Polimorfizm genu receptora jądrowego aktywowanego przez proliferatory

Receptory jądrowe aktywowane przez proliferatory peroksysomów, zwane w skrócie PPAR, są czynnikami transkrypcyjnymi aktywowanymi przez drobnocząsteczkowe ligandy, którymi endogennie są kwasy tłuszczowe i ich pochodne. PPAR należą do nadrodziny receptorów jądrowych funkcjonalnie aktywnych po dimeryzacji z recepto-rami jądrowymi RXR aktywowanymi przez kwas retinowy [486–488]. W związku z udziałem tych czynników transkrypcyjnych w dojrzewaniu adipocytów terapia insu-linooporności aktywatorami PPAR-ów (np. lekami z grupy tiazolidynodionów) może wywoływać u pacjentów równocześnie ze wzrostem insulinowrażliwości przybór masy ciała i akumulację lipidów w tkance tłuszczowej [488].

Gen PPAR jest umiejscowiony na chromosomie 3p25. Zawiera 9 eksonów o długości

> 100 kb. Jego ekspresja może się rozpoczynać od różnych promotorów, w zależności od miejsca pochodzenia. Zatem istnieją warunki do powstania trzech izoform mRNA i białka tego receptora: PPAR-γ1 – izoforma charakterystyczna dla tkanki tłuszczowej, mięśniowej, serca i wątroby; PPAR-γ2 – występuje głównie w tkance tłuszczowej i PPAR-γ3, która występuje w tkance tłuszczowej i jelicie grubym. Ekspresja genu PPAR-γ zależy między innymi od insuliny oraz dostępności pokarmu, a zwłaszcza dostępności wolnych kwasów tłuszczowych. U zwierząt pod wpływem głodzenia stwierdzono znaczącą redukcję ekspresji wyłącznie PPAR-γ2, co świadczy o decydującym wpływie tej izoformy na metabolizm tkanki tłuszczowej [489]. Prze-ciwnie, zwiększoną ekspresję PPAR-γ2 obserwowano u osób otyłych [489, 490].

W białku PPAR-γ, podobnie jak w innych czynnikach transkrypcyjnych, można wyróżnić kilka domen czynnościowych. Przy N-końcu znajduje się regulowana fosfo-rylacją domena, warunkująca niezależną od liganda aktywację transkrypcji (domena

A/B). Środkowy odcinek białka odpowiada za wiązanie DNA (DBD), a C-koniec łączy się z ligandem (LBD) oraz kofaktorami. PPAR-γ po związaniu liganda tworzy hetero-dimer z receptorem dla kwasu retinowego, przyłączający się do sekwencji wzmacnia-jącej genów PPRE (ang. peroxisome proliferator response element) wielu ważnych białek, biorących udział w różnicowaniu adipocytów, w metabolizmie lipidów oraz w przemianach węglowodanów. Warto podkreślić, iż wydłużenie o 28–30 aminokwa-sów (dodatkowy ekson B) przy N-końcu łańcucha białkowego izoformy PPAR-γ2 powoduje 5–6-krotnie większą wrażliwość tkanek na insulinę oraz aktywację niezależną od liganda w porównaniu z izoformą PPAR-γ1 [491].

Dotychczas opisano jedną silną mutację (Pro115→Gln) (ryc. 10), polegającą na zmianie cytozyny na tyminę w eksonie 6, co powoduje zapisanie w kodonie 115 glu-taminianu zamiast proliny, wpływającą w sposób znaczący na funkcję PPAR-γ2 i wy-kazującą silny związek z otyłością [492] (zob. też rozdział o mutacjach jednogeno-wych), oraz kilka polimorfizmów, które są związane z powstawaniem zespołu metabo-licznego i otyłości (ryc. 10).

Ryc. 10. Schemat przedstawiający wykryte dotychczas mutacje w strukturze białka PPAR-γ2 (białko charakterystyczne dla adipocytów)

Mutacja Pro115Gln odpowiedzialna jest za intensyfikację różnicowania się fibro-blastów w kierunku dojrzałych adipocytów, a tym samym za skłonność do otyłości.

Mutacja ta prawdopodobnie powoduje upośledzenie przekaźnictwa szlaków we-wnątrzkomórkowych zależnych m.in. od insuliny. Może to wynikać z tego, że reszta glutaminianu hamuje fosforylację seryny przez kinazę MAP [490].

Najczęściej opisywany w piśmiennictwie jest polimorfizm Pro→12Ala występujący w odcinku genu PPAR-γ2, znajdujący się tylko w tkance tłuszczowej (ekson B) (ryc.

10). Polimorfizm Pro→12Ala jest związany z mutacją punktową, powodującą podsta-wienie guaniny zamiast cytozyny w kodonie 12 (34 nukleotyd) eksonu B izoformy PPAR-γ2. Skutkuje to zmianą kodu aminokwasu proliny na alaninę (CCA→GCA).

Klinicznie, u osób ze zmutowanym allelem obserwuje się mniejszą aktywność biolo-giczną receptora, co wiąże się z obniżonym powinowactwem receptora do DNA i mniej efektywną transkrypcją białek zależnych od PPAR-γ. U osób z allelem Ala stwierdzono mniejszą o 20–30% aktywność lipazy lipoproteinowej, a także oksydazy acylo-CoA w tkance tłuszczowej [493, 494].

Niewątpliwie aktywacja receptora PPAR-γ wpływa na różnicowanie się adipocy-tów w małe, bardziej dojrzałe i wrażliwsze na insulinę komórki. Ponadto obserwo-wany podczas stymulacji receptora PPAR-γ przyrost tkanki tłuszczowej dotyczy głównie tkanki podskórnej, a nie trzewnej [485]. Warto nadmienić, że sama ekspresja PPAR-γ jest większa u osób otyłych, natomiast maleje podczas stosowania diety niskokalorycznej [495]. Z tego względu ocena przyrostu masy ciała jest trudna i wiele

obserwacji klinicznych dostarcza sprzecznych wniosków. Przykładowo Cole i wsp.

[223] wykazali związek Pro12Ala z podwyższonym BMI, obwodem bioder, stężeniem leptyny, większym przyrostem masy ciała oraz wcześniejszym ujawnianiem się oty-łości u kobiet. W innych badaniach wręcz przeciwnie, nie obserwowano wpływu tej mutacji na wielkość BMI. Swarbrick i wsp. [496] nie znaleźli bezpośredniego związku zmutowanego allelu z otyłością, a także z nadciśnieniem, cukrzycą i płcią. Jednak u osób otyłych, posiadających zmutowany allel, istotnie statystycznie częściej ob-serwowano niekorzystne zaburzenia gospodarki lipidowej (hiperlipidemia, obniżony HDL, podwyższone triglicerydy). Autorzy tego badania sugerują, że wykazane za-burzenia są następstwem ograniczonej aktywacji genu lipazy lipoproteinowej [497]

u osób otyłych, u których przyrostowi tkanki tłuszczowej relatywnie towarzyszy wzrost zmutowanej izoformy PPAR-γ. W zależności od ligandu jest możliwa zróż-nicowana odpowiedź tkanki tłuszczowej na aktywację receptora. Silne ligandy, np.

tiazolidinediony, stymulują różnicowanie się adipocytów w kierunku małych adipo-cytów, wrażliwych na insulinę. Z kolei dieta bogatotłuszczowa sprzyja przerostowi adipocytów i rozwojowi insulinooporoności. U nosicieli allelu Ala aktywacja PPAR-γ pod wpływem diety bogatotłuszczowej jest o wiele mniejsza niż u nosicieli allelu dzikiego. Stąd u tych osób stwierdza się mniejszą insulinooporność [498]. Powyższą zależność potwierdzają badania eksperymentalne. Heterozygotyczne myszy z niedoborem jednego allelu PPAR-γ wykazują mniejszą insulinooporność, pomimo diety bogatotłuszczowej, i hipertrofię adipocytów w porównaniu ze zwierzętami kon-trolnymi [499].

Według Stefana i wsp. [500], allel Ala może również odpowiadać za spadek wy-dzielania insuliny, głównie jej drugiej fazy, w odpowiedzi na wlew wolnych kwasów tłuszczowych czy argininy. Może to wynikać ze zmiany metabolizmu kwasów tłusz-czowych w komórkach β wysp trzustkowych, zależnej od PPAR-γ, lub też być wyrazem wzrostu PPAR-γ w tkance tłuszczowej. U osób z Pro12Pro podczas infuzji wolnych kwasów tłuszczowych hipersekrecja insuliny odbywa się w drugiej fazie wydzielania insuliny, podobnie jak w warunkach przewlekłej hiperglikemii [500].

W badaniach obejmujących małe grupy osób nie wykazano związku polimorfizmu Pro12Ala z ryzykiem powstania cukrzycy [501]. Jednak wyniki metaanalizy [502], obejmującej 3000 chorych na cukrzycę, jednoznacznie potwierdzają rzadsze występo-wanie zmutowanego allelu u osób z cukrzycą, co potwierdzałoby jego rolę prewencyjną w rozwoju tej choroby, na co zwracają uwagę autorzy wielu prac [224, 226, 227, 502–504]. W populacji fińskiej [505], w której częstość zmutowanego allelu jest znaczna (Pro12Ala – 0,29; Ala12Ala – 0,03), obniżona częstość występowania Pro12Ala w porównaniu z osobami zdrowymi nie tylko dotyczyła chorych na cukrzycę, lecz również ich krewnych (cukrzyca 0,15 vs krewni 0,19 vs zdrowi 0,22; p = 0,001).

Ponadto u osób z nietolerancją glukozy, u których stosowano dietę i przestrzegano zasad optymalnej aktywności fizycznej, uzyskano największy spadek masy ciała, a osoby z genotypem Ala12Ala nie zapadały na cukrzycę. W przypadku już ujawnionej cukrzycy uważa się, iż korzystny wpływ na przemiany metaboliczne allelu Ala słabnie [231].

Badania na dużych populacjach z Japonii i Finlandii (powyżej 4000 osób) potwierdzają te wcześniejsze badania, dowodząc że allel Ala ma znaczenie protekcyjne w rozwoju

insulinooporności w otyłości. Wyniki przeprowadzonej metaanalizy stwierdzają, że obecność allelu Ala zmniejsza ryzyko wystąpienia cukrzycy typu 2 o 21%. Średnio popu-lacja Europejczyków w swojej puli genowej ma około 75% allelu Pro, co stawia ten poli-morfizm na wysokiej pozycji w genetycznym ryzyku cukrzycy typu 2 [502].

Inne znane mutacje występujące w odcinku genu odpowiedzialnym za wiązanie z ligandem (LBD) mają znaczenie w rozwoju lipodystrofii i cukrzycy [506], niemniej jednak badania sprzężeń rodzinnych, które na podstawie testów równowagi transmisji pomiędzy rodzicami a potomstwem prowadzone były na 333 skandynawskich rodzinach o typie “trios”, udowodniły również, że spośród 16 badanych polimorfizmów, suge-rowanych na podstawie wcześniejszych badań, tylko polimorfizm Pro12Ala w genie PPAR-γ2 wykazuje istotny statystycznie związek z insulinoopornością [502].

Polimorfizmy koaktywatora PPAR-γ (PPARG-C1) wykryte w badaniach ostatnich lat – G→A w pozycji +1564 w eksonie 8 – powodujące zamianę glicyny na serynę w 482 pozycji białka i A→G, w pozycji +2962 w regionie końca 3’, występują w po-pulacji europejskiej stosunkowo często i, jak wykazano w tych badaniach, również wpływają na rozwój otyłości [507].

Być może interakcje tych dwóch polimorfizmów w genach wzajemnie regulujących się zacierają istotne różnice przy niewielkim wpływie tych polimorfizmów na metabo-lizm energetyczny ustroju. Wydaje się zatem uzasadnione, by w dalszych badaniach zwrócić uwagę na ocenę współdziałania tych polimorfizmów. W tab. 8 pokazano prze-gląd danych z piśmiennictwa dotyczącego wpływu polimorfizmu Pro12Ala w genie PPAR-γ na rozwój otyłości.

Tabela 8 Analiza wpływu polimorfizmu 12Pro→Ala na rozwój otyłości i jej konsekwencje Populacja 3413 Japończyków 94,10% 5,81% 0,09% Allel Ala ma działanie protekcyjne

przed rozwojem insulinooporności i zaburzeń lipidowych.

224

592 osoby z próby

populacyjnej Anglików 79,1% 18,9% 2,0% Różnice w modyfikacji BMI i insulinemii pod wpływem zawar-tości wolnych kwasów tłuszczo-wych w diecie. Gdy stosunek wielonienasyconych do nasyco-nych kwasów tłuszczowych jest niski, to osoby o genotypie Ala/X cechuje silniejsza skłonność do przybierania na wadze, gdy nato-miast te osoby spożywają w diecie więcej wielonienasyconych

22,8% Nosicieli allelu Ala cechuje wyższy wskaźnik BMI oraz wyższe stęże- 234

Populacja

kontrola Częstość allelu Ala 0,14 w otyłości młodzieńczej,

populacyjnej Częstość allelu Ala 0,15 w otyłości u mężczyzn, a 0,08

1.5.5.3. Polimorfizm w promotorze czynnika transkrypcyjnego FOX-C2 (–512C→T)