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