonyabban részesítették az alacsony zsírtartalmú, alacsony szénhidráttartalmú és magas fehérjetartalmú ételeket, és alacsonyabban a magas cukortartalmú ételeket. Sőt, mind a fiatalabb mutációhordozók (6), mind a határvonal trigliceridek a probandumban, mind a hiperinsulinémia a testvérben.

A monogén elhízást okozó SIM1 variánsok

Korán megjelenő elhízáshoz kapcsolódó funkcióvesztés-variánsokat korábban azonosítottak a SIM1 gén különféle régióiban [7,8,10], különösen az N-terminális transzaktivációs doménben, valamint a PAS1 és PAS2 doménekben [7]. Számos mutáció esetében leírtak eltéréseket az in silico és az in vitro funkcionális analízisek között [8]. Ezenkívül számos, az in silico és az in vitro funkcionális analízissel megerősített funkcióvesztés mutációt találtak elhízott és sovány egyéneknél (pl. P.D707H) [7].

Esetünkben 7 in silico elemzés azt jósolta, hogy a p.D134N variáns káros lesz. Az aszparaginsav a 134. pozícióban evolúciósan konzerválódik nemcsak a SIM1-ben (S1B ábra), hanem a SIM2 fehérjékben és a Drosophila melanogaster együgyű fehérjéjében is (S1C ábra). A fehérje PAS1 doménjében helyezkedik el. A bHLH/PAS fehérjék PAS1 és PAS2 doménjei felelősek a dimerizációért, a dimer DNS-kötő konformációjának stabilizálásáért és a funkcionális transzkripciós komplexek összeszereléséért [37]. Ezenkívül a p.M136K heterozigóta mutáció ugyanabban a tartományban (PAS1), mint a p.D134N variáns, elhízást okozott egerekben [38].

Új SIM1 p.D134N variánsunk esetében nem végeztek olyan funkcionális elemzéseket, amelyek megerősítenék annak hatását a SIM1 működésére. Ez a tanulmányunk egyik fő korlátja. Mindazonáltal az összes mutációs hordozó elhízott volt, ami legalábbis összhangban van a p.D134N káros hatásának hipotézisével.

Összehasonlítás más vizsgálatokkal

Vizsgálatunkban a felvételi kritériumokat a korábban publikált SIM1 mutációs hordozók fő fenotípus-jellemzői (azaz súlyos, korán megjelenő elhízás) alapján választották ki [7,8]. Ezenkívül, mivel a SIM1 mutációs hordozók további tünetekkel rendelkeznek [8], 26 súlyos korai kezdetű elhízásban, tanulási zavarban vagy Prader-Willi-szerű szindróma diszmorfikus jellemzőiben szenvedő beteg is szerepel.

A p.D134N variáns hordozóinak gyermekkori elhízása (≤6 év), szignifikánsan megnövekedett BMI (> 35 kg/m2) és normális alapanyagcsere arány volt nem, életkor és testösszetétel szerint. Ramachandrappa és munkatársaihoz képest, akik a SIM1 mutációs hordozókban magasabb légzési hányadost mutattak az elhízott kontrollokhoz képest [7], adataink nem mutattak szignifikáns különbséget a p.D134N variáns hordozók bazális metabolikus sebességében vagy légzési hányadosa tekintetében az MC4R mutáció hordozókkal szemben. vagy elhízott családi rokonok.

Genotípus – fenotípus kölcsönhatások

Eddig a leírt heterogén, nem szinonim funkcióvesztés-SIM1 variánsok közül csak néhány teljesítette a monogén elhízási mutációhoz szükséges összes kritériumot (azaz a koegregáció az elhízási fenotípussal a családban, hasonló fenotípus az összes mutációs hordozóban, és csökkent a mutált SIM1 transzkripciós aktivitása in vitro vizsgálatokban) [7,8]. Másrészt az obesogén környezettel rendelkező családokban több, csökkent in vitro aktivitású funkcióvesztés-változatot találtak (azaz a mutációval rendelkező proband mindkét szülője elhízott volt; pl. Két p.T46R-család [8], ill. p.D707H [7], vagy olyan családok, ahol p.A517V [10], p.R171H, p.P692L és p.R550H [7]). Hasonlóképpen, a p.D134N variáns megtalálható egy olyan családban, ahol az összes tag elhízott. Ez további korlátozást jelenthet a vizsgálatunkban, mivel a családban nem végeztek további genetikai elemzéseket az MC4R és a SIM1 gének szekvenálása mellett (negatív eredménnyel). Ennek ellenére vannak bizonyos különbségek a hordozók és a nem hordozók között; például az anyagcsere-egészség javulása (4 mutációhordozóból 3 nem felelt meg a metabolikus szindróma kritériumainak), valamint az elhízott kontrollokhoz képest alacsonyabb a magas cukortartalmú és alacsony zsírtartalmú, alacsony szénhidráttartalmú és magas fehérjetartalmú táplálék előnyben részesítése.

Következmény a klinikusok számára

Noha a SIM1 génmutációk ritkán okozzák az elhízást, klinikai jelentőségük a kóros elhízás magas kockázatán alapul (gyakran 50 kg/m2-es BMI mellett). Ezért ésszerűnek tűnik a korai diagnózis fókuszált megelőzéssel és terápiával.

Következtetések

Négy családtagnál azonosítottunk egy új, heterozigóta nem szinonimájú SIM1 variánst (p.D134N), amely fenotípus különbségeket mutat az anyagcsere-egészségügyben és megváltoztatta az étkezési preferenciákat a rokon és nem rokon elhízott nem hordozókhoz képest.

Segítő információ

S1 ábra. A p.D134N variáns elhelyezkedése a SIM1 fehérjében.

A) A p.D134N a PAS1 doménben található, amely részt vesz a SIM1 ARNT2 transzkripciós faktorral történő heterodimerizációjában; B) az aszparaginsav a 134-es helyzetben 100 gerinces faj közül 99-ben konzerválódik, amint azt az UCSC Genome Browser felirata mutatja (8 különböző gerinces alcsoportból csak egy reprezentatív faj jelenik meg); C) A 134-es pozícióban levő aszparaginsav más SIM-fehérjékben is konzerválódott a Drosophila melanogasterig.

S2 ábra. A p.D134N SIM1 variáns kiválasztott antropometriai és metabolikus paraméterei a kontrollokhoz képest.