Генетичен анализ на еднозначен 1 ген при деца със затлъстяване в ранно начало с тежко затлъстяване

ibg.waykun.com - Диета и загуба на тегло, днес

Лаборатория по диабет и метаболитни нарушения, Институт по експериментална ендокринология, Биомедицински изследователски център, Словашка академия на науките, Братислава, Словакия, Катедра по педиатрия, Медицински факултет на Университета Коменски, Братислава, Словакия, Институт по социална медицина, професионално здраве и обществено здраве, Лайпцигски университет, Лайпциг, Германия

Отделение по физиология и патофизиология, Медицински факултет, Университет в Острава, Острава, Чехия

Свързана лаборатория по диабет и метаболитни нарушения, Институт по експериментална ендокринология, Биомедицински изследователски център, Словашка академия на науките, Братислава, Словакия

Отделение по педиатрия, Медицински факултет на Университета Коменски, Братислава, Словакия

Катедра по педиатрия, Медицински факултет на Университета Сафарик, Кошице, Словакия

Отделение по педиатрия, болница Vitkovice, Острава, Чехия

Отделение по вътрешни болести, Медицински факултет на Йесений на Университета Коменски, Мартин, Словакия

Отделение за биомедицински науки, Медицински факултет, Университет в Острава, Острава, Чехия

Лаборатория по диабет и метаболитни нарушения, Институт по експериментална ендокринология, Биомедицински изследователски център, Словашка академия на науките, Братислава, Словакия, Катедра по педиатрия, Медицински факултет на Университета Коменски, Братислава, Словакия, Център за педиатрични изследвания Лайпциг, Университетска болница за деца И юноши, Университет в Лайпциг, Лайпциг, Германия

Даниела Станикова,
Марек Бузга,
Патрик Крумполец,
Мартина Скопкова,
Мартина Сурова,
Барбара Укропцова,
Любица Тича,
Мирослава Петрасова,
Доминика Габцова,
Мирослава Хучкова

Фигури

Резюме

Заден план

Показано е, че инактивиращите мутации на хипоталамусния транскрипционен фактор singleminded1 (SIM1) са причина за ранно начало на тежко затлъстяване. Към днешна дата обаче приносът на мутациите на SIM1 към фенотипа на затлъстяването е проучен само в няколко популации. В това проучване ние проверихме функционалните области на SIM1 при силно затлъстели деца от словашки и моравски произход, за да определим дали генетичните варианти в SIM1 могат да повлияят на развитието на затлъстяване в тези популации.

Методи

Промоторният регион на SIM1, екзоните и границите на екзон-интрон са секвенирани при 126 несвързани затлъстели деца и юноши (на възраст 2–18 години) и 41 сухи контроли за възрастни от словашки и моравски произход. Критериите за включване за деца и юноши бяха стандартното отклонение на индекса на телесна маса над 2 SD за подходяща възраст и пол, и затлъстяването на по-малко от 5 години. Клиничните фенотипове на носителите на SIM1 вариант са сравнени с клиничните фенотипове на 4 носители на вариант MC4R и с 27 несвързани SIM1 и MC4R мутации отрицателни затлъстели контроли, които са съпоставени по възраст и пол.

Резултати

Идентифицирани са седем описани по-рано варианти на SIM1 и един нов хетерозиготен вариант p.D134N. Новият вариант беше предвиден да бъде патогенен от 7 при анализи на софтуер silico и се намира в силно запазена позиция на протеина SIM1. Вариантът p.D134N е открит при 18-годишен женски пробанд (ИТМ 44.2kg/m 2; +7.5 SD) и при 3 затлъстели членове на семейството. Независимо от ранното начало на тежко затлъстяване, пробандът и нейният брат (на възраст 16 години) не отговарят на критериите за метаболитен синдром. Нещо повече, вариантните носители са имали значително по-ниски предпочитания към храни с високо съдържание на захар (p = 0,02) и храни с ниско съдържание на мазнини, ниско съдържание на въглехидрати и високо съдържание на протеини (p = 0,02) в сравнение с контролите на затлъстяването.

Заключения

Идентифицирахме нов вариант SIM1, p.D134N, при 4 затлъстели индивида от едно родословие, което също е свързано с по-ниско предпочитание към определени храни.

Цитат: Stanikova D, Buzga M, Krumpolec P, Skopkova M, Surova M, Ukropcova B, et al. (2017) Генетичен анализ на еднопосочен 1 ген при ранни деца със силно затлъстяване при деца и юноши. PLoS ONE 12 (5): e0177222. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0177222

Редактор: Ивон Ботчер, Университет в Осло, НОРВЕГИЯ

Получено: 18 ноември 2016 г .; Прието: 24 април 2017 г .; Публикувано: 4 май 2017 г.

Наличност на данни: Всички релевантни данни се намират в хартията и нейните поддържащи информационни файлове.

Финансиране: 1. Агенция за научни грантове на Министерството на образованието, науката, изследванията и спорта на Словашката република и Словашката академия на науките - VEGA 2/0166/14, www.vega.sav.sk, получена от DaG; 2. Оперативна програма за научни изследвания и развитие, финансирана от Европейския фонд за регионално развитие - Трансендоген/26240220051, получена от IK; 3. JS беше подкрепен от изследователска стипендия ESPE (Европейско общество по детска ендокринология).

Конкуриращи се интереси: Авторите са декларирали, че не съществуват конкуриращи се интереси.

Въведение

Целта на нашето проучване беше да се търсят мутации на SIM1 при деца с тежко затлъстяване с ранно начало; и, за да се опишат подробни метаболитни фенотипове на носителите на мутации и да се сравнят техните фенотипове с фенотипите за затлъстели индивиди, които не носят SIM1 вариант.

Пациенти и методи

Кохорта за деца и юноши

Lean контроли

Идентифицирана е контролна популация от 41 възрастни слаби субекти от словашки произход с BMI A (p.D134N). Същият хетерозиготен генотип е открит и в брата, бащата и дядото по бащина линия на пробанда; други затлъстели членове на семейството, майка и баба по бащина линия, не са носители на варианта p.D134N (Фигура 1).

Квадратите представляват мъже; кръговете представляват жени; попълнените символи показват затлъстели индивиди. Proband е обозначен със стрелка. Текстът под всеки индивид показва мутационен статус (NM - хетерозиготен носител на p.D134N; NN - не-носител), възраст при диагностициране на затлъстяване, текуща възраст и ИТМ (BMI SDS). ND - не е определено.

Нещо повече, седем описани по-рано полиморфизми на SIM1 са открити сред пациентите и контролите (два несинонимни варианта в кодиращата област, c.1054C> A (p.P352T) и c.1112C> T (p.A371V), един синонимен вариант, c. 1959C> T (p.T653 =), един промоторен вариант, c.-256G> A, един вариант в 5'UTR, c.-127T> C, както и два варианта в 3'UTR, c. * 113A> T и c. * 348A> T) (Таблица 1).

Предварителният вариант p.D134N не е докладван по-рано. Той не присъства в изданието на фаза 3 на проект 1000 геноми, включено в dbSNP147, нито в повече от 6500 лица, проверени в NHLBI GO Exome Sequencing Project, нито в базата данни на ExAC, обобщаваща данни за над 60 000 екзома (Таблица 1). Аспарагиновата киселина в позиция 134 се намира в PAS1 домена на протеина (S1A Фиг.). Този регион е еволюционно запазен на ниво ДНК (високи оценки на GERP, phyloP100way и PhastCons100way), както и на ниво протеин (Multiz100way) (Таблица 1). По-конкретно, c.400G нуклеотидът е силно запазен във всички видове на UCSC Multiz Alingment от 100 гръбначни животни и аспарагиновата киселина се заменя с друга отрицателно заредена аминокиселина, глутаминова киселина, само в един от 100-те вида гръбначни животни в подреждането (S1B Фиг.). Заместването с аспарагин беше предвидено да бъде вредно от SIFT, polyPhen, PROVEAN, MutationAssessor, SNPs & GO, MutationTaster и стойността на резултата CADD 34 поставя това заместване сред 0,04% най-вредните варианти в човешкия геном (Таблица 1).

Фенотипове на носителите p.D134N

Новият вариант SIM1 p.D134N е открит при една затлъстела женска пробанд, родена от несвързани родители с нормално тегло и дължина при раждане. Тя е развила затлъстяване на възраст от 2 години и непрекъснато наддава. Тя е имала проблеми с ученето и проблеми с концентрацията през детството (докладвано от майка й). По време на прегледа тя е била на 18 години и е имала дифузно затлъстяване с ИТМ от 44,2 kg/m 2 (BMI SDS +7,5 SD). Тя нямаше дисморфични черти, нямаше специфични съпътстващи заболявания и нормален психически статус според психологическото изследване (средно ниво на интелект, липса на концентрация или учене или емоционална лабилност). Тя беше показала лека хипертриглицеридемия на гладно (1,7 mmol/l); докато гладуването и 2 часа гликемия по време на тест за толерантност към глюкоза и нивата на HDL-холестерол бяха в нормалните граници (Таблица 2). Нивата на аланин трансаминаза, аспартат трансаминаза, тиротропин и тироксин също са в нормални граници (данните не са показани). Тя не отговаря на критериите за метаболитен синдром, определени от Международната диабетна федерация [28].

Братът на пробанда е бил със затлъстяване (BMI 41 kg/m2, BMI SDS +6,2 SD, възраст 16 години) с хиперинсулинемия на гладно (146,5 pmol/l); докато неговото гладуване и 2 часа oGTT гликемия, липиден профил и кръвно налягане бяха в нормалните граници. Бащата на пробанда е бил със затлъстяване (ИТМ 57,8 kg/m2) и е имал захарен диабет според стойността на HbA1c (6,7%; 49,7 mmol/mol), хипергликемия при 2 часа oGTT (10,4 mmol/l), дислипидемия (триглицериди 1,8 mmol/l и HDL-холестерол 0,9 mmol/l) и хипертония при лечение. Дядото на бащата по бащина линия е бил със затлъстяване (ИТМ 35,5 kg/m2) с хипергликемия на гладно (5,8 mmol/l), докато други метаболитни параметри са били в нормални граници (Таблица 2). Въпреки демонстрирането на тежко затлъстяване с ранно начало, пробандът и брат й не отговарят на критериите за метаболитен синдром, определени от Международната диабетна федерация [28]. Бащата на Proband е единственият вариант носител, който отговаря на критериите за метаболитния синдром (Таблица 2).

Сравнение на фенотип на носители на p.D134N със затлъстяване

Антропометричните и метаболитни фенотипове на носители на p.D134N вариант (пробанд, брат на пробанда и баща на пробанда) бяха сравнени със съвпадащи по пол, сходни на възраст несвързани затлъстели контроли, отрицателни за SIM1 и MC4R мутации (S2 Фиг.). ИТМ за 2-ма братя и сестри, носещи p.D134N, са сравними с контролите със затлъстяване, докато ИТМ на бащата е по-висок в сравнение с контролите (S2A и S2B Фиг.). Височината на вариантните носители очевидно е била по-ниска, отколкото в контролите (S2C и S2D Фигура), но членовете на семейството, които не са носители, също имат нисък ръст (Таблица 2). Повечето от метаболитните фенотипове за носителите p.D134N са в обхвата на контролите със затлъстяване, с възможно изключение на нивата на HDL холестерол (S2H Фиг.). Освен това вариантните носители са имали значително по-ниско предпочитание към храни с ниско съдържание на мазнини, ниско съдържание на въглехидрати и високо съдържание на протеини (p = 0,02) и по-ниски предпочитания към храни с високо съдържание на захар (p = 0,02), но нормално предпочитание към други енергийни субстрати в сравнение с контролите със затлъстяване (Фиг. 2). Разликите в предпочитанията към други храни не са значителни (данните не са показани).

A) Хранителни предпочитания към храни с ниско съдържание на мазнини, ниско съдържание на въглехидрати и високо съдържание на протеини и B) Предпочитания към храни с храни с високо съдържание на захар.

Няма значителни разлики в дихателните коефициенти и енергийния разход на носителите на p.D134N вариант в сравнение с носителите на мутация MC4R или роднините със затлъстяване (S3 Фиг.).

Дискусия

Секвенирали сме промоторния регион на SIM1 и екзоните при 126 несвързани деца и юноши със затлъстяване и 41 постни контроли за възрастни от Словакия и Моравия. Идентифициран е един нов вариант SIM1 (p.D134N) при един пробанд от 126 (0,79%) деца със затлъстяване с ранно начало на тежко затлъстяване. Има допълнителни членове на близко семейство, които също са със затлъстяване (ИТМ> 35,5 kg/m 2), включително 3 p.D134N вариантни носители и 2 неносители. Патогенността на новия вариант се подкрепя от силико анализи. Въпреки няколко прилики във фенотипа с контролите на затлъстяването, носителите на вариант p.D134N имат значително по-ниски предпочитания към храни с ниско съдържание на мазнини, ниско съдържание на въглехидрати и високо съдържание на протеини и по-ниски предпочитания към храни с висока захар. Освен това, както по-младите носители на мутации (6), така и граничните триглицериди в пробанда и хиперинсулинемия при брат.

Варианти на SIM1, причиняващи моногенно затлъстяване

Варианти на загуба на функция, свързани с ранно настъпващо затлъстяване, преди са били идентифицирани в различни региони на гена SIM1 [7,8,10], по-специално в N-терминалния домейн на трансактивация и домейните PAS1 и PAS2 [7]. За няколко мутации са описани несъответствия между in silico и in vitro функционални анализи [8]. Освен това, при затлъстели и слаби индивиди (напр. P.D707H) са открити няколко мутации на загуба на функция, потвърдени както при силико, така и при in vitro функционални анализи [7].

В нашия случай 7 in silico анализа прогнозираха, че вариантът p.D134N ще бъде вреден. Аспарагиновата киселина в позиция 134 е еволюционно запазена не само в SIM1 (S1B Фиг.), Но също така и в SIM2 протеини и в еднозначен протеин на Drosophila melanogaster (S1C Фиг.). Той се намира в PAS1 домейна на протеина. Домените PAS1 и PAS2 на bHLH/PAS протеините са отговорни за димеризацията, стабилизирането на ДНК свързващата конформация на димера и сглобяването на функционални транскрипционни комплекси [37]. Освен това, хетерозиготна мутация p.M136K, в същия домейн (PAS1) като варианта p.D134N, причинява затлъстяване при мишки [38].

В случая с нашия нов вариант SIM1 p.D134N, функционални анализи, които биха потвърдили неговото въздействие върху функцията SIM1, не бяха извършени. Това е основно ограничение на нашето проучване. Независимо от това, всички носители на мутации са били със затлъстяване, което поне е в съгласие с хипотезата за вредността на p.D134N.

Сравнение с други проучвания

Критериите за включване в нашето проучване бяха избрани според основните фенотипни характеристики на публикувани преди това носители на мутация SIM1 (т.е. тежко затлъстяване с ранно начало) [7,8]. Освен това, тъй като част от носителите на мутация SIM1 има допълнителни симптоми [8], бяха включени и 26 пациенти с тежко ранно затлъстяване и обучителни увреждания или дисморфични характеристики на синдром, подобен на Prader-Willi.

Носителите на варианта p.D134N са имали детско затлъстяване (≤6 години), значително повишени ИТМ (> 35 kg/m2) и нормални нива на основния метаболизъм според пола, възрастта и телесния състав. В сравнение с Ramachandrappa et al., Които показват по-висок коефициент на дишане при носители на мутация SIM1 в сравнение с контролите със затлъстяване [7], нашите данни не показват значителни разлики в базалната скорост на метаболизма или дихателния коефициент за носителите на вариант p.D134N в сравнение с носителите на мутация MC4R или затлъстели семейни роднини.

Взаимодействия между генотип и фенотип

Към днешна дата само няколко от описаните хетерогенни несинонимни варианти на загуба на функция SIM1 отговарят на всички критерии, необходими за моногенна мутация на затлъстяването (т.е. косегрегация с фенотипа на затлъстяването в семейството, подобен фенотип при всички носители на мутация и намалява транскрипционна активност на мутиралия SIM1 при in vitro проучвания) [7,8]. От друга страна, бяха открити няколко варианта на загуба на функция с намалена in vitro активност в семейства с обезогенна среда (т.е. и двамата родители на пробанда с мутация бяха затлъстели; напр. Две семейства с p.T46R [8], или p.D707H [7], или семейства с p.A517V [10], p.R171H, p.P692L и p.R550H [7]). По същия начин вариантът p.D134N е намерен в семейство, където всички членове са с наднормено тегло. Това може да е друго ограничение на нашето проучване, тъй като в семейството не е извършван по-нататъшен генетичен анализ, освен секвениране на гените MC4R и SIM1 (с отрицателни резултати). Въпреки това има някои разлики между превозвачите и не-превозвачите; например, по-добро метаболитно здраве (3 от 4 носители на мутации не отговарят на критериите за метаболитен синдром) и по-ниско предпочитание към храни с високо съдържание на захар и храни с ниско съдържание на мазнини, ниско съдържание на въглехидрати и протеини при варианти на носители в сравнение с контролите на затлъстяването.

Последици за клиницистите

Въпреки че генните мутации на SIM1 са рядка причина за затлъстяване, тяхното клинично значение се основава на високия риск от болестно затлъстяване (често с ИТМ> 50 kg/m2). Следователно ранната диагноза с целенасочена профилактика и терапия изглежда разумна.

Заключения

Идентифицирахме нов хетерозиготен несинонимен вариант SIM1 (p.D134N) при четири семейни роднини, показващи фенотипни разлики в метаболитното здраве и променени хранителни предпочитания в сравнение със сродни и несвързани затлъстели неносители.

Подкрепяща информация

S1 Фиг. Местоположение на варианта p.D134N в протеина SIM1.

A) p.D134N се намира в домейна PAS1, участващ в хетеродимеризация на SIM1 с транскрипционен фактор ARNT2; Б) аспарагиновата киселина в позиция 134 се запазва в 99 от 100 вида гръбначни животни, както е показано в надписа от UCSC Browser Genome (показан е само един представителен вид от 8 различни подмножества на гръбначни животни); В) Аспарагиновата киселина в позиция 134 се запазва и в други SIM протеини до Drosophila melanogaster.

S2 Фиг. Избрани антропометрични и метаболитни параметри на SIM1 вариант p.D134N носители в сравнение с контролите.

Популярен

Те четат сега