Lipotoxicidad por colesterol: un mecanismo relevante en la génesis de diabetes tipo 2 en mestizos mexicanos
Dra. Ma. Teresa Tusié Luna
Unidad de Biología Molecular y Medicina Genómica,IIB-UNAM/INCMNSZ
Agosto 29, 2009
Stumvoll, M., Goldstein, B. J., and van Haeften, T. W., Lancet 365 (9467), 1333 (2005).
Mecanismos fisiopatológicos en la DT2
Stumboll, Lancet 365, 2005
Subtipos de diabetes: etiología genética
• Monogénica• Desórdenes genéticos que afectan la función de la célula
β-pancreática/secreción de insulina- Diabetes tipo MODY- Diabetes neonatal (transitoria, permanente)
e) Defectos genéticos que alteran la acción de la insulina (síndrome de resistencia a la insulina)
• Poligénicah) DT1 ocacionada por destrucción autoinmune de las células
β del páncreas (deficiencia absoluta de insulina)
j) DT2 alteraciones combinadas en síntesis, secreción, acción de la insulina y en la producción hepática de glucosa en grados variables. Representa más del 90% de los casos.
Riesgo al desarrollo de la DT2
Ambiente y Estilo de vidaFactores
Genéticos
O%
100% O%
100%
Paciente 1 paciente 2
Riesgo Riesgo
Riesgo
El efecto aditivo de distintos genes de susceptibilidad
Individuos no afectados Individuos afectados
SNP 1 Alelo G SNP 1 Alelo G<
T
C
T
C
T
T
G
A G
G
G
GG
G G
G
G
G
G
G
T
T
AC
AC
AC
AC
CA
CA
CA
A
Las variantes genéticas comunes tienen un efecto modesto sobre el riesgo a la DT2
• Variantes comunes efecto modesto
Pro12 Ala de PPAR-γ
• Variantes particulares efecto mayor
Gly319Ser HNF-1α en Oji-Cree
Arg230Cys en ABCA-1Mestizos Mexicanos
Glu23Lys de KCNJ11
Estrategias para la identificación de genes relacionados a la DT2
Análisis deLigamiento(linkage)
Genescandidatos
(vías metabólicas/modelos animales)
GWAS(Estudios de asociación al
genoma completo)
2000 PPARG2003 KCNJ112006 HNF1β WFS1
2006 TCF7L2 *2007 FTO HHEX SLC30A8 CDKAL1 CDKN2A/2B IGF2BP2 JAZF1 CDC123 TSPN8 THADA ADAMTS9 NOTCH2 KCNQ1
Asociación caso-control
Prokopenko, Cell, 2008.Salonen et al, AJHG, 2007
GWAS- eQTLModelaje de redes biológicas
Generación de animales TG/KO
OR
Interacciones génicas
Papel en la fisiología de la célula β
Florez, 2008.
ARHGEF
No DT2 DT2 (población hospitalaria) DT2 (Población Abierta)Total
n= 302Total
n= 541Temprana
n=277Tardían=241
Totaln= 456
Temprana n= 201
Tardía n= 245
Género(M) 35.8% 41.6% 44.8%* 36.1% ‡ 26.4% * 27.1% * 25.7% *
Edad 57.2±9.7 53.7±11.8* 47.5±11* 60.8±8.4*‡ 52.5±12.9 * 41.8±9.9 * 59.8±9 * ‡
Edad dx 43.8±11.2 35.6±6.9 53.3±6.8‡ 47.5±12 35.8±6.4 55.7±8.3 ‡
IMC 27.4±4.6 29.04±5.4* 28.9±5.8* 29.2±5.1* 29.3±4.5 * 29.4±4.8 * 29.5±4.3 *
Obesos 23.5% 36%* 37.5%* 34.4%* 38.6% * 40% * 37.9% *
Cintura 93.1±12.9 98.04±14* 97.4±14.8* 98.8±13.3* 101.5±12.8 * 99.1±14 * 103.2±11.6 * ‡
PAS 126.2±20.8 128.2±23.3 124.4±21.8 132.3±24.3*‡ 131.8±18.3 * 127±18.8 135.5±17.3 * ‡
PAD 82.4±14.3 82.2±15.9 80.7±14.1 83.7±16.1 85.3±12.6 * 83.5±12.3 86.5±12.5 *
Glucosa 89.4±1.1 159.1±1.5* 162.6±1.5* 154.2±1.4* 215.6±1.5 * 223.6±1.5* 210.5±1.5*
CT 218.2±1.2 202.5±1.3* 200.4±1.3* 205.4±1.2* 208.4±1.3 * 201.6±1.3 * 213.4±1.3
TG 158.2±1.7 196.2±1.8* 196±1.9* 194.9±1.7* 229.2±1.8 * 222.1±1.9 * 239.7±1.7 *
HDL 45.4±1.3 40.5±1.3* 39.6±1.3* 42±1.3*‡ 41.4±11 * 41.1±11 * 41.7±11.3 *
LDL 134.6±1.3 113.9±1.5* 112.1±1.4* 115.7±1.5* 119.4±42 * 113.5±38 * 122.7±46 *
Hba1c 5.9±1.1 8.7±1.3* 8.9±1.3* 8.5±1.3*
ApoA1 142.1±28.5 131.7±25.7* 128.3±25.2* 134.4±2.1*
ApoB 116.8±28.1 118.9±30.1 118.1±30.5 119.6±2.5
Insulina 8.7±1.8 10.2±2* 10.3±1.2* 10.1±1.9*
Características de la muestra
Media ± DSPrueba t de Student o U de Mann Whitney cuando los datos no tienen una distribución normal* Comparaciones vs controles P<0.05‡ Comparaciones vs DT2 temprana P<0.05
GEN (SNP) AR OR(IC 95%)
P
KCNJ11 (rs5219)
T 1.33(1.08-1.64)
0.008
SLC30A8(rs13266634)
C 1.18(0.95-1.47)
0.132
HHEX (rs11875)
T 1.23(1.01-1.51)
0.044
HHEX (rs7923837)
G 1.10(0.9-1.35)
0.342
CDKN2A/2B (rs10811661)
C 1.46(1.08-1.97)
0.014
CDKAL1 (rs10484634)
C 1.06(0.86-1.31)
0.560
CDKAL1 (rs10484634)
T 1.54(0.85-2.79)
0.156
IGF2BP2 (rs4404960)
T 1.19(0.93-1.54)
0.175
IGF2BP2(rs1470579)
C 1.12(0.88-1.43)
0.361
ARHGEF11(rs945508)
T 0.83(0.66-1.03)
0.093
JAZF1(rs864745)
A 1.16(0.94-1.42)
0.171
CDC123/CAMK1D(rs12779790)
G 1.31(0.99-1.72)
0.053
TSPAN8/LRG5(rs7961581)
C 0.88(0.67-1.17)
0.384
THADA(rs7578597)
T 1.24(0.75-2.04)
0.401
ADAMTS9(rs4607103)
C 1.09(0.89-1.34)
0.413
NOTCH2(rs10923931)
T 1.02(0.72-1.46)
0.905
ASOCIACIÓN A DT2 EN LA POBLACIÓN TOTAL
POBLACIÓN TOTALTempranos Tardíos
OR P
OR P(IC 95%) (IC 95%)
1.350.027
1.360.011(1.04-1.76) (1.07-1.73)
1.420.015
1.130.32(1.07-1.88) (0.88-1.46)
1.320.042
1.220.09(1.01-1.73) (0.97-1.53)
0.990.912
1.090.47(0.76-1.28) (0.87-1.37)
1.490.042
1.630.007(1.01-2.20) (1.14-2.33)
10.998
1.020.89(0.77-1.30) (0.80-1.29)
1.80.133
1.380.36(0.84-3.88) (0.69-2.78)
1.060.707
1.210.18(0.77-1.47) (0.92-1.61)
1.040.817
1.140.35(0.76-1.41) (0.87-1.50)
0.940.69
0.770.05(0.71-1.25) (0.60-1.00)
1.230.144
1.140.26(0.93-1.61) (0.90-1.45)
1.340.092
1.260.14(0.95-1.87) (0.92-1.72)
0.760.128
0.940.68(0.53-1.08) (0.69-1.28)
1.760.116
1.160.59(0.87-3.55) (0.67-2.03)
1.130.352
1.040.77(0.87-1.47) (0.82-1.31)
1.160.523
1.070.72(0.73-1.84) (0.72-1.61)
ASOCIACIÓN A DT2 DE ACUERDO A LA EDAD DE INICIO
Gen(SNP)
KCNJ11(rs5219)
SLC30A8(rs13266634)
HHEX(rs1111875)
HHEX(rs7923837)CDKN2A/2B(rs10811661)
CDKAL1(rs7754840)
CDKAL1(rs10484634)
IGF2BP2(rs4404960)
IGF2BP2(rs1470579)ARHGEF11(rs945508)
JAZF1(rs864745)CDC123/CAMK1D
(rs12779790)TSPAN8/
LGR5(rs7961581)
THADA(rs7578597)ADAMTS9
(rs4607103)NOTHC2
(rs10923931)
• Niveles de HDL < 40 mg/dl (NCEP 2002).
• Estudios epidemiológicos han mostrado que niveles bajos de HDL son uno de los principales factores de riesgo para EAC.
• Presente en el 40% de los pacientes con enfermedad arterial coronaria (EAC) prematura.
• El 50-70% de la variación en los niveles de HDL está determinada genéticamente.
Disminución en niveles de HDL y Riesgo Cardiovascular
Identificación de la variante Arg230Cys en sujetos con niveles altos y bajos de HDL
< percentila 10
> percentila 90
R230C
Niveles plasmáticos de HDL
R230C/C230C (18/40) = 45%R230C/C230C (18/40) = 45% R230C (1/34) = 2.9%R230C (1/34) = 2.9%P=0.00006
Arginina Cisteína
Transporte reverso del colesterol
Asociación de la variante R230C del gen ABCA1 a distintos rasgos del síndrome metabólico
Característica R230R R230C C230C R230C/C230C P*
Número (429) 343 78 8 86
Sujetos masculinos
(%)
37.0 34.7 0.0 31.5
Edad (años) 40.1 ± 12.8 39.9 ± 10.1 44.4 ± 13.9 40.2 ± 10.5 NS
Tabaquismo (%) 26.3 28.5 28.6 28.4 NS**
IMC (kg/m2) 27.1 ± 5.3 28.9 ± 6.5 33.2 ± 3.8 29.3 ± 6.4 0.003
Cintura (cm) 90.1 ± 13.1 92.5 ± 14.5 100.6 ± 12.9 93.1 ± 14.5 0.045
Obesidad (%) 38.5 0.553 87.5 64.8 0.003**
Diabetes mellitus (%) 5.8 0.141 37.5 16.3 0.003**
Hipertensión (%) 7.5 0.120 37.5 14.5 NS
PAS (mmHg) 119.4 ± 18.9 118.8 ± 15.0 126.9 ± 19.8 119.6 ± 15.6 NS
PAD (mmHg) 79.3 ± 10.4 79.8 ± 11.6 81.9 ± 13.6 80.0 ± 11.7 NS
Glucosa (mg/dl) 97.3 ± 33.7 102.7 ± 39.7 127.6 ± 70.5 105.0 ± 43.5 NS
Insulina (µU/ml) 10.5 ± 7.6 10.9 ± 6.7 19.2 ± 16.3 11.6 ± 8.0 NS
HOMA-IR 2.65 ± 3.3 2.87 ± 2.29 4.81 ± 4.07 3.0 ± 2.5 NS***
Colesterol (mg/dl) 211.0 ± 42.9 207.5 ± 42.0 205.0 ± 32.7 207.2 ± 41.1 NS
Triglicéridos (mg/dl) 184.7 ± 140.6 189.7 ± 146.3 205.4 ± 94.7 191.2 ± 141.9 NS
HDL-C (mg/dl) 48.7 ± 13.8 44.2 ± 10.9 43.9 ± 7.14 44. 4 ± 11.1 0.030
ApoA-I (mg/dl) 141.1 ± 23.8 130.5 ± 20.5 132.6 ± 18.4 131.9 ± 24.4 0.003
Apo B (mg/dl) 112.7 ± 28.9 112.9 ± 28.9 114.1 ± 21.7 112.9 ± 28.3 NS
Característica R230R R230C C230C R230C/C230C P*
Número (429) 343 78 8 86
Sujetos masculinos
(%)
37.0 34.7 0.0 31.5
Edad (años) 40.1 ± 12.8 39.9 ± 10.1 44.4 ± 13.9 40.2 ± 10.5 NS
Tabaquismo (%) 26.3 28.5 28.6 28.4 NS**
IMC (kg/m2) 27.1 ± 5.3 28.9 ± 6.5 33.2 ± 3.8 29.3 ± 6.4 0.003
Cintura (cm) 90.1 ± 13.1 92.5 ± 14.5 100.6 ± 12.9 93.1 ± 14.5 0.045
Obesidad (%) 38.5 0.553 87.5 64.8 0.003**
Diabetes mellitus (%) 5.8 0.141 37.5 16.3 0.003**
Hipertensión (%) 7.5 0.120 37.5 14.5 NS
PAS (mmHg) 119.4 ± 18.9 118.8 ± 15.0 126.9 ± 19.8 119.6 ± 15.6 NS
PAD (mmHg) 79.3 ± 10.4 79.8 ± 11.6 81.9 ± 13.6 80.0 ± 11.7 NS
Glucosa (mg/dl) 97.3 ± 33.7 102.7 ± 39.7 127.6 ± 70.5 105.0 ± 43.5 NS
Insulina (µU/ml) 10.5 ± 7.6 10.9 ± 6.7 19.2 ± 16.3 11.6 ± 8.0 NS
HOMA-IR 2.65 ± 3.3 2.87 ± 2.29 4.81 ± 4.07 3.0 ± 2.5 NS***
Colesterol (mg/dl) 211.0 ± 42.9 207.5 ± 42.0 205.0 ± 32.7 207.2 ± 41.1 NS
Triglicéridos (mg/dl) 184.7 ± 140.6 189.7 ± 146.3 205.4 ± 94.7 191.2 ± 141.9 NS
HDL-C (mg/dl) 48.7 ± 13.8 44.2 ± 10.9 43.9 ± 7.14 44. 4 ± 11.1 0.030
ApoA-I (mg/dl) 141.1 ± 23.8 130.5 ± 20.5 132.6 ± 18.4 131.9 ± 24.4 0.003
Apo B (mg/dl) 112.7 ± 28.9 112.9 ± 28.9 114.1 ± 21.7 112.9 ± 28.3 NS
Villarreal-Molina et al, Diabetes, 2007
0
5
10
15
20
25
30
35
DiabetesTemprana
DiabetesTardía
No-Diabéticos
R230C/C230C
≤45 años >45 años (n=121) (n=123) (n=202)
Frec
uenc
ia (%)
33.1
16.3
11.4
Asociación de la Variante R230C a la Diabetes tipo 2
OR= 3.776 P=3.3 x 10-6* DT2 temprana
P=0.149 DT2 tardía
*Ajustada por edad, género, C-HDL, IMC y nivel educativo
Villarreal-Molina et al, Diabetes, 2008
ANÁLISIS COMBINADO RM P* vs. Controles
Diabéticos (n=486)
2.097 7.6 x10-6
Inicio temprano (n=240)
2.757 9.4 x10-8
Inicio tardío (n=246)
1.826 0.010
Controles no-diabéticos (n=427)
Asociación de R230C con la DT2
*Ajustada por edad, género, C-HDL, IMC y nivel educativo
Villarreal-Molina et al, Diabetes, 2008
Asociación de la Variante R230C con la Obesidad
Frec
uenc
ia (%)
OR= 2.527; IC 95% (1.667-3.819) P=0.005*Aumenta más del doble el riesgo de obesidad
(independiente de los niveles de HDL-C)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Obesos IMC>30 Delgados IMC<25
R230RR230C/C230C
(n=186) (n=205)
71.2
28.8
86.8
13.2
*Ajustada por edad, género, DT2, HDL-C y ApoA-I
Frec
uenc
ia (%)
OR= 1.893 IC 95% (1.483-2.460) P=0.0007*; P=0.001 POR ADMIXMAP
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
SM No-SM
R230RR230C/C230C
(n=194) (n=316)
73.7
26.3
84.8
15.2
Asociación de la Variante R230C con el Síndrome Metabólico (Criterios ATP-III)
*Ajustada por edad y género
Criterios IDF
*P=0.003
La variante R230C esta presente unicamente en poblaciones amerindias
R230C se encontró en un individuo Oji-Cree (indígena canadiense) con diagnóstico de hipoalfalipoproteinemia familiar, considerándose como una mutación.
Individuos Analizados
R230C
Europeos 238 0
Esquimales 30 0
Africanos 136 0
Chinos 137 0
Sur de Asia 38 0
Oji-Cree 124 3
Wang et al., 2000; Cohen et al., 2004; Cohen et al., 2005; Frikke-Schmidt et al., JCI 2005.
Frecuencia del alelo C230 del gen ABCA1 en distintas poblaciones
0
5
10
15
20
25
30
Mazahuas Teenek Yaquis Purépechas Mayas Mestizos
C230*
* *
* *
*P<0.01, **P<0.0001 vs. Mestizos
4469 individuos de 36 grupos indígenas (Pimas (0.04), Xavante (0.31))
8147/625 individuos de diferentes poblaciones Europeas (España, Holanda) Asia (India, China, Japón), Africana (Yoruba) NO SE IDENTIFICO
Kooner et al, 2008HapMap database
Acuña-Alonzo et al, enviado PNAS, 2009
Estudio funcional de la mutante R230C de ABCA1
Modelos animales de inactivación de ABCA1
• Inactivación de ABCA1 en ratón (animal completo), desarrolla intolerancia a la glucosa con sensibilidad a la insulina normal.
• Inactivación de ABCA1 en célula β, IG 8-16 sem. Sensibilidad a la insulina normal.
• Estos animales presentan acumulación intracelular de colesterol y alteración en la secreción de insulina.
• El Tx con TZD (agonista de PPARγ) en animales heterocigotos incrementa la expresión de ABCA1 y la secreción de insulina. No hay respuesta en animales alimentados con dieta alta en grasa.
La disminución del eflujo de colesterol causa su acumulación en la célula β-pancreática lo que resulta en la disminución en la secreción de insulina (lipotoxicidad mediada por colesterol)
Célula β-pancreática
Brunham et al, Nature Med, 2007
Conclusiones y perspectivas
•La variante R230C del gen ABCA1 es un determinante importante de la disminución de los niveles de HDL en distintas poblaciones de América incluyendo Indios Pima, Mexicanos mestizos y distintos grupos amerindios de México.
•R230C esta asociada al riesgo de DT2 (inicio temprano), y un incremento en el IMC en mexicanos mestizos y distintos grupos amerindios de México.
• R230C parece ser una variante exclusiva de poblaciones amerindias.
•Primera variante con efecto funcional (disminución de la actividad) propia de poblaciones amerindias, con evidencia de selección positiva (proceso adaptativo relacionado con el clima, resistencia a la infección por malaria).
• Esta variante tiene las características del “gen ahorrador” (selección positiva, ventaja evolutiva, efecto nocivo ante el cambio en la dieta y el estilo de vida actual que condiciona alteraciones metabólicas).
• La disminución de la actividad de ABCA1 afecta la secreción de insulina.
•La actividad de ABCA1 esta modulada por HGO y componentes de la dieta.
Instituto Nacional de Ciencias Médicas y Nutrición
Salvador ZubiránUnidad de Biología Molecular y Medicina Genómica
•Dr. Samuel Canizales Quinteros•Dra. María Teresa Villarreal Molina
•QFB. Teresa Flores Dorantes
•Biol. Marisela Villalobos
•M.C. Leonor Jacobo Alvabera
•Biol. Salvador Ramirez Jimenez
Dpto de Endocrinología y Metabolismo de Lípidos
•Dr. Carlos A. Aguilar Salinas
•MC. Olimpia Arellano
Escuela Nacional de Antropología-Ant. Fis. Victor Acuña
Coordinación Nacional de Medicina Genómica ISSSTE-Dra. Sandra Romero
Centro Médico Nacional Siglo XXI, IMSSUnidad de Investigación Médica en Nutrición
•M.C. Marisela Rodríguez
Unidad de Investigación Médica en Genética
•Dr. Ramón Coral Vázquez
Unidad de Investigación Médica en Bioquímica y Epidemiología
•Dr. Miguel Cruz
•Dr. Niels H. Wacher
Facutad de Química, UNAMDepartamento de Biología
•Dra. Marta Menjivar
•M.C. Guadalupe Ortíz
U.Federal de Rio Grande, BrazilFrancisco Salzano
U.British Columbia, Vancuver CanadáMichael Hayden
National Institutes of Health, Phoenix, USALeslie Baier
Genotipo n (%)
R230R R230C/C230C
OR P* vs. No-T2D
Pacientes con DT2 (n=244) 184 (75.4) 60 (24.6) 2.50 0.001
DT2 Inicio temprano (n=121) 81 (66.9) 40 (33.1) 3.77 3.3 x 10-6
DT2 Inicio tardío (n=123) 103 (83.7) 20 (16.3) 1.61 0.149
Sujetos sin DT2 control (n=202) 179 (88.6) 23 (11.4)
Riesgo de diabetes de acuerdo al genotipoen sujetos con DT2 de inicio temprano o tardío
Bajo c-HDL y Apo A-I P=0.0005
Obesidad P=0.011 OR=2.428
Diabetes Tipo 2 P=0.006OR=4.527
Síndrome Metabólico(Criterios ATP III/NCEP)
OR=1.745P=0.005
R230R/C230C en población Mexicana
Villareal-Molina et al.,2007
ABCA1 en el Adipocito
No forma HDLs en el adipocito
Participa en vías de señalización en el adipocito?
Le Lay et al., 2006
Tráquea
Cuerpo Uterino
Útero
Músculo Liso
Lengua
Músculo Esquelético
Cardiomiocitos
Nodo Atrioventricular
Corazón
Islotes Pancreáticos
Páncreas
Glándula Salival
Próstata
Corteza Suprarrenal
Glándula Suprarrenal
Glándula Pituitaria
Tiroides
Tiroides Fetal
Adipocito
Piel
Apéndice
→
ABCA1 en el Síndrome Metabólico
Célula β
Hepatocito Célula intestinal
Adipocito
Macrófago
↓ HDL-C
↓ Secreción de Insulina
Obesidad
Aterosclerosis
?
Resistencia la insulina
Hiperglicemia
Población Edo. N° indiv.
Yaquis Sonora 42
Teneek S.L.P 68
Purepechas Michoacán 35
Mazahuas Edo.Mex 66
Triquis Oaxaca 45
Mayas Yucatán 51
Poblaciones ancestrales mexicanas estudiadas
Muestras sin datos antropométricos y de laboratorio