Polimorfizmy genów białek uczestniczących w regulacji podstawowego

1.5.2.1. Polimorfizm genu receptora β2-adrenergicznego (β2-AR) Gln→Glu w kodonie 27

Wśród genów kandydatów zwiększających ryzyko wystąpienia otyłości, zaburzeń lipidowych i węglowodanowych wymienia się często receptory β-adrenergiczne i ich naturalnie występującą zmienność [353]. Zostały opisane trzy typy receptorów β-adre-nergicznych (β1-AR, β2-AR i β3-AR). Receptory β-AR są utworzone z długich łańcu-chów białkowych, siedmiokrotnie przenikających przez błonę komórkową, sprzężone z białkiem Gs receptorami metabotropowymi [354]. Ich pobudzenie aktywuje cyklazę adenylową, co prowadzi do wzrostu cAMP w komórce. Receptory β2- i β3-AR mogą ponadto działać za pośrednictwem białek Gi. Receptory β-AR są pobudzane przez endogenne katecholaminy pochodzące głównie z zakończeń włókien współczulnych, noradrenalinę i uwalnianą z rdzenia nadnerczy adrenalinę [355].

Receptory β2-AR występują w tkankach, których metabolizm regulowany jest przez aminy katecholowe i są jednymi z głównych receptorów aktywujących lipolizę tkanki tłuszczowej [356]. Zakłada się, że ich zmienność może odgrywać ważną rolę w rozwoju otyłości [106].

W piśmiennictwie opisano kilka polimorfizmów receptorów β2-AR, a najczęściej cytowany jest polimorfizm w sekwencji kodującej (w kodonie 27), wywołujący sub-stytucję Gln27Glu [106, 352]. Wyniki uzyskane w populacji Europejczyków sugerują silną asocjację tego polimorfizmu z rozwojem otyłości, szczególnie u ludzi, którzy wykonują umiarkowany lub niewielki wysiłek fizyczny [106]. Wykazano bowiem, że polimorfizm receptora β2 ma wpływ na wielkość metabolizmu podstawowego. Ponadto badania Liggetta i wsp. pokazują związek polimorfizmu receptora β2-adrenergicznego z rozwojem astmy [357].

Opisywane w tych badaniach modele transgeniczne zawierające rzadką mutację Thr164Ile i dwa powszechnie występujące polimorfizmy Arg16Gly i Gln27Glu po-twierdzają znaczący wpływ tych polimorfizmów na aktywność metaboliczną transfe-kowanych komórek. Nie wykazano jednak zwiększonej częstości występowania żadnej z cytowanych odmian polimorficznych w zależności od fenotypu. Jedynie w badaniach prowadzonych w populacji Szwedów wykazano, że częstość allelu Glu jest mniejsza w grupie osób otyłych [107] i różnica ta była istotna statystycznie w teście χ². Badania te jednakże nie zostały potwierdzone przez innych badaczy [39, 40].

1.5.2.2. Polimorfizm genu receptora β3-adrenergicznego (β3-AR) Trp→Arg w kodonie 64

Receptory β3-adrenergiczne zlokalizowane są głównie w tkance tłuszczowej i biorą udział w procesach lipolizy i termogenezy [358]. Potencjalny związek pomiędzy re-ceptorami tego typu a powstawaniem otyłości został opisany pierwszy raz po odkryciu w populacji francuskiej mutacji tego receptora [109]. Stwierdzono, że u osób w wieku 20–35, które mają mutację Trp64→Arg, występuje znacznie wyższe ryzyko rozwoju otyłości niezależnie od wieku, płci i czasu wolnego, poświęconego na aktywność fi-zyczną [359]. Mutacja Trp64→Arg ma związek ze zwiększoną masą ciała, określaną BMI i zaburzeniami gospodarki lipidowej u mężczyzn. U kobiet natomiast wykazano interakcję tego polimorfizmu z polimorfizmem LPL-H (Hind III) w predyspozycji do rozwoju otyłości [201]. Interakcje tego typu charakterystyczne dla różnych rasowo grup nastręczają dodatkowych trudności interpretacyjnych.

Polimorfizm Trp64→Arg w genie β3-AR jest czynnikiem sprzyjającym otyłości u dzieci japońskich, ale u nich np. w odróżnieniu od innych populacji polimorfizm w genie receptora leptyny Gln223→Arg nie ma większego znaczenia w rozwoju oty-łości [122]. Być może różnice rasowe są tu istotnym czynnikiem modyfikującym ze względu na oddziaływania polimorfizmów innych genów na kształtowanie fenotypu występującego w tej rasie. Obecność mutacji Trp64→Arg w populacji japońskiej wy-kazuje również silną asocjację z wyższymi indeksami masy ciała u pacjentów z chorobą niedokrwienną serca [118]. Nie wpływa natomiast na zmiany w profilu lipidowym i poziomie glukozy u tych pacjentów. Badania prowadzone w populacji japońskiej wykazały istnienie związku tego polimorfizmu z występowaniem zawału serca [118].

Ostatnio wykazano również związek polimorfizmu Trp64→Arg z tolerancją glukozy w okresie ciąży. Wyniki tych badań wykazały, że polimorfizm Trp64→Arg jest ważnym czynnikiem predykcyjnym rozwoju cukrzycy podczas ciąży [121]. Te dane stanowią również podstawę do stwierdzenia, że mutacja Trp64→Arg uczestniczy nie tylko we wrażliwości na przybieranie na wadze, lecz również w predyspozycji do wczesnego rozwoju cukrzycy typu 2 [114, 121].

Inni autorzy podają, że mutacja Trp64→Arg zdarza się częściej u osób otyłych, i nie potwierdzają przedstawianego w niektórych pracach związku tej mutacji z podatnością na cukrzycę typu 2 [360]. Związek pomiędzy tą mutacją a rozwojem insulinooporności i hiperinsulinemią odnotowuje się jedynie w badaniach prowadzonych na populacji Japończyków [109, 113, 115, 120, 361].

Wydaje się, że mutacja Trp64→Arg ma związek z otyłością typu brzusznego z rów-noczesnym obniżonym stężeniem triglicerydów we krwi. Może ona być więc

charak-terystyczna dla fenotypu cechującego obniżoną lipolizę w brzusznej tkance tłuszczowej [117]. Inna grupa badaczy z kolei wykazała, że ryzyko powstawania otyłości u nosicieli mutacji Trp64→Arg zależy w znacznym stopniu od aktywności fizycznej i siedzącego trybu życia [362].

W wielu innych grupach etnicznych potwierdzone zostały silne związki wystę-powania tej mutacji z powstawaniem otyłości. U kobiet żyjących na Jamajce mutacja ta ma wpływ na rozwój otyłości i cukrzycy [363]. W badaniach otyłych par bliźniąt pochodzenia meksykańskiego żyjących w Stanach Zjednoczonych wykazano związek tej mutacji z powstawaniem otyłości [119]. Inne z kolei badania u Norwegów udo-wadniają, że polimorfizm w kodonie 64 receptora adrenergicznego ma istotne zna-czenie w powstawaniu otyłości olbrzymiej, jednakże nie ma wpływu na rezultaty leczenia dietetycznego i inne sposoby leczenia otyłości [114]. Badania w populacji Tajlandczyków pokazały, że mutacja Trp64→Arg, popularnie występująca u tych ludzi, wpływa na całkowitą masę tkanki tłuszczowej, a nie wpływa na procentową zawartość tłuszczu w organizmie i rozwój insulinooporności [364]. W Olivetti Pro-spective Heart Study wykazano u Włochów, że mutacja Trp64→Arg w receptorze β3-AR jest predyktorem tendencji do wcześniejszego przybierania na wadze i rozwoju nadciśnienia tętniczego [365]. U Chińczyków natomiast nie stwierdzono związku tego polimorfizmu z rozwojem nadciśnienia i nietolerancji glukozy. Wykazano tylko ko-relacje z rozwojem otyłości i ze skutecznością terapii odchudzającej [366, 367].

U Duńczyków w badaniach wczesnych wykazano, że mutacja ta ma związek z otyłością, ale ze względu na rzadkie występowanie w tym regionie homozygot badania te wymagały potwierdzenia [111]. U Finów natomiast wykazano związek, podobnie jak u Japończyków, nie tylko z otyłością, lecz również z wczesnym wystę-powaniem nietolerancji glukozy [109].

Jak widać z przytoczonych powyżej badań, we wszystkich badanych populacjach wykazano związek polimorfizmu z nadwagą i otyłością, ale konsekwencje w postaci insulinooporności i podatności na leczenie różnią się ze względu na przynależność do rasy i grupy etnicznej.

1.5.2.3. Polimorfizm genu białka rozprzęgającego łańcuch oddechowy UCP-1 (w sekwencji promotorowej –3826A→G)

W mitochondriach zachodzi proces utleniania komórkowego i wytwarzania energii w postaci ATP w łańcuchu oddechowym. Białka rozprzęgające łańcuch oddechowy (ang. uncoupling protein – UCP) są jednym z zasadniczych ogniw procesu rozpraszania energii i produkcji ciepła w tkance tłuszczowej [368, 369]. UCP-1-3 należą do rodziny błonowych białek mitochondrialnych, współdziałających z łańcuchem oddechowym.

Dzięki zaburzeniu gradientu w poprzek membrany mitochondrium rozprzęgają one fosforylację oksydatywną i przełączają metabolizm komórkowy z funkcji magazyno-wania energii na jej rozpraszanie i produkcję ciepła [370]. Początkowo uważano, że ekspresja UCP-1 zachodzi jedynie w adipocytach brunatnej tkanki tłuszczowej [371–374]. Jednakże wykazano, że UCP-1 występuje również w innych tkankach [375], co sugeruje istnienie homologów tego białka. Występowanie mRNA dla UCP-2 (59%

homologii UCP-1) wykryto w mięśniu sercowym, białej i brązowej tkance tłuszczowej, mięśniach szkieletowych, nerkach, komórkach wątroby, płucach, łożysku, wyspach β

trzustki i komórkach układu immunologicznego. Pomimo występowania mRNA nie wykryto białka UCP-2 w mięśniu sercowym, wątrobie i brunatnej tkance tłuszczowej [376]. UCP-3 występuje jedynie w brunatnej tkance tłuszczowej i mięśniach szkiele-towych (wykazano 59% homologii do sekwencji UCP-1 i 72% do UCP-2) [377].

Ekspresja UCP-1 jest indukowana przez stymulację układu sympatycznego bodźcem termicznym, takim jak np. chroniczna ekspozycja na zimno [378, 379]; hormonalnym – poprzez hormony tarczycy [380, 381] i insulinę [356–358] oraz przez pochodne kwasu retinowego [380, 382]. Ekspresja UCP-1 może być zahamowana przez terapię gluko-steroidami [383].

Eksperymenty na zwierzętach pokazują, że proces rozprzęgania energii przez UCP-1 nie prowadzi bezpośrednio do wzrostu temperatury, ale do utylizacji nadmiaru energii [326]. Ostatnie badania potwierdziły rolę UCP-1 w regulacji masy ciała u gryzoni, jednakże funkcja ludzkich homologów tych białek nie jest nadal do końca poznana [384–386].

Dystalny odcinek promotora UCP-1 zawiera miejsce polimorficzne, w którym często występuje substytucja adeniny na guaninę w pozycji –3826 [387, 388]. Poli-morfizm sekwencji promotorowej może być związany ze zmianą aktywności krypcyjnej danego genu, gdyż może podlegać odmiennej regulacji na etapie trans-krypcji poprzez czynniki regulatorowe i represorowe. Ekspresja UCP-1 na poziomie molekularnym może być regulowana przez składniki pożywienia poprzez istnienie w promotorze tego genu odcinka odpowiadającego na bodziec kwasu retinowego i elementu odpowiadającego na receptory PPAR-γ znajdujące się odpowiednio w odcinku proksymalnym i dystalnym promotora UCP-1 [389–392].

W badaniach wykazano, że poziom ekspresji UCP-1 w tkance tłuszczowej różni się w różnych, zależnych od genotypu liniach komórkowych [393]. U osób z allelem G ekspresja UCP-1 jest również niższa [393]. Związek ekspresji genu UCP-1 z otyłością sugeruje również obserwowana, zahamowana ekspresja UCP-1 u osób bardzo otyłych [394]. Inne badania z kolei pokazały, że osoby posiadające allel G są bardziej oporne na utratę masy ciała, wywołaną leczeniem dietetycznym [256, 260], a otyłe kobiety nosi-cielki allelu G szybciej przybierają na wadze [395]. Związek ze współistniejącą insuli-noopornością i cukrzycą wykazano w jednej z prac [257], nie zostało to jednak po-twierdzone przez innych badaczy [396–400].

Zestawienie dotychczasowych badań w różnych grupach etnicznych nad związkiem polimorfizmu –3826 A→G w sekwencji promotora UCP-1 z powstawaniem i rozwojem otyłości przedstawia tab. 6.

Tabela 6 Zestawienie badań polimorfizmu –3826 A→G UCP i jego znaczenia

Liczba

badanych Populacja Znaczenie Piśmiennictwo

261 Quebec Family Study Przybieranie na wadze 377

163 Francuzi Oporność na leczenie dietetyczne 256

329 Francuzi (otyłość

olbrzymia) Przybieranie na wadze 395

380 Zdrowi przedstawiciele

rasy kaukaskiej Nie wykazano związku z otyłością 397

985 Szwedzi Nie wykazano związku z otyłością 259

310 Finowie Nie wykazano związku z insulinoopornością 196

282 Finowie Nie wykazano związku z otyłością 239

39 Belgowie (otyłość

olbrzymia) Przybieranie na wadze w młodości 401

153 Przedstawiciele rasy kaukaskiej (otyłość olbrzymia)

Cholesterol HDL 394

1020 W losowej próbce

populacji Niemców Brak asocjacji z otyłością, poziomem

chole-sterolu, leptyny, insuliny 402

W publikacjach cytowanych powyżej nie znaleziono opisu różnic pomiędzy czę-stością występowania odmian polimorficznych tego genu w zależności od płci i stopnia otyłości.

1.5.3. Polimorfizmy genów białek uczestniczących w przemianach gospodarki lipidowej