абстрактно

Доказано е, че SH3-домейнът на GRB2-подобен протеин (ендофилин) -взаимодействащ протеин 1 (SGIP1) е диференцирано експресиран в хипоталамуса на слаби спрямо затлъстели израелски плъхове (Psammomys obesus) и се предполага, че играе роля в регулирането на храните. сания. Целта на това проучване беше да се оцени ролята на генетичните вариации в SGIP1 при човешките заболявания.

предмети:

Извършихме генотипиране на единичен нуклеотиден полиморфизъм (SNP) в голямо семейство кохорти от остров Мавриций. Семейното проучване на Мавриций (MFS) се състои от 400 души от 24 индо-мавритански семейства, осиновени от генетично хомогенно население на Мавриций. Измерихме маркери на метаболитен синдром, включително диабет и свързани със затлъстяването фенотипи като плазмена глюкоза на гладно, съотношение талия: тазобедрена става, индекс на телесна маса и мастна маса.

резултатите:

Статистическият генетичен анализ разкрива връзки между полиморфизмите SGIP1 и мастната маса (в килограми), измерена чрез биоимпеданс. SNP генотипирането идентифицира асоциации между няколко генетични варианта и маса на мазнините, като най-силната асоциация е за rs2146905 (P = 4.7 × 10 -5). Силен алелен ефект се наблюдава при няколко SNP, където теглото на мазнините е намалено с до 9,4% при индивиди, хомозиготни за незначителния алел.

заключение:

Нашите резултати показват връзка между генетичните варианти на SGIP1 и мастната маса. Ние предоставяме доказателства, че вариацията на SGIP1 е потенциално важен фактор за свойствата, свързани с човешкото затлъстяване.

Глобалното разпространение на затлъстяването се е увеличило драстично през последните 30 години и се очаква да нарасне допълнително през следващите десетилетия. Световната здравна организация (СЗО) изчислява, че най-малко 400 милиона възрастни са били със затлъстяване (индекс на телесна маса (ИТМ)> 30 kg m2) през 2005 г. и прогнозата прогнозира, че този брой ще нарасне до над 700 милиона през 2015 г. 1

Захарният диабет тип 2 се превърна в едно от най-често срещаните хронични заболявания в световен мащаб, а броят на хората с диабет се увеличава до 439 милиона възрастни до 2030 г. 2 Епидемията от диабет, свързана със затлъстяването, е голяма криза в съвременните общества. храната е богата и упражненията не са задължителни. Хипоталамусът е централен регулатор на енергийния баланс, интегриращ както централни, така и периферни сигнали. Следователно дефектите в хипоталамусната функция могат да доведат до затлъстяване и диабет.

Редица кандидат-гени, които са силно репликирани за затлъстяване и свързани с тях признаци, включват меланокортин 4 рецептор (MC4R), адренергичен β3 рецептор (ADRB3), прохормона конвертаза 1/3 (PCSK1), мозъчен невротропен фактор (BDNF) и ендоканабиноид рецептор 1. (CNR1). 5, 6, 7, 8, 9 Функционалните проучвания показват, че те допринасят за затлъстяването чрез различни механизми, включително регулиране на приема на храна, регулиране на липолиза, термогенеза и ефекти върху хиперактивността. Сканирането на генома за фенотипове на затлъстяването доведе до идентифициране на няколко хромозомни области, които е вероятно да носят гени за чувствителност към затлъстяване. 10, 11, 12 Поради нарастващия брой сканирания на генома се появиха няколко области на репликация, включително 16q12, 10p13 и 16q23. Идентифицирането на причинно-следствените генетични мутации в тези свързани региони вероятно ще разкрие нови прозрения в молекулярните и патофизиологичните механизми на енергийната хомеостаза и затлъстяването.

По-рано описахме Psammomys obesus (израелски плъх) като полигенен животински модел на затлъстяване, диабет тип 2 и дислипидемия. 14, 15, 16, 17 Този модел е използван за идентифициране на гени и метаболитни пътища, които влияят върху развитието на метаболитния синдром и демонстрира връзки с тези черти в големи човешки кохорти, включително убиквитин тип 5 (реф. 18, 19) и селенопротеин S 20 SH3 Домейнът, подобен на GRB2 (ендофилин), взаимодействащ с протеин 1 (SGIP1), е открит за първи път чрез PCR анализ на диференциално изображение на хипоталамусна РНК от беден и затлъстял P. obesus и е установено, че се експресира изключително в централната нервна система. Експресията на SGIP1 се увеличава в хипоталамуса на затлъстелия P. obesus и се кодира от аминокиселина 828 протеин, колокализиран с POMC и NPY, два невропептида, участващи в регулирането на енергийния баланс. Насоченото намаляване на SGIP1 хипоталамусната иРНК чрез инфузия на антисенс олигонуклеотиди инхибира приема на храна и намалява телесното тегло при P. obesus. Експресията на иРНК на SGIP1 също се увеличава в миши хипоталамус Agouti, което предполага роля на този ген в сигналния път на меланокортина. SGIP1 е ендоцитен протеин, който играе функционална роля в невроналните системи в енергийната хомеостаза чрез взаимодействие с ендофилини. 16, 21

Човешкият хомолог на SGIP1 се намира в хромозома 1p31.3. Проучванията за генетична връзка предполагат, че този регион вероятно съдържа гени, които засягат фенотипите на затлъстяването. Функционалната информация, получена от проучвания на P. obesus, заедно с геномното местоположение на човешкия ген SGIP1, прави този ген кандидат-ген за регулиране на енергийния баланс и потенциално важен за определяне на риска от затлъстяване при хората. За да се обърне внимание на тази възможност, от базата данни на NCBI DBSNP в гена SGIP1 бяха избрани 78 еднонуклеотидни полиморфизми (SNP). Те са генотипизирани в 400 индо-маврикийци, обхващащи 24 семейства, и са тествани за връзка с фенотипите на метаболитния синдром.

Предмети и методи

Субекти и фенотипове

Семейното проучване на Мавриций се състои от кохорта от 400 индивида в 24 големи разширени родословия. 23 участници бяха на възраст от 19 до 93 години и включваха приблизително еднакъв брой мъже и жени. Приблизително 22% са диагностицирани със захарен диабет тип 2. Семейното проучване на Мавриций (MFS) е съвместно усилие между Международния институт по диабет, Министерството на здравеопазването и качеството на живот в Мавриций и Центъра за медицински изследвания и изследвания на Университета на Мавриций. 23.

Проектът е представен и одобрен от две независими комисии по етика в Австралия, страната спонсор и Мавриций, страната домакин, съгласно Съвета за международни медицински научни организации и Насоките на СЗО за международни биомедицински изследвания, включващи човешки субекти (Женева 1993). ). Участието в проучването беше разрешено след получаване на информирано съгласие, след обяснение от местните здравни специалисти на техния роден език.

Маса в пълен размер

Селекция и генотипиране на SNP

От базата данни на DBSNP NCBIs бяха избрани общо 78 SNP. SNPs бяха избрани въз основа на тяхната вероятност да имат функционална роля. Следователно, селекцията се фокусира върху предполагаеми екзонични промотори, места за снаждане и запазена последователност (между мишка и човек), докато неконсервираните и повтарящите се области се избягват. Генотипирането се извършва с помощта на системата MassARRAY (Sequen, Сан Диего, Калифорния, САЩ) съгласно стандартните протоколи на производителя. Праймерите са проектирани да усилват 100 bp околните сайтове с варианти. PCR амплификация се извършва, като се използват 10 ng геномна ДНК при стандартни реакционни условия в общ обем 5 μl.

Оценка на честотата на алелите

Техники за максимална вероятност, които отчитат структурата на произхода, бяха използвани за оценка на честотите на алелите за SGIP1. Оценките, получени с помощта на проби, съдържащи роднини, могат да бъдат значително засегнати, ако не се вземе предвид структурата на произхода. 24 Оценки на честотата на алелите и техните стандартни грешки са получени с помощта на SOLAR. По същия начин SOLAR е използван за извършване на тестове за равновесие на Харди-Вайнберг, което позволява независимост между членовете на родословието. Нито един SNP, който не е в равновесие на Харди-Вайнберг, не е отстранен от анализа.

Анализ на измерена асоциация на генотип

Моделът на асоцииране, който използвахме, е просто разширение на класическия модел на дисперсионния компонент, описан другаде. 26, 27 Оценката на различните фиксирани ефекти и компоненти на разсейване, свързани със случайни ефекти, може да се извърши, като се използват стандартни методи с максимална вероятност. Имайте предвид, че този подход отчита независимостта на членовете на семейството. Всички анализи бяха извършени с помощта на компютърния пакет SOLAR. 25

За да елиминираме потенциала за скрита стратификация на популацията, за която подходът се основава на стандартния асоцииран подход с фиксиран ефект, ние също използвахме подхода за количествено прехвърляне на дисбаланс към тестване на асоциации, разработен от Abecasis et al. 28 и внедрен в SOLAR. Въпреки че този подход показва значително намалена ефективност в сравнение с измерения анализ на генотип 29, той запазва подходящите нива на значимост при нулевата хипотеза дори при наличие на стратификация на популацията. Въпреки това, поради слабата му сила, ние го използваме само за проверка на последователността на качествените заключения въз основа на измерения анализ на генотипите.

Поправка за многократно тестване

За да коригираме ефекта от многократното тестване върху даден фенотип, ние оценихме ефективния брой SNP, използвайки метода Li и Ji 30, който използва модификация на по-ранния подход на Nyholt. След получаване на ефективен брой независими SNP, използвахме модифицирана процедура на Bonferroni, за да идентифицираме целево алфа ниво, което да поддържа цялостно ниво на значимост. 33 беше ефективен брой независими SNPs от 21, 8. По този начин тези 47 маркера се държат статистически като 22 независими маркера. Унаследяването на мазнини се изчислява при 0,32 (P = 1,6 x 10-5) в кохортата на MFS. 23.

протеин

LD SNP модел, свързан с мастната маса в SGIP1. Интензивността на червения цвят в блока показва размера на абсолютната корелация (p) между алелите на SNP (или генотипите).

Изображение в пълен размер

Извършен е надежден байесов количествен нуклеотиден анализ, за ​​да се оценят възможните връзки между вариантите на SGIP1 и свързаните със затлъстяването фенотипове. Всеки SNP беше тестван за свързване с редица фенотипни белези, използвайки статистическия пакет SOLAR. 25 Суровите данни обикновено не се разпространяват; следователно данните бяха нормализирани с помощта на обратно нормално разпределение и коригирани за възраст и пол. От тестваните фенотипове четири SNP показват силна връзка с мастната маса (Таблица 2). SNP rs2146905 показа най-силна връзка с мастната маса (P = 4.7 × 10 −5), последвана от rs1325266 (P = 1, 2 × 10 −4), rs1900105 (P = 5, 8 × 10 −4) и rs4655650 (P = 1,5 × 10 −3). Тези асоциации остават значими след многократно тестване с алфа целта, зададена на 0,002 въз основа на 22 независими SNP. Общо 15 допълнителни SNPs показват номинална връзка с масата на мазнините, като стойностите на P варират от 0,0022 до 0,0459 (Таблица 2). Трябва да се отбележи, че rs2146905 и rs1325266 са един с друг с висока LD (D = 0, 994) (Фигура 1). SNP, най-силно свързан с масата на мазнините (rs2146905), показва номинална връзка с ИТМ (P = 0.037) като rs7529763 (P = 0.044). Нито един от свързаните с мазнините SNP не показва връзка с отношението на талията до ханша.

Маса в пълен размер

Забележителни алелни ефекти се наблюдават при SNP, свързани с мазнини (Таблица 2). Най-силно свързаният SNP (rs2146905) показва 5,7% намаление на мастната маса при индивиди, хомозиготни за малкия алел, в сравнение с индивиди, хомозиготни за главния алел. Един номинално значим SNP (rs4142763) показва 9,4% намаление на мастната маса при индивиди, хомозиготни за малкия алел, в сравнение с индивиди, хомозиготни за главния алел. Във всички случаи алелният ефект е адитивен, като хетерозиготните индивиди имат средна стойност на теглото на мазнините сред хомозиготните индивиди с големи или малки алели.

дискусия

Количеството SNP в SGIP1 показва доказателства за връзка с мастната маса в проучване на семейство в Мавриций. Влиянието на алелните варианти върху мастната маса варира от +4,5 до -9,4%, докато стойностите на Р варират от 0,0459 до 4,7 × 10 -5 .

Генът на SHB-домейн GRB2 (ендофилин) -взаимодействащ протеин 1 (SGIP1) е идентифициран като диференцирано експресиран в хипоталамуса на слаб срещу затлъстял P. obesus, животински модел на диабет тип 2 и затлъстяване. По-нататъшни проучвания показват, че SGIP1 има роля в регулирането на приема на храна, където целенасоченото намаляване на иРНК на хипоталамус SGIP1 инхибира приема на храна и намалява телесното тегло при плъхове P. obesus и Sprague-Dawley. 16.

Измерихме няколко фенотипа, свързани с диабета/затлъстяването, като маркери на метаболитния синдром, включително глюкоза в плазмата на гладно, съотношение между талията и ханша, ИТМ и мастна маса. Ние генотипирахме 47 полиморфни SNPs в SGIP1, избрани за потенциал да придадат функционален ефект на гена. Статистическият генетичен анализ разкрива връзки между 19 SNPs в SGIP1 и мастната маса, измерена чрез биоимпеданс. Четири от тези SNP са силно свързани с мастната маса след корекция за многократно тестване, а други 15 SNP са номинално свързани с мастната маса.

SNP rs2146905 показва най-силна връзка с теглото на мазнините (P = 4.7 × 10 -5). Хора, хомозиготни за незначителния алел, са намалели с 5,7% в мастната маса в сравнение с индивидите, хомозиготни за главния алел (по-ниска честота на алела = 0,39). Въпреки че този SNP се намира в интрон 7 на SGIP1, той може да е във висока LD с SNP, разположени в региони, които регулират транскрипцията или влияят на стабилността на иРНК.

Наблюдавахме силен алелен ефект за няколко свързани с мазнини SNP в SGIP1. Хората, хомозиготни за главния алел, са имали промени, вариращи от +4,5 до -9,4% в сравнение с лица, хомозиготни за главния алел. Един номинално значим SNP, rs485521, показва намаление на теглото с 4,5% при индивиди, хомозиготни за второстепенния алел. Този SNP се намира в 3 'UTR и може да повлияе на иРНК стабилността, свързването на микроРНК и експресията на SGIP1. Друг номинално значим SNP, rs4142763, показва намаляване на теглото на мазнините с 9,4% при индивиди, хомозиготни за второстепенния алел. Този SNP се намира в 5 'UTR и може да повлияе на SGIP1 генната функция чрез промяна на транскрипцията. От 19 SNPs, свързани с мастната маса, 5 показват намалено тегло на мазнини при индивиди, хомозиготни за главния алел, докато 14 показват намалено тегло на мазнини при индивиди, хомозиготни за малкия алел. Честотите на по-ниските алели варират от 0,03 до 0,50 (Таблица 2).

Само 1 от 19-те свързани с мазнини SNP, rs7526812, се намира в кодиращата област (екзон 7) и генерира мутация на грешка. Четирите най-силно свързани SNP са разположени в интрони 3, 6 и 8. Остава неясно как тези варианти влияят на активността на SGIP1 или дали са в LD с по-далечни или екзонични варианти, които влияят на активността на SGIP1, но те могат да повлияят на експресията. чрез подобрителни елементи или в SNP-кодирани LD или такива, които влияят на нивата на експресия.

Предишни проучвания върху животински модели показват физиологичната роля на SGIP1 в невроналните системи на хипоталамуса, които насърчават положителен енергиен баланс и наддаване на тегло. В допълнение, изчерпването на хипоталамусната SGIP1 иРНК намалява телесното тегло, като предизвиква непропорционално висока скорост на метаболизма. 16 Дали генетичната вариация в гена SGIP1 влияе върху експресията на протеин SGIP1 трябва да се види и е важен въпрос за бъдещи експерименти.

Това проучване описва връзката между генетичните варианти в гена SGIP1 и мастната маса в популацията на Мавриций. Тези доказателства, комбинирани с функционални данни от предишни проучвания, категорично предполагат, че вариацията в SGIP1 е потенциално важен нов определящ фактор за свойствата, свързани със затлъстяването.